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1、第十一章交变电流传感器第2讲变压器、电能的输送NEIRONGSUOYIN内容索引过好双基关研透命题点课时作业回扣基础知识 训练基础题目细研考纲和真题 分析突破命题点限时训练 练规范 练速度过好双基关一、理想变压器1.构造如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的 组成的.(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫_线圈.(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫 线圈.2.原理电流磁效应、 .图1两个线圈初级次级电磁感应3.理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入
2、功率等于副线圈的输出功率，即P入_电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式： ，与负载、副线圈的个数无关P出基本关系电流关系(1)只有一个副线圈时： _(2)有多个副线圈时：由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn频率关系f1f2(变压器不改变交变电流的频率)4.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图2甲(降压作用)、乙(升压作用)所示.图2低电压小电流自测1 关于理想变压器，下列说法正确的是A.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用B.变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率C.正常工作的变压器，当副线圈与用电器断
3、开时，副线圈两端无电压D.变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小二、电能的输送如图3所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P，用户的电压为U，输电线总电阻为R.图32.电压损失(1)UUU(2)U_3.功率损失(1)PPP(2)P _IRI2R4.减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R.由R 知，可加大导线的 、采用的材料做导线.(2)减小输电线中的电流.在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必须提高 .横截面积电阻率小输电电压自测2教材P50第3题改编从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 ，用110 V和1
4、1 kV两种电压输电.两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为A.1001 B.1100C.110 D.101研透命题点例1(2016全国卷16)一含有理想变压器的电路如图4所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ， 为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为命题点一理想变压器原理的应用图4A.2 B.3C.4 D.5变式1(多选)(2016全国卷19)如图5所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均
5、能正常发光.下列说法正确的是A.原、副线圈匝数比为91B.原、副线圈匝数比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19图5变式2(2018河南省中原名校第六次模拟)如图6所示，一理想变压器，左右两边共接有额定电压均为U的6盏完全相同的灯泡(额定功率均为P)，左端接在一电压恒为U0的交流电源两端.此时6盏灯刚好正常发光.下列说法中不正确的是A.该变压器的原、副线圈匝数比为12B.此时交流电源输出的功率为6PC.U06UD.如果灯L6突然烧断，灯L1和L2将变暗，而其余3盏灯将变得更亮图6解析由于各盏灯相同且均正常发光，所以流过每盏灯的电流均相同，原线圈中的电流I1等于灯
6、泡的额定电流I，而副线圈中的总电流为I24I，故n1n2I2I141，A错误；由于理想变压器本身不消耗能量，所以交流电源输出功率为6盏灯的总功率6P，B正确；设原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，则U2U，U0U12U，而U1U2n1n241，代入得U06U，C正确；当灯L6突然烧断，变压器输出的功率将减小，所以输入功率也将减小，由P1U1I1得I1减小，所以灯L1和L2将变暗，同时因L1和L2分得的电压减小，变压器输入端的电压U1将增大，所以变压器输出的电压也将增大，使其余3盏灯变得更亮，D正确.1.匝数比不变的情况(如图7)(1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻
7、R如何变化，U2不变.(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化.(3)I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化.命题点二理想变压器的动态分析图72.负载电阻不变的情况(如图8)图8例2(2018天津理综4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图9所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的 ，则A.R消耗的功率变为 PB.电压表V的读数变为 UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变图9变式3(多选)(201
8、8山东省临沂市一模)如图10甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20 1，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L1和L2是两个完全相同的灯泡.原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是A.交流电压的频率为50 HzB.电压表的示数为11 VC.当照射R的光强增大时，电流表的示数变大D.若L1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小图10当L1的灯丝烧断后，变压器的输入电压不变，根据变压比公式，输出电压也不变，故电压表读数不变，故D错误.变式4(2018山西省重点中学协作体期末)如图11甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数比为4 1，电压表和电流表均为
9、理想电表，Rt为阻值随温度升高而变小的热敏电阻，R1为定值电阻.若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电.下列说法中正确的是A.输入变压器原线圈的交流电压的瞬时值表达式为u36 sin 50t VB.变压器原、副线圈中的电流之比为41C.t0.01 s时，发电机的线圈平面位于中性面D.Rt温度升高时，变压器的输入功率变小图11t0.01 s时，瞬时值为零，发电机的线圈平面与磁场方向垂直，发电机的线圈平面位于中性面，故C正确；Rt处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，变压器的输入功率变大，故D错误.命题点三远距离输电1.理清三个回路远距离输电电网间的基本结构如图12所示.输电过程的电路被划
10、分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路.在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁.图122.抓住两个物理量的联系(1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是 ，P1P2，I1n1I2n2.(2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是 ，P3P4，I3n3I4n4.3.掌握一
11、个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1P线损P用户.例3(2019安徽省马鞍山市质检)图13甲为远距离输电示意图，理想升压变压器原、副线圈匝数比为1 1 000，理想降压变压器原、副线圈匝数比为1 000 1，输电线的总电阻为1 000 ，若升压变压器的输入电压如图乙所示，用户端电压为220 V.下列说法正确的是A.输电线中的电流为3 AB.电站输出的功率为7 500 kWC.输电线路损耗功率为90 k
12、WD.用户端交变电流的频率为100 Hz图13故输电线上损失的电压为UU2U33104 V，电站的输出功率为P1P2U2I7 500 kW，输电线路损耗功率为PI2R900 kW，故用户端交变电流的频率为50 Hz，故B正确，A、C、D错误.变式5(多选)(2018广东省潮州市下学期综合测试)远距离输电线路简化如图14所示，电厂输送电功率不变，变压器均为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则A.I2B.输电线损失的电功率为C.提高输送电压U2，则输电线电流I2增大D.电厂输送电功率为U2I2图14因为输送功率不变，根据P2U2I2，可知提高输送电压U2，则输电线电流I2减小
13、，故C错误；因变压器为理想变压器，所以有P1P2U2I2，故D正确.命题点四两种特殊的变压器模型1.自耦变压器自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图15所示.图152.互感器分为电压互感器和电流互感器，两者比较如下： 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交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为小电流利用的公式I1n1I2n2例4(2018山东省菏泽市上学期期末)如图16所示的调压器，滑动触头P和Q都可以调节，
14、在输入交变电压一定的条件下，要使输出电压增大，输入电流增大，下列做法正确的是A.Q不动，P向下移动B.Q不动，P向上移动C.P不动，Q向上移动D.P不动，Q向下移动图16例5(多选)(2018山西省太原市三模)某50 Hz的钳形电流表的工作原理如图17所示.当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时，与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转.不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，已知n21 000 匝，当用该表测50 Hz交流电时A.电流表G中通过的是交变电流B.若G中通过的电流为50 mA，则导线中的被测电流为50 AC.若导线中通过的是10 A矩形脉冲交流电，G中通过的电流是10 mAD.当用该
15、表测量400 Hz的电流时，测量值比真实值偏小图17解析变压器只改变交流电电压，不改变交流电的频率，电流表G中通过的仍是交变电流，A正确；若导线中通过的是10 A矩形脉冲交流电，当电流方向不发生改变时，电流大小不变，副线圈中无感应电流，C错误；根据法拉第电磁感应定律和变压器互感原理，改变交流电的频率，不影响测量值的准确性，D错误.课时作业1.(2018湖北省黄冈中学模拟)下列关于交变电流、变压器和远距离输电的说法中不正确的是A.理想变压器的输出电压由输入电压和原副线圈匝数比决定B.交变电流的最大值是有效值的 倍C.降低输电损耗有两个途径：减小输电线的电阻和提高输电电压D.如果把升压变压器的原线
16、圈串联在电路中，副线圈的两端接在普通的交流 电流表上，可以制成电流互感器双基巩固练1234567891011121314解析理想变压器的输出电压由输入电压和原副线圈匝数比决定，选项A正确；降低输电损耗有两个途径：减小输电线的电阻和提高输电电压，选项C正确；如果把升压变压器的原线圈串联在电路中，副线圈的两端接在普通的交流电流表上，可以制成电流互感器，选项D正确.12345678910111213142.(2018河北省衡水中学模拟)如图1所示为某山区小型电站输电示意图，发电厂发出U1220 sin 100t(V)的交流电通过变压器升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压器降压给用户供电，图中
17、高压输电线部分总电阻为r，负载端的电压表是理想交流电表，下列有关描述正确的是123456789101112图1A.若开关S1、S2都断开，则电压表示数为零B.负载端所接收到交流电的频率为25 HzC.深夜开灯时灯特别亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故D.用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度1314解析S1、S2都断开时变压器空载，副线圈两端有电压，电压表示数不为零，故选项A错误；变压器不能改变交流电的频率，故负载端交流电的频率还是50 Hz，故B选项错误；深夜大部分用户已关灯，干路中电流减小，线路损耗也减小，用户得到的电压较高，故此时开灯时灯特别明亮，故选项C正
18、确；用电高峰时，负载增多，负载总电阻减小，干路中电流增大，因此输电线损耗电压增大，导致降压变压器的输入电压降低，为提高负载电压，可增大降压变压器的副线圈的匝数，使输出电压提高，故选项D错误.12345678910111213143.(2018广东省深圳市第一次调研)如图2所示，a、b两端接在正弦交流电源上，原副线圈回路中A、B电阻的阻值相同，原副线圈匝数比为n1n2，下列说法正确的是A.A、B电阻的电流之比为n1n2B.A、B电阻的电压之比为n1n2C.A、B电阻的功率之比为n22n12D.原副线圈的电压之比为11图21234567891011121314根据PI2R可知，A、B电阻的功率之比
19、为n22n12，选项C正确；12345678910111213144.(多选)(2018湖北省武汉市部分学校起点调研)含有理想变压器的电路如图3所示，L1、L2、L3为“24 V2 W”的灯泡， 为理想交流电压表，a、b端接正弦交流电压源(输出电压的有效值恒定).当开关S闭合时，灯泡均正常发光.下列说法正确的是A.变压器原、副线圈匝数比为12B.电压表的示数为72 VC.变压器的输入功率为8 WD.若在副线圈上再并联一个相同的灯泡，灯泡L1可能会烧毁图31234567891011121314变压器的输入功率：P1U1I14 W，选项C错误；副线圈上再并联一个相同灯泡，则副线圈电流增大，则原线圈
20、电流也增大，超过额定电流，灯泡L1可能烧毁，故D正确.12345678910111213145.(多选)(2019广东省惠州市质检)在家庭电路中，为了安全，一般在电能表后面的电路中安装一个漏电开关，其工作原理如图4所示，其中甲线圈两端与脱扣开关控制器相连，乙线圈由两条电线采取双线法绕制，并与甲线圈绕在同一个矩形硅钢片组成的铁芯上.以下说法正确的是A.当用户用电正常时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关接通B.当用户用电正常时，甲线圈两端有电压，脱扣开关接通C.当用户发生漏电时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关断开D.当用户发生漏电时，甲线圈两端有电压，脱扣开关断开图4123456789101112131
21、4解析正常状态时，火线和零线中电流产生的磁场完全抵消，甲线圈中没有电压，脱扣开关保持接通，A正确，B错误；当用户发生漏电时，流过火线与零线的电流不相等，保护器中火线和零线中电流产生的磁场不能完全抵消，会使甲线圈中产生感应电动势，脱扣开关断开，C错误，D正确.12345678910111213146.(多选)(2018山西省晋城市第一次模拟)如图5所示为某山区小型水电站的电能输送示意图，发电机输出的电压和输电线路上的电阻恒定，用电器均为纯电阻元件，当用电高峰来临时，下列判断正确的是A.用电器等效电阻R0变大B.升压变压器T1的输出电压变大C.降压变压器T2的输出电压变小D.输电线路总电阻R上消耗
22、的功率变大123456789101112图51314解析用电高峰来临时，用电器增多，用电器并联后的总电阻R0减小，选项A错误；由于升压变压器的输入电压一定，则输出电压一定，选项B错误；设输电线的输送电流为I，降压变压器的变压比为k，升压变压器的输出电压为U，则UIRk2IR0，当R0减小时，I增大，输电线总电阻R消耗的功率PRI2R变大，选项D正确；降压变压器T2的输入电压等于UIR，可以判断此电压减小，则输出电压也减小，选项C正确.12345678910111213147.(2018山西省孝义市第一次模拟)图6甲所示为一发电机的原理图，发电机产生的交变电流接图乙中理想变压器的原线圈.已知变压
23、器原、副线圈的匝数之比为221，发电机输出电压u随时间t变化的规律如图丙所示，发电机线圈电阻忽略不计，则123456789101112A.电阻两端电压的瞬时值表达式为u10sin 50t(V)B.电压表示数为10 VC.若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，而电压表示数不变D.若仅使电阻R增加，则电流表示数不变图61314解析由题图丙知：原线圈电压的最大值U1m311 V，原线圈电压有效值U1 220 V，由U1U2n1n2知，副线圈电压的最大值U2m14.1 V，副线圈电压有效值U210 V，故A项错误，B项正确；若仅使发电机线圈的转速n增大一倍，则角速度增大
24、一倍，根据EmNBS可知，变压器原线圈输入电压的频率和最大值都增大一倍，原副线圈中电流的频率相等，变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，由U1U2n1n2知，副线圈输出电压增大一倍，电压表读数增大一倍，故C项错误；仅使电阻R增加，原线圈两端的电压和原副线圈匝数比不变，则副线圈输出电压不变，副线圈中电流减小，原副线圈匝数比不变，则原线圈中电流也减小，电流表示数减小，故D项错误.12345678910111213148.(多选)(2018山东省枣庄市二调)如图7所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2101，电阻R10 ，两只相同小灯泡L1、L2的规格均为“3 V,1.5 W”，S1为单刀双掷开
25、关.原线圈接正弦交流电源.当S1接1、S2闭合时，L2正常发光.设小灯泡的电阻值恒定.下列说法正确的是A.原线圈所接正弦交流电源的电动势最大值为30 VB.只断开S2后，变压器的输出功率为0.75 WC.将S1换接到2后，原线圈的输入功率为90 WD.将S1换接到2后，R的电功率为0.9 W123456789101112图7131412345678910111213149.(2018河南省濮阳市第二次模拟)如图8甲所示，一个电阻不计、边长为1 m的正方形单匝线圈被固定，正方形线圈内有一磁场与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，将线圈的两端与理想变压器原线圈相连，开关闭合，副
26、线圈接有定值电阻R0和磁敏电阻GMR(GMR的阻值随所处空间磁场的增大而增大)，则下列说法正确的是图8综合提升练A.线圈中产生的电动势的有效值为2 VB.若使电阻R0消耗的功率增大，则滑动触头P需上移C.当开关S由闭合到断开，副线圈中电流增大D.当GMR处的磁场增强时，变压器的输入功率减小1234567891011121314滑动触头P上移，R0两端电压减小，故其消耗的功率减小，B错误；当开关S由闭合到断开时，副线圈减少一个支路，电流减小，C错误；123456789101112131410.(2018辽宁省丹东市一模)如图9所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2111，原线圈接u2
27、20 sin 100t(V)的交流电，电阻R12R210 ，D1、D2均为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，则副线圈电路中理想交流电流表的读数为图91234567891011121314123456789101112131411.(2018东北三省三校一模)如图10甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为51，R1R2R310 ，C为电容器.已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则图10123456789101112A.副线圈输出的交流电的频率为10 HzB.原线圈输入电压的最大值为100 VC.电阻R3的电功率为20 WD.通过R2的电流始终为零1314解析根据变压器原理可知原、副线
28、圈中电流的周期、频率相同，周期为T0.02 s，频率为f50 Hz，故A错误.由题图乙可知通过R1的电流最大值为Im2 A，根据欧姆定律可知其两端最大电压为Um20 V，再根据原、副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为100 V，故B错误；因为电容器有通交流、隔直流的作用，则有电流通过R2，故D错误.123456789101112131412.(2018华南师大附中三模)如图11所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U1 一定，通过理想升压变压器T1 和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率
29、分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.下列说法正确的是图11123456789101112A.当用户的用电器增多时，U2减小，U4变小B.当用户的用电器增多时，P1变大，P3减小C.输电线上损失的功率为PD.要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比 ，同时应增大降压变压器的匝数比1314当用户的用电器增多时，用户消耗的电功率变大，则输入功率增大，即P3变大，故B错误；1234567891011121314123456789101112131413.(多选)(2018广东省肇庆市第三次检测)如图12所示是发电厂通过升压变压器进行高压
30、输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图，图中变压器均可视为理想变压器，电表均为理想交流电表.设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示，并且电阻不变.变阻器R相当于用户用电器的总电阻.当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时A.电压表V1、V2的读数均不变，电流表A2的读数增大，电流表A1的读数减小B.电压表V3、V4的读数均减小，电流表A2的读数增大，电流表A3的读数增大C.电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变D.线路损耗功率增大图121234567891011121314解析当用电进入高峰时，发电机的输出功率增大，输入原线圈的电流增大，升
31、压变压器输出端的电流增大，输电线的电压损失和功率损失增大，所以V1、V2的读数均不变，A1、A2的读数增大；V3、V4的读数均减小，A3的读数增大，A错，B、D正确；而电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值是输电线的电阻，是不变的，C正确.123456789101112131414.(多选)(2019山东省济宁市第一中学模拟)如图13所示，理想变压器原线圈a匝数n1200匝，副线圈b匝数n2100匝，线圈a接在u44 sin 314t V的交流电源上，“12 V6 W”的灯泡恰好正常发光，电阻R216 ，电压表V为理想电表.下列推断正确的是123456789101112A.交变电流的频率为100 HzB.穿过铁芯的磁通量的最大变化率为 Wb/sC.电压表V的示数为22 VD.R1消耗的功率是1 W图13131412345678910111213141234567891011121314本课结束