2022届高三物理(沪科版)一轮复习教案：变压器-远距离输电-Word版含解析.docx

第2课时　变压器　远距离输电
[知 识 梳 理]
学问点一、抱负变压器
1．构造：如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

图1
(1)原线圈：与沟通电源连接的线圈，也叫初级线圈。
(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。
2．原理：电流磁效应、电磁感应。
3．基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出。
(2)电压关系：＝。
有多个副线圈时＝＝＝…。
(3)电流关系：只有一个副线圈时＝。
由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。
4．几种常用的变压器
(1)自耦变压器——调压变压器
(2)互感器
学问点二、远距离输电
1．输电过程(如图2所示)

图2
2．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q＝I2Rt。
3．电压损失
(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR
4．功率损失
(1)ΔP＝P－P′；(2)ΔP＝I2R＝2R
5．输送电流
(1)I＝；(2)I＝。
思维深化
推断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)变压器不但能转变交变电流的电压，还能转变交变电流的频率。(　　)
(2)抱负变压器能转变交变电压、交变电流，但不转变功率，即输入功率总等于输出功率。(　　)
(3)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈的输入电流随之增大。(　　)
(4)在输送电压肯定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小。(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×
[题 组 自 测]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　抱负变压器基本规律的应用
1．如图3所示，一抱负变压器原、副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，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，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则(　　)

图3
A．U＝110 V，I＝0.2 A
B．U＝110 V，I＝0.05 A
C．U＝110 V，I＝0.2 A
D．U＝110 V，I＝0.2 A
解析　由变压原理＝可得U1＝110 V，即电压表示数为110 V。由P入＝P出和灯泡正常发光可得P入＝U1I1＝P出＝22 W，I1＝ A＝0.2 A，故A正确。
答案　A
2．如图4所示，抱负变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦沟通电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R＝44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A。下列推断正确的是(　　)

图4
A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1
B．原线圈和副线圈的匝数比为5∶1
C．电流表A2的示数为0.1 A
D．电流表A2的示数为0.4 A
解析　由电压表V示数和电流表A1的示数可得原线圈中的功率P1＝U1I1，P1＝P2＝IR，所以电流表A2的示数为I2＝＝ A＝1 A，C、D错误；原线圈和副线圈的匝数比＝＝，A错误，B正确。
答案　B
题组二　远距离输电
3．(多选)在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么(　　)
A．输电线路上损失的电压与输送电流成正比
B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大
C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比
D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比
解析　输电线路上损失电压ΔU＝IR，在R肯定时，ΔU和I成正比，A正确；若U越高，I＝，I越小，那么ΔU越小，B错误；输电线路上损失的功率ΔP＝I2R，当P肯定时，I＝，所以ΔP＝2R，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故C正确，D错误。
答案　AC
4．(2022·四川卷，1)如图5所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则(　　)

图5
A．用户用电器上沟通电的频率是100 Hz
B．发电机输出沟通电的电压有效值是500 V
C．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比打算
D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
解析　由乙图可知T＝0.02 s，Um＝500 V，所以f＝＝50 Hz，U＝250 V，选项A、B均错；设用户线路上的总电流为I户，降压变压器的匝数比为，则I线＝I户＝·，由上式可知输电线的电流还与用电器的总电阻有关，选项C错；当用户用电器的总电阻增大时，用电器中的总电流I户减小，由I线＝I户可知I线减小，又因P损＝IR，所以输电线上损失的功率减小，选项D正确。
答案　D

考点一　抱负变压器基本规律的应用　　　　　　　　　　　　　　　　　
　基本关系式中物理量之间的打算关系：
电压
副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比打算，即U2＝U1(原制约副)
功率
副线圈中的功率P2由用户负载打算，原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2打算，即P1＝P2(副制约原)
电流
原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比打算，即I1＝I2(副制约原)
【例1】　(多选)(2022·新课标全国卷Ⅱ，21)如图6所示，一抱负变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一抱负电流表接正弦沟通电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用沟通电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd ，则(　　)

图6
A．Uab：Ucd＝n1：n2
B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小
C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大
D．将二极管短路，电流表的读数加倍
解析　若变压器初级电压为Uab，则次级电压为U2＝Uab；由于二极管的单向导电性使得副线圈中的反向电流为零，由有效值的定义可得T＝·解得Ucd＝U2，故＝，选项A错误；增大负载的阻值R，则变压器次级电流减小，则初级电流也减小，即电流表的读数减小，选项B正确；cd间的电压由变压器的初级电压打算，与负载电阻R的大小无关，选项C错误；若二极管短路则Ucd′＝U2＝Ucd，故此时R消耗的功率P′＝为原来的2倍，则次级电流会加倍，则初级电流也加倍，选项D正确。
答案　BD
【变式训练】
1.如图7，抱负变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为抱负电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB端电压u1＝12sin 100πt (V)，下列说法正确的是(　　)

图7
A．电流频率为100 Hz B.的读数为24 V
C.的读数为0.5 A D．变压器输入功率为6 W
解析　由ω＝2πf＝100π rad/s得：f＝50 Hz，A错。有效值U1＝12 V，又＝得U2＝6 V，I2＝＝1 A，B、C项错。由能量守恒得P1＝P2＝U2I2＝6 W，D对。
答案　D
考点二　抱负变压器的动态分析
常见的抱负变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的状况和负载电阻不变的状况。
1．匝数比不变的状况(如图8所示)
(1)U1不变，依据＝，输入电压U1打算输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2也不变。
(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2打算输入电流I1，故I1发生变化。
(3)I2变化引起P2变化，由P1＝P2知P1发生变化。

图8　　　　　　　　图9
2．负载电阻不变的状况(如图9所示)
(1)U1不变，发生变化，U2变化。
(2)R不变，U2变化，I2发生变化。
(3)依据P2＝和P1＝P2，可以推断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。
【例2】　(多选)(2022·广东卷，19)如图10所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持抱负变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是(　　)

图10
A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变
C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小
D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大
解析　由于抱负变压器输入电压不变，据公式＝，则副线圈电压U2不变，滑片P滑动时，对灯泡电压没有影响，故灯泡亮度不变，则A错误；滑片P下滑，电阻变大，但副线圈电压由原线圈电压打算，则副线圈电压不变，故B正确；滑片P上滑，电阻减小，电流I2增大，据＝则原线圈输入电流I1也增大，故C错误；此时变压器输出功率P2＝U2I2将变大，故D正确。
答案　BD

【变式训练】
2．(多选) (2022·昆明市质量检测)如图11所示的电路中，T为一降压式自耦调压变压器。开头时灯泡L正常发光，现在电源电压U略降低，为使灯L仍能正常发光，可接受的措施是(　　)

图11
A．将自耦调压变压器的滑片P适当上滑
B．将自耦调压变压器的滑片P适当下滑
C．适当增大滑动变阻器R2的阻值
D．适当减小滑动变阻器R2的阻值
解析　保持负载总电阻不变，电源电压U略降低，为使L仍能正常发光，只需输出电压U2保持不变。依据变压比＝，可得U2＝U，由此可知，n2应增大，滑片P应适当上滑，选项A正确，选项B错误；保持匝数比不变，依据变压比＝，可得U2减小，为使L仍能正常发光，加在L两端的电压应不变，则加在R1两端的电压应减小，总电流应减小，负载总电阻应增大，R2应增大，选项C正确，选项D错误。
答案　AC
考点三　远距离输电
远距离输电问题的“三二一”
1．理清三个回路

图12
2抓住两个联系
(1)抱负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。
(2)抱负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．把握一个守恒
能量守恒关系式P1＝P损＋P3
【例3】　(2022·浙江卷，15)如图13所示为远距离沟通输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一抱负变压器，流入用户端的电流为I2。则(　　)

图13
A．用户端的电压为
B．输电线上的电压降为U
C．抱负变压器的输入功率为Ir
D．输电线路上损失的电功率为I1U
解析　由于P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝，所以选项A正确；输电线上的电压U线＝U－U1，选项B错误；抱负变压器的输入功率P入＝I1U1，线路上损失的电功率P损＝Ir，选项C、D均错误。
答案　A
【变式训练】
3．(多选)如图14所示为远距离输送沟通电的系统示意图，变压器均为抱负变压器。随着用户负载增多，发电机F达到额定功率时，降压变压器输出功率仍旧不足，用户的用电器不能正常工作。那么，在发电机以额定功率工作的状况下，为了适当提高用户的用电功率，可实行的措施是(　　)

图14
A．适当减小输电线的电阻r
B．适当提高
C．适当提高的同时，降低
D．适当降低的同时，提高
解析　当发电机输出功率肯定时，为使远距离用户得到更多的功率，需减小输电线上的功率损失，依据ΔP＝Ir，可以减小输电线的电阻r，A对；也可以通过提高输电电压，减小输送电流，即提高，这样使线圈n3两端电压变大，为使用户的用电器正常工作需要适当降低，C对。
答案　AC