(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第2節(jié) 理想變壓器與遠(yuǎn)距離輸電學(xué)案(含解析)
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1、(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第2節(jié) 理想變壓器與遠(yuǎn)距離輸電學(xué)案(含解析) 一、理想變壓器 1.構(gòu)造和原理 (1)構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的。 (2)原理:電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。 副線圈與用電器斷開時(shí),無電流通過副線圈,但副線圈兩端存在電壓。變壓器不能改變交變電流的頻率。 2.基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系:P入=P出。 (2)電壓關(guān)系:=。 有多個(gè)副線圈時(shí)===…。 (3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí)=。 由能量守恒推出有多個(gè)副線圈時(shí), U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn。 二、遠(yuǎn)距離輸電
2、 1.功率關(guān)系:P1=P2,P3=P4,P2=ΔP+P3。 2.電壓、電流關(guān)系:==,==,U2=ΔU+U3,I2=I線=I3。 3.輸電電流:I線===。 4.電壓損失:ΔU=U2-U3=I2R線。 5.功率損失:ΔP=P2-P3=I22R線=。 [深化理解] 1.在分析變壓器問題時(shí),一定要注意原、副線圈中各量的決定關(guān)系:U1決定U2,I2決定I1,P2決定P1。 2.分析和計(jì)算輸電線上的電壓損失和功率損失時(shí)要用U損=I線R線,P損=I線2R線=,注意P損≠。 [基礎(chǔ)自測] 一、判斷題 (1)理想變壓器的基本關(guān)系式中,電壓和電流均為有效值。(√) (2)變壓器不
3、但能改變交變電流的電壓,還能改變交變電流的頻率。(×) (3)正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開時(shí),副線圈兩端無電壓。(×) (4)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí),原線圈輸入的電流隨之減小。(×) (5)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。 (√) (6)高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗。(√) (7)在輸送電壓一定時(shí),輸送的電功率越大,輸電過程中的電能損失越大。(√) 二、選擇題 1.[滬科版選修3-2 P75T3]如圖所示為一理想變壓器,其原、副線圈匝數(shù)之比n1∶n2=4∶1,原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌,副線圈與電阻R組成閉合電路。當(dāng)直導(dǎo)線MN在
4、勻強(qiáng)磁場中沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線時(shí),電流表 的示數(shù)是10 mA,那么電流表 的示數(shù)是( ) A.40 mA B.0 C.10 mA D.2.5 mA 解析:選B 由于直導(dǎo)線MN勻速運(yùn)動(dòng),則MN切割磁場產(chǎn)生的電流恒定,線圈中產(chǎn)生的磁通量也是恒定的,所以不會(huì)引起副線圈的磁通量變化,所以副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,即電流表A2的示數(shù)為0,選項(xiàng)B正確。 2.[粵教版選修3-2 P59 T4改編]如圖所示,P是電壓互感器,Q是電流互感器,如果兩個(gè)互感器的變壓比和變流比都是50,電壓表的示數(shù)為220 V,電流表的示數(shù)為3 A,則輸電線路中的電壓和電流分別是( ) A
5、.11 000 V,150 A B.1 100 V,15 A C.4.4 V,16.7 A D.4.4 V,0.06 A 解析:選A 由兩個(gè)互感器的變壓比和變流比可知輸電線路中的電壓為U=220×50 V=11 000 V,電流為I=3×50 A=150 A,故A正確。 3.[人教版選修3-2 P50 T3改編]從發(fā)電站輸出的功率為220 kW,輸電線的總電阻為0.05 Ω,用110 V和11 kV兩種電壓輸電。兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為( ) A.100∶1 B.1∶100 C.1∶10 D.10∶1 解析:選A 由P=UI得輸電線的電流I=,則輸電線
6、上由電阻造成的電壓損失ΔU=IR=R,所以兩種情況下:ΔU1∶ΔU2=U2∶U1=100∶1,A正確。 4.如圖所示的電路中,變壓器為理想變壓器,a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端,R0為定值電阻,R為滑動(dòng)變阻器。現(xiàn)將變阻器的滑片從一個(gè)位置滑動(dòng)到另一位置,觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A,電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A,則下列說法正確的是( ) A.電壓表V1示數(shù)增大 B.電壓表V2、V3示數(shù)均增大 C.該變壓器起升壓作用 D.變阻器滑片是沿c→d的方向滑動(dòng) 解析:選D 電壓表V1的示數(shù)和a、b間電壓的有效值相同,滑片滑動(dòng)時(shí)V1示數(shù)不變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電壓表V2測量
7、的電壓為副線圈兩端的電壓,原、副線圈匝數(shù)不變,輸入電壓不變,故V2示數(shù)不變,V3示數(shù)為V2示數(shù)減去R0兩端電壓,兩線圈中電流增大,易知R0兩端電壓升高,故V3示數(shù)減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;理想變壓器滿足U1I1=U2I2,則U1ΔI1=U2ΔI2,因ΔI2>ΔI1,故U2 8、壓關(guān)系]
如圖所示,一個(gè)匝數(shù)為N=100匝的線圈以固定轉(zhuǎn)速50 r/s在勻強(qiáng)磁場中旋轉(zhuǎn),其產(chǎn)生的交流電通過一匝數(shù)比為n1∶n2=10∶1的理想變壓器給阻值R=20 Ω的電阻供電。已知電壓表的示數(shù)為20 V,從圖示位置開始計(jì)時(shí),下列說法正確的是( )
A.t=0時(shí)刻流過線圈的電流最大
B.原線圈中電流的有效值為10 A
C.穿過線圈平面的最大磁通量為 Wb
D.理想變壓器的輸入功率為10 W
解析:選C 題圖所示時(shí)刻為中性面位置,感應(yīng)電動(dòng)勢為零,流過線圈的電流為零,故A錯(cuò)誤;副線圈電流I2==1 A,根據(jù)=,可以得到原線圈電流I1=0.1 A,故B錯(cuò)誤;變壓器的匝數(shù)比為n1∶n 9、2=10∶1,故輸入電壓為200 V,最大值為200 V,由角速度ω=2πn=100π rad/s,根據(jù)公式Em=NBSω=NΦω,得穿過線圈平面的最大磁通量為Φ== Wb,故C正確;電阻R消耗的電功率為P==20 W,則理想變壓器的輸入功率為20 W,故D錯(cuò)誤。
2.[變壓器工作的電壓、電流關(guān)系]
(2017·北京高考)如圖所示,理想變壓器的原線圈接在u=220·sin 100πt(V)的交流電源上,副線圈接有R=55 Ω的負(fù)載電阻,原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1,電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是( )
A.原線圈的輸入功率為220 W
B.電流表的讀數(shù)為1 A
C.電壓 10、表的讀數(shù)為110 V
D.副線圈輸出交流電的周期為50 s
解析:選B 由交流電壓的表達(dá)式可知,原線圈兩端所加的電壓最大值為220 V,故有效值為U1=220 V,由=,故副線圈電壓的有效值為U2=110 V,故輸出功率P2==220 W,再由輸入功率等于輸出功率知,P1=P2=220 W,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)歐姆定律知,I2==2 A,由=,得I1=1 A,故電流表讀數(shù)為1 A,所以B項(xiàng)正確;電壓表的讀數(shù)為有效值,即U2=110 V,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由交流電壓的表達(dá)式可知,ω=100π rad/s,又T=,解得T=0.02 s,所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.[原、副線圈電路分析]
(多選)(2016·全國 11、卷Ⅲ)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí),兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是( )
A.原、副線圈匝數(shù)比為9∶1
B.原、副線圈匝數(shù)比為1∶9
C.此時(shí)a和b的電功率之比為9∶1
D.此時(shí)a和b的電功率之比為1∶9
解析:選AD 設(shè)燈泡的額定電壓為U0,輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時(shí)燈泡正常發(fā)光,則變壓器原線圈的電壓為9U0,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為9∶1,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由9U0Ia=U0Ib得,流過b燈泡的電流是流過a燈泡電流的9倍,根據(jù)P=UI,a、b燈泡的電功率之比為1∶9,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。
4. 12、[含有二極管的電路分析]
如圖所示的電路中,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=22∶5,電阻R1=R2=25 Ω,D為理想二極管,原線圈接u=220sin(100πt)V的交流電,則( )
A.交流電的頻率為100 Hz
B.通過R2的電流為1 A
C.通過R2的電流為 A
D.變壓器的輸入功率為200 W
解析:選C 由原線圈交流電瞬時(shí)值表達(dá)式可知,交變電流的頻率f===50 Hz,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由理想變壓器變壓規(guī)律=可知,輸出電壓U2=50 V,由理想二極管單向?qū)щ娦钥芍?,交變電流每個(gè)周期只有一半時(shí)間有電流通過R2,由交變電流的熱效應(yīng)可知,·=·T,解得U=U2=25 V, 13、由歐姆定律可知,通過R2的電流為 A,B項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;電阻R2的功率P2=UI=50 W,而電阻R1的電功率P1==100 W,由理想變壓器輸入功率等于輸出功率可知,變壓器的輸入功率為P=P1+P2=150 W,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5.[互感器的應(yīng)用]
在變電站里,經(jīng)常要用交流電表監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流。所用的器材叫電流互感器。如圖所示,能正確反映其工作原理的是( )
解析:選A 電流互感器把大電流變成小電流,測量時(shí)更安全,根據(jù)變壓器原理,=,I2=I1,所以要求線圈匝數(shù)n2>n1,原線圈要接在火線上,故選項(xiàng)A正確。
[名師微點(diǎn)]
理想變壓器以及原、副線圈基本量的關(guān)系
理想變壓器
14、沒有能量損失(銅損、鐵損),沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)
基
功率關(guān)系
原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,P入=P出
本
電壓關(guān)系
原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比,U1∶U2=n1∶n2,與負(fù)載的多少無關(guān)
關(guān)
電流關(guān)系
只有一個(gè)副線圈時(shí),I1∶I2=n2∶n1;有多個(gè)副線圈時(shí),由P入=P出,即I1U1=I2U2+I(xiàn)3U3+…+I(xiàn)nUn,得I1n1=I2n2+I(xiàn)3n3+…+I(xiàn)nnn
系
頻率關(guān)系
f1=f2(變壓器不改變交流電的頻率)
考點(diǎn)二 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題[多維探究類]
常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種:匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電阻 15、不變的情況。
匝數(shù)比不變的情況
負(fù)載電阻不變的情況
(1)U1不變,根據(jù)=,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,可以得出不論負(fù)載電阻R如何變化,U2不變
(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流I1,可以判斷I1的變化
(3)I2變化引起P2變化,根據(jù)P1=P2,可以判斷P1的變化
(1)U1不變,發(fā)生變化,U2變化
(2)R不變,U2變化,I2發(fā)生變化
(3)根據(jù)P2=和P1=P2,可以判斷P2變化時(shí),P1發(fā)生變化,U1不變時(shí),I1發(fā)生變化
考法(一) 匝數(shù)比不變,負(fù)載變化的情況
[例1] 如圖所示,理想變壓器原、副線圈接有額定電壓均為20 16、 V的燈泡a和b。當(dāng)輸入u=220sin(100πt)V的交變電壓時(shí),兩燈泡均能正常發(fā)光。設(shè)燈泡不會(huì)被燒壞,下列說法正確的是( )
A.原、副線圈匝數(shù)比為11∶1
B.原、副線圈中電流的頻率比為11∶1
C.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑少許時(shí),燈泡b變亮
D.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑少許時(shí),燈泡a變亮
[解析] 兩燈均正常發(fā)光,則原線圈輸入的電壓為:U1=U-U燈=(220-20)V=200 V,副線圈電壓:U2=U燈=20 V,根據(jù)理想變壓器變壓比得===,故A錯(cuò)誤;變壓器不改變交流電的頻率,即頻率比為1∶1,故B錯(cuò)誤;當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑少許時(shí),阻值減小,副線圈電流變大,根 17、據(jù)=,可知原線圈電流變大,燈泡a分擔(dān)的電壓變大,原線圈輸入的電壓變小,副線圈輸出電壓變小,所以燈泡a變亮,b變暗,故C錯(cuò)誤,D正確。
[答案] D
[例2] 有一理想變壓器,副線圈所接電路如圖所示,燈L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡。當(dāng)S斷開時(shí),燈L1正常發(fā)光。S閉合后,下列說法正確的是( )
A.電阻R消耗的電功率增大
B.燈L1、L2都能正常發(fā)光
C.原線圈的輸入功率減小
D.原、副線圈的電流比減小
解析:選A 當(dāng)S閉開后,由變壓器電壓與匝數(shù)比關(guān)系:=,可知副線圈電壓U2不變,而電路的電阻減小,所以副線圈的電流增大,由P=I2R知R消耗的功率增大,故A正確;副線圈的電流增 18、大,所以電阻R的電壓增大,而副線圈電壓U2不變,所以燈泡兩端的電壓減小,燈L1、L2都不能正常發(fā)光,故B錯(cuò)誤;由于副線圈中負(fù)載電阻減小,消耗的功率為P=,故消耗的功率增大,又因?yàn)檩斎牍β实扔谳敵龉β?,故原線圈的輸入功率增大,所以C錯(cuò)誤;變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變,由電流與匝數(shù)關(guān)系=,知原、副線圈中電流之比不變,故D錯(cuò)誤。
考法(二) 匝數(shù)比改變,負(fù)載不變的情況
[例3] (多選)如圖所示,電路中的變壓器為理想變壓器,S為單刀雙擲開關(guān),U1為加在原線圈兩端的交變電壓,I1、I2分別為原、副線圈中的電流。下列說法中正確的是( )
A.保持U1不變,S由b切換到a,則R上消耗的功率減小 19、
B.保持U1不變,S由a切換到b,則I2減小
C.保持U1不變,S由b切換到a,則I1增大
D.保持U1不變,S由a切換到b,則變壓器的輸入功率增大
[解析] 保持U1不變,S由b切換到a時(shí),副線圈匝數(shù)增多,則輸出電壓U2增大,電流I2增大,R消耗的功率增大,由變壓器功率關(guān)系可知,其輸入功率也增大,故I1增大;S由a切換到b時(shí),副線圈匝數(shù)減少,則輸出電壓U2減小,輸出電流I2減小,所以根據(jù)P2=I2U2,P2減?。挥忠騊1=P2,所以變壓器輸入功率減小。由以上分析可知,正確選項(xiàng)為B、C。
[答案] BC
[例4] 如圖所示,接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電,如果將原 20、、副線圈減少相同匝數(shù),其他條件不變,則( )
A.小燈泡變亮
B.小燈泡變暗
C.原、副線圈兩端電壓的比值不變
D.通過原、副線圈電流的比值不變
解析:選B 由于家庭電路上理想變壓器為降壓變壓器,故n1>n2,當(dāng)原、副線圈減少相同的匝數(shù)時(shí),其變壓比變大,根據(jù)=,U1一定,U2變小,故小燈泡變暗,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;由=知,原、副線圈電壓的比值變大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)=,則通過原、副線圈電流的比值變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
[共性歸納]
含有變壓器的動(dòng)態(tài)電路問題的解題思路
考點(diǎn)三 遠(yuǎn)距離輸電[師生共研類]
謹(jǐn)記遠(yuǎn)距離輸電問題的“三 二 一”
1.理清三個(gè)回路
在回路2中 21、,U2=ΔU+U3,I2=I線=I3。
2.抓住兩個(gè)聯(lián)系
(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路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(gè)量間的關(guān)系是=,=,P1=P2。
(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路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(gè)量間的關(guān)系是=,=,P3=P4。
3.掌握一個(gè)守恒
能量守恒關(guān)系式P1=P損+P4。
[典例] 如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,在T的原線圈兩端接入一電壓u=Umsin ωt的交流電源。若輸送電功率為P,輸電線的總 22、電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則輸電線上損失的電功率為( )
A. B.
C.422r D.422r
[解析] 升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1=;由變壓關(guān)系可得=,則U2=;因?yàn)檩斔碗姽β蕿镻,輸電線中的電流為I2==,則輸電線上損失的電功率為ΔP=I22(2r)=,故選項(xiàng)C正確。
[答案] C
輸電線路功率損失的計(jì)算方法
P損=P1-P4
P1為輸送的功率,P4為用戶得到的功率
P損=I線2R線
I線為輸電線路上的電流,R線為線路電阻
P損=
ΔU為輸電線路上損失的電壓,不要與U2、U3相混
P損=ΔU·I線
ΔU不要錯(cuò)代入U(xiǎn)2或U 23、3
[題點(diǎn)全練]
1.[輸電原理]
遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2,電壓分別為U1、U2,電流分別為I1、I2,輸電線上的電阻為R。變壓器為理想變壓器,則下列關(guān)系式中正確的是( )
A.= B.I2=
C.I1U1=I22R D.I1U1=I2U2
解析:選D 根據(jù)變壓器的工作原理可知=,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因U2、I2、R不滿足歐姆定律公式中物理量之間的對應(yīng)關(guān)系,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤;U1I1=U2I2,但U2I2≠I22R,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。
2.[電壓、功率損失]
用一臺某型號的柴油發(fā)電機(jī)給災(zāi)民臨時(shí)安置區(qū)供電,如圖所示。發(fā)電機(jī)到安 24、置區(qū)的距離是400 m,輸電線路中的火線和零線均為GBCZ60型單股銅導(dǎo)線,該型號導(dǎo)線單位長度的電阻為2.5×10-4Ω,安置區(qū)家用電器的總功率為44 kW,當(dāng)這些額定電壓為220 V的家用電器都正常工作時(shí)( )
型號
AED6500S
輸出電壓范圍
220~300 V
最大輸出功率
60 kW
A.輸電線路中的電流為20 A
B.發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓為300 V
C.在輸電線路上損失的電功率為8 kW
D.如果該柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的是正弦式交變電流,則其輸出電壓最大值是300 V
解析:選C 當(dāng)這些額定電壓為220 V的家用電器都正常工作時(shí),輸電線路中的電流為I==200 25、 A,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;導(dǎo)線電阻為R=2.5×10-4×400×2 Ω=0.2 Ω,則發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出電壓為U輸=U+I(xiàn)R=260 V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在輸電線路上損失的電功率為P損=I2R=8 kW,選項(xiàng)C正確;如果該柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的是正弦式交變電流,則其輸出電壓的最大值是Um=U輸=368 V,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3.[輸電電路的計(jì)算]
(多選)如圖為某小型水電站的電能輸送示意圖,發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電。已知輸電線的總電阻R=10 Ω,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1,副線圈與用電器R0組成閉合電路。若T1、T2均為理想變壓器,T2的副線圈兩端電壓u=220sin 26、(100πt)V。當(dāng)用電器電阻R0=11 Ω時(shí),下列說法正確的是( )
A.通過用電器R0的電流有效值是20 A
B.當(dāng)用電器R0的阻值減小時(shí),輸電線損耗的功率也隨著減小
C.發(fā)電機(jī)中的電流變化頻率為100 Hz
D.升壓變壓器的輸入功率為4 650 W
解析:選AD 通過用電器R0的電流有效值I== A=20 A,A正確;當(dāng)用電器R0的阻值減小時(shí),由于電壓不變,電流增大,輸電線上的電流也增大,輸電線上損失的功率增大,B錯(cuò)誤;變壓器不改變交流電的頻率,f=50 Hz,C錯(cuò)誤;降壓變壓器的輸出功率為P1=UI=220×20 W=4 400 W,由理想變壓器原、副線圈電流與匝數(shù) 27、成反比,得輸電線上的電流為I′=5 A,輸電線上損失的功率ΔP=I′2R=52×10 W=250 W,升壓變壓器的輸入功率P=P1+ΔP=4 650 W,D正確。
考點(diǎn)四 實(shí)驗(yàn):探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系
1.實(shí)驗(yàn)器材:學(xué)生電源、可拆變壓器(配備幾個(gè)不同匝數(shù)的線圈)、多用電表。
2.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)把兩個(gè)線圈套到可拆變壓器的鐵芯上。一個(gè)線圈作為原線圈,連到學(xué)生電源的交流輸出端。另一個(gè)作為副線圈,兩端可以不接用電器。
(2)閉合電源開關(guān),用多用電表的交流電壓擋分別測量兩個(gè)線圈兩端的電壓,測量時(shí),先用量程比較大的交流電壓擋,例如交流50 V擋,如果電壓讀數(shù)表明實(shí)際電壓不太大, 28、可以改用較小一級的電壓擋。測量完畢時(shí)斷開學(xué)生電源的開關(guān)。
(3)改變學(xué)生電源的電壓設(shè)置,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。
(4)原線圈與副線圈對調(diào),重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。
(5)換用其他線圈,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比, =。
[基礎(chǔ)考法]
1.(2019·浙江臺州中學(xué)模擬)在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)利用“教學(xué)用的可拆變壓器”進(jìn)行探究。
(1)下列器材中,實(shí)驗(yàn)需要的器材是________。(填字母)
A.干電池 B.低壓交流電源
C.220 V交流電源 D.條形磁鐵
E.可拆變壓器和導(dǎo)線 F.直 29、流電壓表
G.多用電表
(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作,下列說法正確的是________ 。(填字母)
A.為了人身安全,原線圈兩端只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12 V
B.實(shí)驗(yàn)通電時(shí),可用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路
C.使用多用電表測電壓時(shí),先用中等量程擋試測,再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量
解析:(1)“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),需要的器材有學(xué)生電源,提供低壓交流電,同時(shí)還需要交流電壓表來測量電壓及可拆變壓器和導(dǎo)線;故選B、E、G。
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),為了人身安全,原線圈兩端只能使用低壓交流電源,所用電壓不超過12 V,故A正確;實(shí)驗(yàn)通電時(shí),用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線 30、柱等檢查電路,這樣無形之中,將人體并聯(lián)電路中,導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,故B錯(cuò)誤;使用多用電表測電壓時(shí),先用最高量程擋試測,再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量,故C錯(cuò)誤。
答案:(1)BEG (2)A
2.(2019·大慶模擬)有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器,如圖甲所示,它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B,線圈外部還可以繞線。
(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值,指針分別對應(yīng)圖乙中的a、b位置,由此可推斷________線圈的匝數(shù)較多(選填“A”或“B”)。
(2)如果把它看成理想變壓器,現(xiàn)要測定A線圈的匝數(shù),提供的器材有:一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源,請 31、簡要敘述實(shí)驗(yàn)的步驟(寫出要測的物理量,并用字母表示)。
解析:(1)歐姆表示數(shù)等于指針示數(shù)與擋位的乘積,用同一擋位測電阻,指針偏角越大,所測電阻阻值越小,指針偏角越小,電阻阻值越大,由題圖所示可知,a位置指針偏角小,線圈A的電阻大,線圈A的匝數(shù)較多。
(2)實(shí)驗(yàn)步驟:
①用長導(dǎo)線繞一個(gè)n匝線圈,作為副線圈替代A線圈;
②把低壓交流電源接B線圈,測得線圈的輸出電壓為U;
③用A線圈換下繞制的線圈測得A線圈的輸出電壓為UA,由=可得線圈A的匝數(shù)nA=n。
答案:(1)A (2)①用長導(dǎo)線繞一個(gè)n匝線圈,作為副線圈替代A線圈;②把低壓交流電源接B線圈,測得線圈的輸出電壓為U;③用A線圈換 32、下繞制的線圈測得A線圈的輸出電壓為UA,由=可得線圈A的匝數(shù)nA=n。
“專項(xiàng)研究”拓視野——遠(yuǎn)距離輸電電路的兩類動(dòng)態(tài)分析問題
類型(一) 發(fā)電電壓一定的動(dòng)態(tài)分析問題
[例1] (多選)小型水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)有穩(wěn)定的輸出電壓,該電壓先通過發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓,然后通過輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處用戶附近的降壓變壓器,經(jīng)降壓變壓器降低電壓后再輸送至各用戶,如圖所示。設(shè)變壓器都是理想變壓器,那么在用電高峰期,隨著用電器增多,用戶消耗的電功率增加,下列說法正確的是( )
A.發(fā)電機(jī)的輸出電流變小
B.高壓輸電線路的功率損失變大
C.降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小
D.升 33、壓變壓器副線圈兩端的電壓變大
[思路點(diǎn)撥] 根據(jù)用電器增加,可知降壓變壓器的輸出電流變大,故輸電線上的電流增大,升壓變壓器的輸入電流增大,進(jìn)而分析其他物理量。
[解析] 用電高峰期用電器增多,降壓變壓器的輸出電流增大,由變壓器原副線圈電流關(guān)系可知輸電線上的電流I增大,發(fā)電機(jī)的輸出電流變大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;輸電線路上損失的功率P損=I2r,r為輸電線路電阻,故P損變大,選項(xiàng)B正確;升壓變壓器副線圈的輸出電壓U2只與輸入電壓U1及原、副線圈匝數(shù)比有關(guān),即升壓變壓器副線圈兩端的電壓不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3=U2-U損,U損=Ir,I增大,U損增大,故U3減小,由理想變壓器原副 34、線圈的電壓關(guān)系可知降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小,選項(xiàng)C正確。
[答案] BC
[針對訓(xùn)練]
1.如圖所示為某小型發(fā)電站的輸電示意圖,發(fā)電站輸出U1=220sin(100πt)V的交流電通過升壓變壓器升壓后進(jìn)行高壓輸電,接近用戶時(shí)再通過降壓變壓器降壓給用戶供電。圖中高壓輸電線部分總電阻為r,負(fù)載端的電壓表是理想電壓表。下列有關(guān)描述正確的是( )
A.若開關(guān)S1、S2都斷開,則電壓表示數(shù)為零
B.負(fù)載端所接收交流電的頻率為25 Hz
C.深夜開燈時(shí)燈較亮是因?yàn)楦邏狠旊娋€上電壓損失減小的緣故
D.用電高峰期燈泡較暗,可通過減少降壓變壓器副線圈的匝數(shù)來提高其亮度
解析: 35、選C 開關(guān)都斷開時(shí)降壓變壓器空載,其副線圈兩端有電壓,電壓表示數(shù)不為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;變壓器不能改變交流電的頻率,故負(fù)載端所接收交流電的頻率還是50 Hz,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;深夜大部分用戶已關(guān)燈,干路中電流減小,線路損耗電壓也減小,用戶得到的電壓升高,故此時(shí)開燈較亮,選項(xiàng)C正確;用電高峰時(shí),負(fù)載增多,負(fù)載電阻減小,干路中電流增大,因此輸電線路上損耗電壓增大,導(dǎo)致降壓變壓器的輸入電壓降低,為提高負(fù)載電壓,可增大降壓變壓器副線圈的匝數(shù),使負(fù)載電壓提高,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
類型(二) 發(fā)電功率一定的動(dòng)態(tài)分析問題
[例2] (多選)如圖所示為某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖,變壓器均為理想變壓器,發(fā)電機(jī)輸出功率P=2 36、0 kW。在輸電線路上接入一個(gè)電流互感器,其原、副線圈的匝數(shù)比為1∶10,電流表的示數(shù)為1 A,輸電線的總電阻r=10 Ω。下列說法正確的是( )
A.采用高壓輸電可以增大輸電線路中的電流
B.升壓變壓器的輸出電壓U2=2 000 V
C.用戶獲得的功率為19 kW
D.將P下移,用戶獲得的電壓將增大
[思路點(diǎn)撥] 本題屬于發(fā)電機(jī)功率不變的遠(yuǎn)距離輸電問題,解題時(shí)先利用電流互感器求得輸電線路上的電流,從而得到輸電線路上損失的功率,然后利用P=Pr+P用,得到降壓變壓器上的功率。
[解析] 采用高壓輸電可以減小輸電線路中的電流,從而減小輸電損耗,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電流表的示數(shù)為1 37、A,電流互感器匝數(shù)比為1∶10,故輸電線路中電流的大小I2=10 A,根據(jù)P=U2I2可得升壓變壓器的輸出電壓U2=2 000 V,選項(xiàng)B正確;線路損耗的功率Pr=I22r=1 kW,故用戶獲得的功率為19 kW,選項(xiàng)C正確;將P下移,降壓變壓器原線圈匝數(shù)增大,用戶獲得的電壓將減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
[答案] BC
[針對訓(xùn)練]
2.(多選)如圖甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100,其輸入電壓如圖乙所示,遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為100 Ω。降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖,其中R1為一定值電阻,R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器,當(dāng)溫度升高 38、時(shí)其阻值變小。電壓表V顯示加在報(bào)警器上的電壓(報(bào)警器未畫出)。未出現(xiàn)火警時(shí),升壓變壓器的輸入功率為750 kW。下列說法正確的是( )
A.降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為50 Hz
B.遠(yuǎn)距離輸電線路損耗功率為180 kW
C.當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí),電壓表V的示數(shù)變小
D.當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí),輸電線上的電流變小
解析:選AC 由題圖乙知交變電流的周期為0.02 s,所以頻率為50 Hz,A正確;由題圖乙知升壓變壓器輸入電壓有效值為250 V,根據(jù)變壓比公式知升壓變壓器副線圈兩端電壓為25 000 V,所以輸電線中的電流為I==30 A,輸電線損失的電壓為ΔU=IR=30×100 V=3 000 V,輸電線路損耗功率為ΔP=ΔU·I=90 kW,B錯(cuò)誤;當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí)傳感器R2阻值減小,降壓變壓器副線圈中電流增大,輸電線上電流變大,輸電線損失的電壓變大,降壓變壓器輸入、輸出電壓都變小,定值電阻的分壓增大,電壓表V的示數(shù)變小,C正確,D錯(cuò)誤。
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