高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題45 理想變壓器遠距離輸電講含解析1

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1、 專題45 理想變壓器遠距離輸電（講） 1．交變電流的產(chǎn)生及其各物理量的變化規(guī)律，應(yīng)用交流電的圖象解決問題． 2．利用有效值的定義，對交變電流的有效值進行計算． 3．理想變壓器原、副線圈中電流、電壓、功率之間的關(guān)系應(yīng)用，變壓器動態(tài)變化的分析方法． 4．遠距離輸電的原理和相關(guān)計算． 5．傳感器的簡單使用，能夠解決與科技、社會緊密結(jié)合的問題． 6．高考對本章知識的考查主要體現(xiàn)在“三突出”：①突出考查交變電流的產(chǎn)生過程；②突出考查交變電流的圖象和交變電流的四值；③突出考查變壓器，對變壓器的原理理解的同時，還要掌握變壓器的靜態(tài)計算和動態(tài)分析，遠距離輸電也要重視。對本專題知識點高考每年必考

2、．命題頻率較高的知識點 有交變電流的變化規(guī)律（包括圖象）、最大值與有效值等，以選擇題的形式出現(xiàn)。變壓器的原理，電壓比、電流比及功率關(guān)系是考查的重點；將本章知識與電磁感應(yīng)等結(jié)合的力、電綜合題，或考查與本章知識有關(guān)的實際應(yīng)用。 1．理解變壓器的原理，會用功率關(guān)系、電壓比、電流比進行有關(guān)的計算． 2．能夠?qū)ψ儔浩鬟M行動態(tài)分析． 3．會分析計算遠距離輸電問題． 一、理想變壓器 1．工作原理 互感現(xiàn)象． 2．基本關(guān)系式 （1）功率關(guān)系：P入＝P出． （2）電壓關(guān)系：只有一個副線圈時，；有多個副線圈時，＝…． （3）電流關(guān)系：只有一個副線圈時，． 由P入＝P出及P＝UI推

3、出有多個副線圈時，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…． 3．幾種常用的變壓器 （1）自耦變壓器——調(diào)壓變壓器． （2）互感器 4．理想變壓器的理解 （1）沒有能量損失； （2）沒有磁通量損失． 二、遠距離輸電 1．輸電過程（如圖所示） 2．輸送電流 （1）I＝；（2）I＝． 3．輸電導(dǎo)線上的能量損失：主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的，表達式為Q＝I2Rt． 4．電壓損失 （1）ΔU＝U－U′；（2）ΔU＝IR． 5．功率損失 （1）ΔP＝P－P′；（2）ΔP＝I2R＝（）2R 6．降低輸電損耗的兩個途徑 （1）減小輸電線的電阻，由電阻定律R＝ρ可知，在輸電距離

4、一定的情況下，為了減小電阻，應(yīng)采用電阻率小的材料，也可以增加導(dǎo)線的橫截面積． （2）減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流，由P＝UI可知，當(dāng)輸送功率一定時，提高輸電電壓，可以減小輸電電流． 考點一　理想變壓器原、副線圈基本關(guān)系的應(yīng)用 1．基本關(guān)系 （1）P入＝P出； （2），有多個副線圈時，仍然成立． （3），電流與匝數(shù)成反比，只對一個副線圈的變壓器適用．有多個副線圈時，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系． （4）原、副線圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量變化率也相同，頻率也就相同． 2．制約關(guān)系 （1）電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定． （2）功率：原

5、線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定． （3）電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定． 3．兩種特殊的變壓器模型 （1）自耦變壓器 高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器（又稱調(diào)壓器），它只有一個線圈，其中的一部分作為另一個線圈，當(dāng)交流電源接不同的端點時，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關(guān)系對自耦變壓器均適用． （2）互感器 分為：電壓互感器和電流互感器，比較如下： 電壓互感器 電流互感器 原理圖 原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中 串聯(lián)在待測高流電路中 副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表 互感器的作

6、用 將高電壓變?yōu)榈碗妷? 將大電流變成小電流 利用的公式 I1n1＝I2n2 ★重點歸納★ 1、關(guān)于理想變壓器的四點說明 ?。?）變壓器不能改變直流電壓． （2）變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率． （3）理想變壓器本身不消耗能量． （4）理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2均為有效值． 2．解決變壓器問題的三種思路 （1）電壓：變壓器原、副線圈的電壓之比為；當(dāng)變壓器有多個副線圈時，＝…． （2）功率：理想變壓器的輸入、輸出功率為P入＝P出，當(dāng)變壓器有多個副線圈時，P1＝P2＋P3＋…． （3）電流：由知，對只有一個副線圈的

7、變壓器有，當(dāng)變壓器有多個副線圈時有n1I1＝n2I2＋n3I3＋…． ★典型案例★（多選）如圖所示，發(fā)電機中線圈的匝數(shù)為N，線圈的面積為S，線圈做勻速圓周運動的角速度為，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，電流表和電壓表為理想電表，定值電阻的阻值為R，當(dāng)P在圖示位置時，變壓器的匝數(shù)比為，一開始線圈與磁場垂直，下列判斷正確的是： （ ） A．電壓表的讀數(shù)為2NBS B．電流表的讀數(shù)為 C．線圈由圖示位置旋轉(zhuǎn)四分之一周，通過電流表的電荷量為 D．P向上移動時，電壓表的示數(shù)表小，電流表示數(shù)變大 【答案】BC 匝數(shù)與電流反比，電流表的示數(shù)為：，故B正確；交流發(fā)電機內(nèi)電阻

8、不計，故變壓器輸入電壓不變，根據(jù)理想變壓器的變壓比公式：，當(dāng)P位置向上移動，輸出電壓變小，故電流變小，功率變小，故輸入電流也變小，故電流表讀數(shù)變小，矩形線圈從圖示位置經(jīng)過時間時為，故通過電流表的電荷量為：，故D錯誤C正確。 【名師點睛】對于變壓器需要掌握公式、，以及知道副線圈的電流以及功率決定了原線圈中的電流和功率，理想變壓器是理想化模型，一是不計線圈內(nèi)阻；二是沒有出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象．同時當(dāng)電路中有變壓器時，只要將變壓器的有效值求出，則就相當(dāng)于一個新的恒定電源，其值就是剛才的有效值 ★針對練習(xí)1★如圖所示，面積為，內(nèi)阻不計的100匝矩形線圈ABCD，繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角速度為，

9、勻強磁場的磁感應(yīng)強度為。矩形線圈通過滑環(huán)與理想變壓器相連，觸頭P可移動，副線圈所接電阻，電表均為理想交流電表，當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時開始計時，下列說法正確的是： （ ） A．線圈中感應(yīng)電動勢的表達式為 B．P上移時，電流表示數(shù)減小 C．時刻，電壓表示數(shù)為 D．當(dāng)原副線圈匝數(shù)比為時，電阻上消耗的功率為 【答案】D 【名師點睛】根據(jù)線圈中感應(yīng)電動勢，結(jié)合開始計時位置，即可確定瞬時表達式，再由電壓與匝數(shù)成正比，電流與匝數(shù)成反比，變壓器的輸入功率和輸出功率相等，并知道電表是交流電的有效值，逐項分析即可得出結(jié)論。 ★針對練習(xí)2★如圖所示，甲、乙兩個交流電路中，電

10、源的電壓、輸出電流均相等。若理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)為、，則負載電阻與的比值為： （ ） A． B． C． D． 【答案】C 【名師點睛】本題主要考查了變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系以及功率公式的直接應(yīng)用，難度不大，屬于基礎(chǔ)題。 考點二　理想變壓器的動態(tài)分析 解決理想變壓器中有關(guān)物理量的動態(tài)分析問題的方法 （1）分清不變量和變量，弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系，利用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路特點進行分析判定． （2）分析該類問題的一般思維流程是： ★重點歸納★ 常見的理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有

11、兩種：匝數(shù)比不變的情況和負載電阻不變的情況． （1）匝數(shù)比不變的情況 ①U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負載電阻R如何變化，U2也不變． ②當(dāng)負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化． ③I2變化引起P2變化，由P1＝P2知P1發(fā)生變化． （2）負載電阻不變的情況 ①U1不變，發(fā)生變化，U2變化． ②R不變，U2變化，I2發(fā)生變化． ③根據(jù)和P1＝P2，可以判斷P2變化時，P1發(fā)生變化，U1不變時，I1發(fā)生變化． ★典型案例★ 如圖所示電路，一理想變壓器的原線圈ab間接交流電源，R0為定值電阻，R為滑動變阻器，副線圈匝數(shù)n2

12、可調(diào)節(jié)，L為燈泡，則： （ ） A．保持P位置不變，將R的滑片向下滑稍許，變壓器的輸入功率變小 B．保持P位置不變，將R的滑片向下滑稍許，燈泡L的亮度變亮 C．保持R的滑片位置不變，將P向下移動少許，變壓器的輸入功率變小 D．保持R的滑片位置不變，將P向下移動少許，燈泡L的亮度變亮 【答案】D 【名師點睛】本題考查變壓器的兩類動態(tài)分析問題（變匝數(shù)、變負載電阻），其解決方法與閉合電路歐姆定律相同，利用“局部-整體-局部”的分析思路進行分析即可求解。 ★針對練習(xí)1★（多選）下圖是一種理想自耦變壓器示意圖，線圈繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，P是可移動的滑動觸頭．A、

13、B間接交流電壓U，輸出端連接了兩個相同的燈泡L1和L2，Q為滑動變阻器的滑動觸頭。當(dāng)開關(guān)S閉合，P處于如圖所在的位置時，兩燈均能發(fā)光．下列說法正確的是： （ ） A．將P沿逆時針方向移動，兩燈均變亮 B．P不動，將Q向左移動，兩燈均變亮 C．P不動，將Q向右移動，輸入功率變大 D．?dāng)嚅_開關(guān)S，L1將變暗 【答案】AB 【名師點睛】本題要求知道自耦變壓器的原理，結(jié)合變壓器的特點和歐姆定律去分析。將P沿逆時針方向移動時，變壓器的原線圈的匝數(shù)不變，副線圈的匝數(shù)增多；保持P的位置不動，即是保持變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比不變，副線圈兩端的電壓不變；斷開開關(guān)S，相當(dāng)于

14、L1處電阻增大。 ★針對練習(xí)2★如圖所示，為理想變壓器原線圈，其接入電路的匝數(shù)隨著滑動接觸點P的上下移動而變化，原線圈接在正弦式交流電源上，副線圈接有滑動變阻器，下列說法正確的是： （ ） A．輸入電壓稍減小時，可以使P上滑，保持滑動變阻器功率不變 B．輸入電壓稍增大時，可以使Q上滑，保持滑動變阻器功率不變 C．保持輸入電壓及P位置不變，Q上滑，原線圈電流增大 D．保持輸入電壓及Q位置不變，P上滑，原線圈電流增大 【答案】C 【解析】根據(jù)公式：，則副線圈電壓：，當(dāng)減小，增大時導(dǎo)致副線圈電壓減小，則滑動變阻器的功率：減小，故選項A錯誤；當(dāng)增大，線圈匝數(shù)不變，

15、則增大，當(dāng)Q上移，則接入電路的電阻減小，故則滑動變阻器的功率：增大，故選項B錯誤；保持輸入電壓及P位置不變，則原、副線圈的電壓不變，Q上滑，則接入電路的電阻減小，則副線圈的電流增大，根據(jù)公式，可知原線圈電流增大，故選項C正確；保持輸入電壓及Q位置不變，P上滑，則原線圈匝數(shù)增加，則減小，故副線圈電流減小，則原線圈電流減小，故選項D錯誤。 【名師點睛】根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，電流與匝數(shù)成反比，變壓器的輸入功率和輸出功率相等，逐項分析即可得出結(jié)論。 考點三　遠距離輸電問題 1．遠距離輸電的處理思路 對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或按從“用電器”倒

16、推到“發(fā)電機”的順序一步一步進行分析． 2．遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系（以圖9為例） （1）功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3． （2）電壓、電流關(guān)系：，，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線． （3）輸電電流：． （4）輸電線上損耗的電功率：P損＝I線ΔU＝IR線＝R線． 當(dāng)輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的 ★重點歸納★ 遠距離輸電問題的“三二一” （1）理清三個回路 （2）抓住兩個聯(lián)系 ①理想的升壓變壓器聯(lián)系了回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1（匝數(shù)為n1）和線圈2（匝數(shù)為n2）中各個量間的關(guān)系是

17、，，P1＝P2． ②理想的降壓變壓器聯(lián)系了回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3（匝數(shù)為n3）和線圈4（匝數(shù)為n4）中各個量間的關(guān)系是，，P3＝P4． （3）掌握一個守恒：能量守恒關(guān)系式P1＝P損＋P3 ★典型案例★夏季來臨，空調(diào)、冷風(fēng)機等大功率電器使用增多，用戶消耗的功率增大。如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓U1和輸電線的電阻r均不變、變壓器均為理想變壓器，則下列說法中正確的： （ ） A．變壓器的輸出電壓U2增大，且U2＞U1 B．變壓器的輸出電壓U4增大，且U4＜U3 C．輸電線損耗的功率占發(fā)電機輸出功率的比例增大 D．輸電線損耗的功率減小 【答案】C

18、 【名師點睛】正確解答本題需要掌握：理想變壓器的輸入功率由輸出功率決定，輸出電壓由輸入電壓決定；明確遠距離輸電過程中的功率、電壓的損失與哪些因素有關(guān)，明確整個過程中的功率、電壓關(guān)系．理想變壓器電壓和匝數(shù)關(guān)系。 ★針對練習(xí)1★（多選）如圖所示是發(fā)電廠通過升壓變壓器進行高壓輸電，接近用戶端時再通過降壓變壓器降壓給用戶供電的示意圖（圖中變壓器均可視為理想變壓器，圖中電表均為理想交流電表）。設(shè)發(fā)電廠輸出的電壓一定，兩條輸電線總電阻用R0表示，變阻器R相當(dāng)于用戶用電器的總電阻。當(dāng)用電器增加時，相當(dāng)于R變小，則當(dāng)用電進入高峰時： （ ） A．電壓表V1、V2的讀數(shù)均不變，電流

19、表A1、A2的讀數(shù)均增大 B．電壓表V3、V4的讀數(shù)均減小，電流表A3的讀數(shù)也減小 C．電流表V2、V3的讀數(shù)之差與電流表A2 的讀數(shù)的比值不變 D．發(fā)電廠的輸出功率增大 【答案】ACD 【名師點睛】此題是遠距離輸電電路的動態(tài)分析；根據(jù)表達式知道電壓和頻率，與閉合電路中的動態(tài)分析類似，可以根據(jù)R的變化，確定出總電路的電阻的變化，進而可以確定總電路的電流的變化的情況，再根據(jù)電壓不變，來分析其他的元件的電流和電壓的變化的情況。 ★針對練習(xí)2★（多選）如圖所示，（a）是遠距離輸電線路的示意圖．（b）是用戶得到的電壓隨時間變化的圖象已知降壓變壓器的匝數(shù)比為10：1．不考慮降壓變壓器與用戶間

20、導(dǎo)線的電阻．則： （ ） A．發(fā)電機輸出交流電的頻率是50Hz B．升壓變壓器的輸出電壓為2200 V C．輔電繞的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定 D．當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，輸電線上損失的功率減小 【答案】AD 【解析】變壓器不會改變交流電的頻率，有圖b可知周期為T=0．02s，故頻率為，故A正確；在降壓變壓器中，根據(jù)可得U3=2200V，有與輸電線路上有電阻，故損失一部分電壓，故升壓變壓器輸送的電壓大于2200V，故B錯誤；輸電線的電流由輸送的功率與電壓決定的，與降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比無關(guān)，故C錯誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，用戶的功率減小，降壓變壓器的輸出功率減小，則輸入的功率減小，輸入的電流減小，輸電線上損失的功率減小，故D正確；故選AD。 【名師點睛】本題考查了有關(guān)交流電描述的基礎(chǔ)知識，要根據(jù)交流電圖象正確求解最大值、有效值、周期、頻率、角速度等物理量，同時要能正確書寫交流電的表達式．；電路的動態(tài)分析中，基本與直流電路的動態(tài)分析方法一致。 - 12 -