2020届新考案高考物理总复习教师用书:第十四单元 交变电流 第2讲 Word版含解析.pdf
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1、第 2 讲 变压器 电能的输送 1理想变压器 (1)理想变压器的构造和原理 变压器由铁芯、原线圈、副线圈组成,如图所示。 当原线圈中通入交变电流时,由于互感作用,变压器原、副线圈中磁通量变化率相同,由法 拉第电磁感应定律有E=n,则=。由于理想变压器忽略铜损和铁损,则E=U,P1=P2,故而得出 1 2 1 2 =,=。 1 2 1 2 1 2 2 1 (2)理想变压器原、副线圈基本量的关系 功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,即P入=P出 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比,即=,与副线圈的个数无关 U1 U2 n1 n2 电流关系只有一个副线圈时:= I1 I2 n2 n1
2、 有多个副线圈时:由P入=P出得U1I1=U2I2+U3I3+UnIn或I1n1=I2n2+I3n3+Innn 频率关系f1=f2,变压器不改变交流电的频率 (3)理想变压器的制约关系 电压:原决定副。根据变压器的原理可知,输入电压U1决定输出电压U2,U2=U1。当U1不变时,不论负载 2 1 电阻如何变化,U2都不会改变。 电流:副决定原。 输出电流I2决定输入电流I1。 当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电 阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。因此,在使用变压器时变压器副线圈不能短路。 功率:副决定原。输出功率P2决定输入功率P1。理想变压器的输出功率与输入功率相等,
3、即P2=P1。在 输入电压U1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则P2=I2U2减小,P1也将相应减小;当R减小时,I2增 大,P2=I2U2增大,则P1也将增大。 1.1 (2018 江西检测)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=21,和均为理想电表,灯泡电阻 RL=6 ,A、B两端电压u1=12 sin 100t(V)。下列说法正确的是( )。 2 A.电流频率为 100 Hz B.的示数为 24 V C.的示数为 0.5 A D.变压器输入功率为 6 W 【答案】D 1.2 (2019 荆州模拟)(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图
4、示位置时, 灯泡 L 能发光。要使灯泡变亮,可以采取的方法有( )。 A.向下滑动PB.增大交流电源的电压 C.增大交流电源的频率D.减小电容器C的电容 【答案】BC 1.3 (2019 海南联考)(多选)图甲是某燃气炉点火装置的原理图,转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交 变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,为交流电压表。当变压 器副线圈电压的瞬时值大于5000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。 以下判断正确的是( )。 A.电压表的示数为 5 V B.电压表的示数为 V 5 2 C.实现点火的条件是1000 2 1 D.实现点火
5、的条件是n2,a是电压表 C.N为电流互感器,且n3n4,b是电压表 【解析】由题图可知M为电流互感器,N为电压互感器,因此a是电流表,b是电压表。在M中,有I1n1=I2n2, 要把大电流变为小电流,有n2n1;在N中,有=,要把高电压变成低电压,则有n3n4。综上所述可知,A、D 两 3 4 3 4 项正确。 【答案】AD 类型 比较项目 电压互感器电流互感器 原理图 原线圈的连 接 并联在高压电路中串联在待测大电流电路中 副线圈的连 接 连接电压表连接电流表 互感器的作 用 将高电压变为低电 压 将大电流变成小电流 利用的公式= U1 U2 n1 n2 I1n1=I2n2 【变式训练 2
6、】(2018 临州月考)如图所示,接在照明电路中的自耦变压器的副线圈上通过输电线接有三 个灯泡 L1、L2和 L3,输电线的等效电阻为R。当滑动触头P向上移动一段距离后,下列说法正确的是( )。 A.等效电阻R上消耗的功率变大 B.三个灯泡都变亮 C.原线圈两端的输入电压减小 D.原线圈中电流表示数减小 【解析】自耦变压器的原、副线圈是同一个线圈,只是匝数不同而已。由题意知原线圈是副线圈的一部 分,=,当P上移时,U1、n2不变,n1变大,U2变小,因负载电路结构不变,因此负载上的总电流I2=应变小,R上 2 1 2 1 2 总 消耗的功率变小,由串、并联电路特点知三个灯泡都变暗,A、B 两项
7、错误。由于原线圈的输入电压由外部电 路决定,是不变的,C 项错误;由P入=P出,U1I1=U2I2=知,P出减小时,I1一定减小,电流表示数减小,D 项正确。 22 总 【答案】D 题型 三 远距离输电问题 对于有关远距离输电的问题,因为其电路结构复杂,一些同学在处理问题时往往不知从何处下手;再加上 远距离输电中涉及的物理量繁多,常发生同类物理量之间相互混淆,导致张冠李戴的现象。其实,只要理清三 个回路,抓住相关物理量之间的联系,就可以学好远距离输电。 【例 3】 图示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器 T 的原、 副线圈匝数分别为n1、 n2,在T的原线圈两端接入一电压u
8、=Umsin t的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其 他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )。 A.B. ( 1 2) m2 4 ( 2 1) m2 4 C.4rD.4r ( 1 2) 2 ( m) 2 ( 2 1) 2 ( m) 2 【解析】原线圈电压的有效值U1=,根据=可得U2=,又因为是理想变压器,所以 T 的副线圈的 m 2 1 2 1 2 2 1 m 2 输出功率等于原线圈的输入功率P,即输电线上的电流I=,输电线上损失的电功率P=I22r=4r, 2 ( 1 2) 2 ( m) 2 所以 C 项正确。 【答案】C 远距离输电问题的“三二二” (1)理
9、清三个回路 回路 1:发电机回路。 该回路中,通过线圈 1 的电流I1等于发电机中的电流I机;线圈 1 两端的电压U1等于 发电机的路端电压U机;线圈 1 输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。 回路 2:输送电路。I2=I3=IR,U2=U3+U,P2=P+P3。 回路 3:输出电路。I4=I用,U4=U用,P4=P用。 (2)抓住两个联系 理想的升压变压器联系着回路 1 和回路 2,由变压器原理可得:线圈 1(匝数为n1)和线圈 2(匝数为n2)中 各个量间的关系是=,=,P1=P2。 1 2 1 2 1 2 2 1 理想的降压变压器联系着回路 2 和回路 3,由变压器原理可得:线圈
10、 3(匝数为n3)和线圈 4(匝数为n4)中 各个量间的关系是=,=,P3=P4。 3 4 3 4 3 4 4 3 (3)掌握两种损耗 电压损耗:输电线上的电阻导致的电压损耗,U=U2-U3=IRR线。 功率损耗:输电线上的电阻发热的功率损耗,P=P2-P3=R线。输电线上的能量损耗是热损耗,计算功 2 率损耗时用公式 P=R线或 P=。 2 2 线 【变式训练 3】(2019 河北模拟)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保 持不变,输电线路的总电阻为R。 当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原 线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功
11、率为P2,则P1和分别为( )。 2 1 A.,B.R, 1 ( ) 2 1 C.,D.R, 1 2 ( ) 2 1 2 【解析】 根据变压器的变压规律,得=k,=nk,所以U1=kU,U2=nkU;根据P=UI,知副线圈与原线圈匝数比为 1 2 k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1=,I2=;根据P=I2R知,输电线路损耗的电功率分别为P1= 1 2 12 R=R,P2=R=R,所以=,D 项正确。( ) 2 22 ( ) 2 2 1 1 2 【答案】D 1.(2018 临沂模拟)如图所示的交流电路中,理想变压器输入电压为u1=U1msin 100t(V),输入功率为P1,输出 功率为P2
12、,电压表示数为U2,各交流电表均为理想电表。由此可知( )。 A.灯泡中电流方向每秒钟改变 100 次 B.变压器原、副线圈的匝数比为U1mU2 C.当滑动变阻器R的滑片向下移动时各个电表示数均变大 D.当滑动变阻器R的滑片向上移动时P1变大,且始终有P1=P2 【解析】由u1=U1msin 100t(V),可知交变电流频率为50 Hz,灯泡中电流方向每秒钟改变100次,A项正确; 变压器原、副线圈的匝数比为U1m(U2),B 项错误;当滑动变阻器R的滑片向下移动时,电流表示数增大,变 2 压器输出电流增大,电阻R1两端电压增大,电压表示数不变,C 项错误;当滑动变阻器R的滑片向上移动时,变压
13、 器输出电流减小,输出功率减小,根据变压器功率的制约关系,P1变小,且始终有P1=P2,D 项错误。 【答案】A 2.(2018 九江二模)如图所示为汽车的点火装置,此装置的核心是一个变压器,该变压器的原线圈通过开关连 接到 12V 的蓄电池上,副线圈连接到火花塞的两端,开关由机械控制,当开关由闭合变为断开时,副线圈中产生 10000 V 以上的电压,火花塞中产生火花。下列说法中正确的是( )。 A.变压器的原线圈要用粗导线绕制,而副线圈可以用细导线绕制 B.若该点火装置的开关始终闭合,火花塞的两端会持续产生高压 C.变压器原线圈输入的 12 V 电压必须是交流电,否则就不能在副线圈中产生高压
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