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1、会计学1三维设计新课标高考物理一轮总复习变压三维设计新课标高考物理一轮总复习变压器电能的传输张器电能的传输张 (1)当原线圈接在当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表、电直流电源上时，电压表、电流表的示数分别为多少？流表的示数分别为多少？(2)当原线圈接在当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表、电交流电源上时，电压表、电流表的示数分别为多少？流表的示数分别为多少？提示提示(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示生变化，副线
2、圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。数为零，电流表示数也为零。第1页/共62页第2页/共62页记一记记一记1构造：构造：如图如图1022所示。所示。图图1022理想变压器由理想变压器由 、和闭合铁芯组成。和闭合铁芯组成。原线圈原线圈副线圈副线圈第3页/共62页 2原理原理 线圈的互感现象。线圈的互感现象。3基本关系基本关系(2)功率关系：功率关系：P入入_有多个副线圈时：有多个副线圈时：U1I1_ P出出U2I2U3I3UnIn第4页/共62页 4几种常用的变压器几种常用的变压器 (1)自耦变压器自耦变压器也叫也叫 变压器。变压器。(2)互感器：互感器：电压互感器，用来
3、把高电压变成电压互感器，用来把高电压变成 。电流互感器，用来把大电流变成电流互感器，用来把大电流变成 。调压调压低电压低电压小电流小电流第5页/共62页试一试试一试1.(2011新课标全国卷新课标全国卷)如图如图1023，一理想变压器原、副线圈的匝数一理想变压器原、副线圈的匝数比为比为1 2；副线圈电路中接有灯；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用灯泡正常发光。若用U和和I分别表示此时电压表和分别表示此时电压表和电流表的读数
4、，则电流表的读数，则 ()图图1023第6页/共62页解析：直接求出副线圈中的电压、电流分别为：解析：直接求出副线圈中的电压、电流分别为：220 V、0.1 A。故原线圈中的电压、电流分别为。故原线圈中的电压、电流分别为110 V、0.2 A。答案：答案：A第7页/共62页电能的输送电能的输送想一想想一想 照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的。照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的。可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些。这是什么原因呢？夜时要显得暗些。这是什么原因呢？提示提示在用电高峰时，总电阻比深夜时小，供电线在
5、用电高峰时，总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大，因而每盏灯路上的电流大，输电线上损失的电压较大，因而每盏灯两端的电压较低。两端的电压较低。超链超链接接第8页/共62页记一记记一记1输电过程输电过程(如图如图1024所示所示)图图10242电压损失电压损失(1)UUU(2)U_IR第9页/共62页3功率损失功率损失(1)PPPI2R4输送电流输送电流第10页/共62页试一试试一试2在如图在如图1025所示的远距离输电电路图中，升压所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不
6、变，随着用户用电量的出电压和输电线的电阻均不变，随着用户用电量的增加，发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的增加，发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有有 ()图图1025第11页/共62页A升压变压器的输出电压增大升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大输电线上损耗的功率占总功率的比例增大第12页/共62页答案：答案：CD第13页/共62页变压器的工作原理及基本关系变压器的工作原理及基本关系1.基本关系基本关系第14页/共62页 (4)无电能损失，因此无电能损失，因此P入入
7、P出出，无论副线圈一个还，无论副线圈一个还是多个，总有是多个，总有U1I1U2I2U3I3将电压关系代入可将电压关系代入可得得n1I1n2I2n3I3 2基本关系式中物理量之间的决定关系基本关系式中物理量之间的决定关系 (2)电流决定关系：输出电流电流决定关系：输出电流I2决定输入电流决定输入电流I1。(3)功率决定关系：输出功率功率决定关系：输出功率P2决定输入功率决定输入功率P1，也，也可简记为可简记为“用决定供用决定供”。第15页/共62页 例例1(2012山东高考山东高考)图图1026甲是某燃气炉点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火装置的原理图。转换器将直
8、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器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，为交流电压表。为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时，就会在钢时，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。以下判断正确的是的是()图图1026第16页/共62页第17页/共62页答案答案BC第18页/共62页变压器的动态分析变压器的动态分析1.匝数比不变的情况匝数比不变的情况(如图如图1027所示所示)(2)当负载电
9、阻发生变化时，当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流变化，输出电流I2决决定输入电流定输入电流I1，故，故I1发生变化。发生变化。(3)I2变化引起变化引起P2变化，变化，P1P2，故，故P1发生变化。发生变化。图图1027第19页/共62页2负载电阻不变的情况负载电阻不变的情况(如图如图1028所示所示)(2)R不变，不变，U2改变，故改变，故I2发生变化。发生变化。图图1028第20页/共62页 例例2如图如图1029所示，理想变压器输入端所示，理想变压器输入端PQ接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器可改变变压器原线圈匝数原线圈匝数(图中电压
10、表及电流表皆为理想电表图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下，则下列说法中正确的是列说法中正确的是 ()图图1029第21页/共62页 A当滑片当滑片c向向b端移动时，变压器输入功率变大端移动时，变压器输入功率变大 B当滑片当滑片c向向a端移动时，电流表端移动时，电流表A1的示数将减小，的示数将减小，电压表电压表V的示数不变的示数不变 C当滑片当滑片c向向b端移动时，电流表端移动时，电流表A2的示数将变大，的示数将变大，电压表电压表V的示数也变大的示数也变大 D滑片滑片c不动，将开关不动，将开关S由由1掷向掷向2时，三个电表时，三个电表A1、A2、V的示数都变大的示数都变大 审题指导审题指导
11、滑片滑片c移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功率，改变原线圈中的电流。开关中的电流、功率，改变原线圈中的电流。开关S由由1掷掷向向2减少了原线圈的匝数，从而改变其他各物理量。减少了原线圈的匝数，从而改变其他各物理量。第22页/共62页答案答案D第23页/共62页分析动态问题的程序：分析动态问题的程序：决定决定决定决定第24页/共62页远距离输电问题远距离输电问题 1.远距离高压输电的几个基本关系远距离高压输电的几个基本关系(以图以图10210为为例例)图图10210第25页/共62页 (1)功率关系：功率关系：P1P2，P3P4，P2P线线P
12、3。第26页/共62页 2关于远距离输电问题的处理思路关于远距离输电问题的处理思路 (1)画出输电线路图，将已知量和未知量标在图中相画出输电线路图，将已知量和未知量标在图中相应位置；应位置；(2)将输电线路划分为几个独立回路；将输电线路划分为几个独立回路；(3)根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路物理量之间关系；确定各部分回路物理量之间关系；(4)根据升压、降压，原、副线圈的电压、电流关系根据升压、降压，原、副线圈的电压、电流关系和功率关系列式求解。和功率关系列式求解。第27页/共62页第28页/共62页答案答案D第29页/共62页
13、 模型概述模型概述 1自耦变压器自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器理想模型，自耦变压器(又称调压器又称调压器)，它只有一个线圈，其中，它只有一个线圈，其中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。升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用。超链超链接接第30页/共62页第31页/共62页 典例典例1(2012新课标全国卷新课标全国卷)自耦变压器铁芯上只自耦变压器铁芯上只绕有
14、一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图升压式自耦调压变压器的电路如图10211所示，其副所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线匝；原线圈为圈为1 100匝，接在有效值为匝，接在有效值为220 V的交流电源上。当变的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效，负载两端电压的有效值为值为U2，且变压器是理想的，则，
15、且变压器是理想的，则U2和和I1分别约为分别约为()第32页/共62页图图10211 A380 V和和5.3 AB380 V和和9.1 A C240 V和和5.3 A D240 V和和9.1 A答案答案B第33页/共62页 典例典例2(2012丹东摸底丹东摸底)如图如图10212所示，两所示，两种情况下变压器灯泡种情况下变压器灯泡L2、L3的功率均为的功率均为P，且，且L1、L2、L3为相同的灯泡，匝数比为为相同的灯泡，匝数比为n1 n23 1，则图甲中，则图甲中L1的的功率和图乙中功率和图乙中L1的功率分别为的功率分别为 ()图图10212第34页/共62页答案答案B第35页/共62页 题后
16、悟道题后悟道 对于两个以上的副线圈的理想变压器，电压与匝对于两个以上的副线圈的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立，但在任何情况下电流关系都可以根据原线圈的输立，但在任何情况下电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即入功率等于副线圈的输出功率，即P入入P出出求解。求解。第36页/共62页 如图如图10213所示，接于理想变压器中的四个规格所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1 n2 n3为为 ()图图10213
17、A1 1 1 B3 2 1C6 2 1 D2 2 1第37页/共62页答案：答案：B第38页/共62页随堂巩固落实随堂巩固落实1(2012广州模拟广州模拟)图图10214是远距离输电的示意是远距离输电的示意图，下列说法正确的是图，下列说法正确的是 ()图图10214Aa是升压变压器，是升压变压器，b是降压变压器是降压变压器Ba是降压变压器，是降压变压器，b是升压变压器是升压变压器第39页/共62页Ca的输出电压等于的输出电压等于b的输入电压的输入电压Da的输出电压等于输电线上损失的电压的输出电压等于输电线上损失的电压解析：远距离输电先升压，再降压，选项解析：远距离输电先升压，再降压，选项A正确
18、，正确，B错误；错误；由于输电线有电压损失，故由于输电线有电压损失，故a的输出电压等于的输出电压等于b的输入电的输入电压与损失的电压之和，选项压与损失的电压之和，选项C、D均错。均错。答案：答案：A第40页/共62页2为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交，电路中分别接了理想交流电压表流电压表V1、V2和理想交流电流表和理想交流电流表A1、A2，导线电阻，导线电阻不计，如图不计，如图10
19、215所示。当开关所示。当开关S闭合后闭合后()图图10215第41页/共62页AA1示数变大，示数变大，A1与与A2示数的比值不变示数的比值不变BA1示数变大，示数变大，A1与与A2示数的比值变大示数的比值变大CV2示数变小，示数变小，V1与与V2示数的比值变大示数的比值变大DV2示数不变，示数不变，V1与与V2示数的比值不变示数的比值不变解析：因为变压器的匝数与输入电压解析：因为变压器的匝数与输入电压U1不变，所以电压表不变，所以电压表V1的示数和电压表的示数和电压表V2的示数不变，的示数不变，C错误，错误，D正确；当正确；当S闭合后，因为负载电阻减小，故次级线圈中的电流闭合后，因为负载电
20、阻减小，故次级线圈中的电流I2增大，增大，由于输入功率等于输出功率，所以由于输入功率等于输出功率，所以I1也将增大，但因为变也将增大，但因为变压器的匝数不变，压器的匝数不变，A1与与A2示数的比值不变，故示数的比值不变，故B错误，错误，A正确。正确。答案：答案：AD第42页/共62页3钳形电流表的外形和结构如图钳形电流表的外形和结构如图10216所示。图甲所示。图甲中电流表的读数为中电流表的读数为1.2 A。图乙中用同一电缆线绕了。图乙中用同一电缆线绕了3匝，则匝，则 ()图图10216第43页/共62页A这种电流表能测直流电流，图乙的读数为这种电流表能测直流电流，图乙的读数为2.4 AB这种
21、电流表能测交流电流，图乙的读数为这种电流表能测交流电流，图乙的读数为0.4 AC这种电流表能测交流电流，图乙的读数为这种电流表能测交流电流，图乙的读数为3.6 AD这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图乙的这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图乙的读数为读数为3.6 A答案：答案：C第44页/共62页4.如图如图10217所示，自耦变压器输入端所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值接交流稳压电源，其电压有效值UAB100 V，R040，当滑动片处于线圈中，当滑动片处于线圈中点位置时，点位置时，C、D两端电压的有效值两端电压的有效值UCD为为_V，通过电阻，通过电阻
22、R0的电流有效值为的电流有效值为_A。图图10217答案：答案：2005课时跟踪跟踪检测见“课时跟踪跟踪检测（三十八）（三十八）”第45页/共62页（给有能力的学生加餐）（给有能力的学生加餐）1中国已投产运行的中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P。在。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用改用1 000 kV特高压输电，若不考虑其他因素
23、的影特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为响，则输电线上损耗的电功率将变为 ()第46页/共62页答案：答案：A第47页/共62页图图2第48页/共62页第49页/共62页答案：答案：AB第50页/共62页图图3第51页/共62页A通过灯泡的交变电流的频率是通过灯泡的交变电流的频率是50 HzB变压器原、副线圈匝数之比为变压器原、副线圈匝数之比为10 1C矩形线圈中产生的电动势的最大值为矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 VD若将灯泡更换为若将灯泡更换为“12 V24 W”且保证其正常发光，且保证其正常发光，需要增大矩形线圈的转速需要增大矩形线圈的转速第52页/共
24、62页答案：答案：B第53页/共62页4(2012武汉调研武汉调研)如图如图4所示，某变电站用所示，某变电站用10 kV的高的高压向压向10 km外的小区供电，输送的电功率为外的小区供电，输送的电功率为200 kW。现要求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率现要求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率的的2%，下列不同规格的输电线中，符合要求的是，下列不同规格的输电线中，符合要求的是()图图4第54页/共62页0.2DYD150/CD0.3DYD100/CC0.6DYD50/CB1DYD30/CA千米电阻千米电阻(/km)型号型号选项选项解析：由解析：由PUI解得输电电流解得输电电流IP/U
25、20 A。输电线路上。输电线路上损耗的功率不超过损耗的功率不超过P线线200 kW2%4 kW，由，由P线线I2R解得解得R10。由于输电线长度需要。由于输电线长度需要20 km，所以可以选，所以可以选择千米电阻择千米电阻0.5/km以下的型号以下的型号DYD100/C或型号或型号DYD150/C，符合要求的是选项，符合要求的是选项C、D。答案：答案：CD第55页/共62页5如图如图5甲调压装置可视为理想变压器，负载电路中甲调压装置可视为理想变压器，负载电路中 R 55，、为理想电流表和电压表。若原线圈为理想电流表和电压表。若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为接入如图乙所示的正
26、弦交变电压，电压表的示数为 110 V，下列表述正确的是，下列表述正确的是 ()A电流表的示数为电流表的示数为 2 AB原、副线圈匝数比为原、副线圈匝数比为 1 2图图5第56页/共62页C电压表的示数为电压的有效值电压表的示数为电压的有效值D原线圈中交变电压的频率为原线圈中交变电压的频率为 100 Hz答案：答案：AC第57页/共62页6(2012福建高考福建高考)如图如图6，理想变压器，理想变压器原线圈输入电压原线圈输入电压uUmsin t，副线，副线圈电路中圈电路中R0为定值电阻，为定值电阻，R是滑动是滑动变阻器。变阻器。V1和和V2是理想交流电压表，示数分别用是理想交流电压表，示数分别
27、用U1和和U2表示，表示，A1和和A2是理想交流电流表，示数分别用是理想交流电流表，示数分别用I1和和I2表示。下列说法正确的是表示。下列说法正确的是 ()AI1和和I2表示电流的瞬时值表示电流的瞬时值BU1和和U2表示电压的最大值表示电压的最大值C滑片滑片P向下滑动过程中，向下滑动过程中，U2不变、不变、I1变大变大D滑片滑片P向下滑动过程中，向下滑动过程中，U2变小、变小、I1变小变小图图6第58页/共62页答案：答案：C第59页/共62页7(2012浙江五校联考浙江五校联考)一台发电机输出的电功率为一台发电机输出的电功率为50 kW，输出电压为，输出电压为250 V，现欲用变压器升压后向
28、远，现欲用变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为处输电，输电线的总电阻为8，若不考虑输电线，若不考虑输电线路的感抗和容抗对输电的影响，则路的感抗和容抗对输电的影响，则 ()A输送电压越高，输电线上损失的功率越大输送电压越高，输电线上损失的功率越大B若升压变压器的变压比为若升压变压器的变压比为1 4，输电线上损失的，输电线上损失的功率为功率为20 kWC若升压变压器的变压比为若升压变压器的变压比为1 8，输电线上损失的，输电线上损失的功率为功率为10 kWD若不用升压变压器，输电线上损失的功率将达若不用升压变压器，输电线上损失的功率将达到到320 kW第60页/共62页解析：输送功率一定，输送
29、电压越高，输电线中电流越小。解析：输送功率一定，输送电压越高，输电线中电流越小。输电线上损失的功率越小，选项输电线上损失的功率越小，选项A错误；若升压变压器的错误；若升压变压器的变压比为变压比为1 4，输送电压为，输送电压为1 000 V，输电线中电流，输电线中电流50 A，输电线上损失的功率为输电线上损失的功率为I2R5028 W20 kW，选项，选项B正正确；若升压变压器的变压比为确；若升压变压器的变压比为1 8，输送电压为，输送电压为2 000 V，输电线中电流输电线中电流25 A，输电线上损失的功率为，输电线上损失的功率为I2R2528 W5 kW，选项，选项C错误；若不用升压变压压器，输电线中电错误；若不用升压变压压器，输电线中电流流200 A，计算可知，电能不能够输送到远处，选项，计算可知，电能不能够输送到远处，选项D错错误。误。答案：答案：B第61页/共62页