2022年高三物理復習 第10章 變壓器 遠距離輸電學案

2022年高三物理復習 第10章 變壓器 遠距離輸電學案一、概念規(guī)律題組1理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1n2101，原線圈兩端接通交流電源，則()A原、副線圈中電流頻率之比f1f2101B原、副線圈兩端電壓之比為U1U2101C原、副線圈內(nèi)交變電流之比I1I2110D變壓器輸入和輸出功率之比P1P21012遠距離輸電時，在輸送電功率不變的條件下()A只有增大導線的電阻，才能減小電流，提高輸電效率B提高輸電電壓，能減小電流，提高輸電效率C提高輸電電壓勢必增大輸電導線上的能量損耗D提高輸電電壓勢必增大輸電導線上的電流圖13如圖1所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V，60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則()A電流表的示數(shù)為 AB電源輸出功率為1 200 WC電流表的示數(shù)為 AD原線圈端電壓為11 V二、思想方法題組4某發(fā)電站采用高壓輸電向外輸送電能若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導線的總電阻為R.則下列說法正確的是()A輸電線上的電流IB輸電線上的電流IC輸電線上損失的功率P()2RD輸電線上損失的功率P圖25如圖2所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開始時，開關(guān)S斷開當S接通時，以下說法中正確的是()A副線圈兩端M、N的輸出電壓減小B副線圈輸電線等效電阻R上的電壓增大C通過燈泡L1的電流減小D原線圈中的電流增大一、理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系基本關(guān)系功率關(guān)系P入P出電壓關(guān)系，與負載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個副線圈時，；多個副線圈時，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中交流電的頻率相等制約關(guān)系電壓副線圈的電壓U2由原線圈的電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈的電流I1由副線圈的電流I2和匝數(shù)比決定【例1】 (xx·廣東·19)圖3(a)左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負載電路中R55 ，、為理想電流表和理想電壓表，若原線圈接入如圖3(b)所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110 V，下列表述正確的是()(a)(b) 圖3A電流表的示數(shù)為2 AB原、副線圈匝數(shù)比為12C電壓表的示數(shù)為電壓的有效值D原線圈中交變電壓的頻率為100 Hz規(guī)范思維二、變壓器的動態(tài)分析問題此類問題大致有兩種情況：一是負載電阻不變，原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)、輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比變化而變化的情況；另一類是匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負載電阻變化而變化的情況根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系，這是處理此類問題的關(guān)鍵動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：【例2】 如圖4所示，T為理想變壓器，副線圈回路中的輸電線ab和cd的電阻不可忽略，其余輸電線電阻可不計，則當開關(guān)S閉合時()圖4A交流電壓表V2和V3的示數(shù)一定都變小B交流電壓表V3的示數(shù)變小C交流電流表A1、A2和A3的示數(shù)一定變大D只有A1的示數(shù)變大規(guī)范思維三、輸電電路的基本分析圖51如圖5所示，發(fā)電站的輸出電功率為P，輸出電壓為U，用戶得到的電功率為P，電壓為U，則輸電電流為I.2輸電導線損失的電壓：U線UUIR線3輸電導線上損失的電功率PPPI2R線()2R線.4減少電能損失的基本途徑：根據(jù)公式PI2R線()2R線可知有兩個基本途徑：減小輸電線電阻，如加大輸電導線的橫截面積，采用電阻率小的材料等；高壓輸電，在輸送功率一定的條件下，提高電壓，減小輸送電流【例3】 (xx·浙江理綜·17)某水電站，用總電阻為2.5 的輸電線輸電給500 km外的用戶，其輸出電功率是3×106 kW，現(xiàn)用500 kV的電壓輸電，則下列說法正確的是()A輸電線上輸送的電流大小為2.0×105 AB輸電線上由電阻造成的電壓損失為15 kVC若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9×108 kWD輸電線上損失的功率為PU2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻規(guī)范思維四、遠距離高壓輸電問題的分析1遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖6為例)圖6(1)功率關(guān)系P1P2，P3P4，P2P線P3(2)電壓、電流關(guān)系，U2U線U3I2I3I線(3)輸電電流：I線(4)輸電導線上損失的電功率P線U線I線IR線()2R線2關(guān)于遠距離輸電問題的處理思路常見問題有兩類：一類是按發(fā)電機升壓輸電線降壓用電器的順序分析或按用電器到發(fā)電機的順序分析；還有一類常見的是從中間突破的題目，即由輸電線上的功率損失求出輸電線上的電流，也就是流過升壓變壓器副線圈和降壓變壓器原線圈的電流，再由理想變壓器的工作原理推斷發(fā)電和用電的問題【例4】 某小型發(fā)電站的發(fā)電機輸出交流電壓為500 V，輸出電功率為50 kW，如果用電阻為3 的輸電線向遠處用戶送電，這時用戶獲得的電壓和電功率是多少？假如，要求輸電線上損失的電功率是輸送功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一個升壓變壓器，到達用戶前再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用，不考慮變壓器的能量損失，這兩個變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？規(guī)范思維針對訓練(xx·山東理綜·19)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖7所示，發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則()圖7A.>B.<C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率【基礎演練】圖81如圖8所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為101.原線圈接電壓u220sin 100t V的交流電源，副線圈接兩個阻值均為R22 的負載電阻，電表均為理想電表則下述結(jié)論中正確的是()A開關(guān)S斷開時，電流表A的示數(shù)為0.1 AB開關(guān)S斷開時，電壓表V的示數(shù)為11 VC開關(guān)S閉合時，電流表A的示數(shù)為0.05 AD開關(guān)S閉合時，電壓表V的示數(shù)為22 V2(xx·山東·20)為保證用戶電壓穩(wěn)定在220 V，變電所需適時進行調(diào)壓，圖9甲為調(diào)壓變壓器示意圖保持輸入電壓u1不變，當滑動接頭P上下移動時可改變輸出電壓某次檢測得到用戶電壓u2隨時間t變化的曲線如圖乙所示以下正確的是() 甲乙 圖9Au1190sin (50t) VBu2190sin (100t) VC為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應將P適當下移D為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應將P適當上移3(xx·江蘇單科·7)在如圖10所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有()圖10A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大圖114(xx·山東濰坊一模)如圖11所示，電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P是滑動變阻器R的滑動觸頭，原線圈兩端接電壓有效值恒定的交變電流，則能使原線圈的輸入功率變大的是()A保持P的位置不變，S由b切換到aB保持P的位置不變，S由a切換到bCS擲于b位置不動，P向上滑動DS擲于b位置不動，P向下滑動5(xx·天津理綜·7)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導線電阻不計，如圖12所示當開關(guān)S閉合后()圖12AA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變BA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大DV2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變6如圖13所示，圖13理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n241，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的電阻B阻值相等，a、b兩端加一定的交變電壓U后兩電阻消耗的功率之比PAPB為()A41 B14 C161 D116【能力提升】7(xx·廣東單科·9)如圖14為遠距離高壓輸電的示意圖，關(guān)于遠距離輸電，下列表述正確的是()圖14A增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗C在輸送電壓一定時，輸送電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好題號1234567答案8.(xx·湖南長沙模擬)交流發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO勻速轉(zhuǎn)動一小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S0.05 m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50 Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應強度B T用此發(fā)電機所發(fā)出的交流電帶動兩個標有“220 V，11 kW”的電機正常工作，需在發(fā)電機的輸出端a、b與電機之間接一個理想變壓器，電路如圖15所示求：圖15(1)發(fā)電機的輸出電壓；(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；(3)與變壓器原線圈串聯(lián)的電流表的示數(shù)9三峽水利樞紐工程是長江流域治理開發(fā)的關(guān)鍵工程，建成后將是中國規(guī)模最大的水利工程，樞紐控制流域面積1×106 km2，占長江流域面積的56%，壩址處年平均水流量Q4.51×1011 m3.水利樞紐的主要任務包括防洪、發(fā)電、航運三方面，在發(fā)電方面，三峽電站安裝水輪發(fā)電機組26臺，總裝機容量(26臺發(fā)電機組同時工作時的總發(fā)電功率)P1.82×107 kW，年平均發(fā)電約W8.40×1010 kW·h，該工程將于xx年全部竣工，電站主要向華中、華東電網(wǎng)供電，以緩解這兩個地區(qū)的供電緊張局面，閱讀上述資料，解答下列問題(水的密度1.0×103 kg/m3，取重力加速度g10 m/s2)(1)若三峽電站上下游水位差按H100 m計算，試推導三峽電站將水流的勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率的公式，并計算出效率的數(shù)值(2)若26臺發(fā)電機組全部建成并發(fā)電，要達到年發(fā)電量的要求，每臺發(fā)電機組平均年發(fā)電時間t為多少天？(3)將該電站的電能輸送到華中地區(qū)，送電功率P14.5×106 kW；采用超高壓輸電，輸電電壓U500 kV，而發(fā)電機輸出的電壓約U018 kV，要使輸電線上損耗的功率等于輸送電功率5%，求發(fā)電站的升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比和輸電線路的總電阻學案49變壓器遠距離輸電【課前雙基回扣】1BC根據(jù)變壓器的電壓比和電流比可知選項B、C是正確的；對于理想變壓器，不改變頻率且輸入與輸出的功率應相等，即P1P2，所以選項A、D是錯誤的2B在輸出功率一定時，由PUI知，當U增大時，I減小，輸電導線損耗的功率P損I2R將變小3C因為燈泡正常發(fā)光所以副線圈中的電流：I2 A A根據(jù)公式得I1I2× A A，即電流表的示數(shù)應為 A，故A錯，C對；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入P出可得電源的輸出功率為60 W，故B選項錯誤；根據(jù)公式，得U1U2×220 V4 400 V，故D選項錯誤4BC輸電線上的電流I線，故A錯誤，B正確；輸電線上的功率損失PIR()2R，故C正確，D錯誤5BCD由于輸入電壓不變，所以S接通時，理想變壓器副線圈M、N兩端輸出電壓不變并聯(lián)燈泡L2，負載總電阻變小，由歐姆定律I知，流過R的電流增大，電阻R上的電壓URIR增大副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率I1U1I2U2得，I2增大，則原線圈輸入電流I1也增大UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過燈泡L1的電流減小思維提升1變壓器的工作原理是電磁感應，工作基礎是互感現(xiàn)象，變壓器只能變電壓，不能變頻率2輸電線上的功率損失P損I2R線R線U損I.減少輸電線功率損失的兩種方法：(1)減小R線；(2)減小電流，提高輸電電壓3理想變壓器的基本關(guān)系式：(1)P入P出，(2)，(3)I1n1I2n2或(只有一個副線圈)【核心考點突破】例1 AC由I得，I A2 A，A正確理想變壓器中，所以，B錯誤測量交流電時電表示數(shù)均為有效值，C正確，由題圖(b)知T0.02 s，由f得，f50 Hz，D錯誤規(guī)范思維熟練掌握變壓器的工作原理，記住以下幾條：變壓器不改變交流電的頻率與功率兩線圈上電壓比等于匝數(shù)比單副線圈變壓器，電流比等于匝數(shù)反比對電壓，副線圈隨原線圈改變；對電流，原線圈隨副線圈而改變例2 B因為U不變，由可得U2不變；當S閉合后副線圈所在電路電阻R減小，由I2可知電流I2增大，而電阻R1兩端電壓U3U2I2R線，故U3變小，I3變?。挥蒛I1U2I2得I2，故I1增大綜上所述，I1、I2增大，I3減小，U2不變，U3減小，故只有B項正確規(guī)范思維處理此類問題的關(guān)鍵是要深刻理解變壓器的工作原理，辨清原、副線圈中的變量與不變量，明確各個變量間的制約關(guān)系(電壓制約：原制約副；電流制約：副制約原；功率制約：副制約原)例3 B輸電線上輸送的電流I6 000 A，A錯；輸電線上損失的電壓為UIr6 000×2.5 V1.5×104 V15 kV，B對；若改用5 kV的電壓輸電，則輸電線上輸送的電流I6×105 A，輸電線上損失的功率PI2r(6×105)2×2.5 W9×108 kW>3×106 kW，表明電能將在線路上損耗完，則輸電線上損失的功率為3×106 kW，C錯；D項中輸電線上損失的功率PU2/r，U應為輸電線上損耗的電壓，而不是輸電電壓，D錯規(guī)范思維解此類題目，要注意公式中各量的一一對應，如輸電線上功率損失PI2RR中，U為輸送電壓，P中，U為線路上損失的電壓；對于本題還要考慮實際情況例4 200 V2×104 W11049722解析用500 V電壓送電時示意圖如圖所示，輸電線上的電流I0P/U050×103/500 A100 A.用戶獲得電壓U1U0I0R(500100×3) V200 V；用戶獲得的電功率P1I0U12×104 W.改用高壓輸送時，示意圖如下圖所示，要求P損0.6%P，即P損50×103×0.6% W300 W.輸電電流I A10 A.發(fā)電站升壓后輸電電壓U V5 000 V，升壓變壓器匝數(shù)比n1/n2U0/U500/5 0001/10.輸電線上損失的電壓UI·R10×3 V30 V，降壓變壓器的輸入電壓U2UU(5 00030) V4 970 V，降壓變壓器的匝數(shù)比.規(guī)范思維分析此類問題，先畫出輸電線路圖，然后以變壓器為界，分成幾個獨立的閉合回路，應用串、并聯(lián)電路的特點及電功、電功率有關(guān)公式分析各個回路的電流、電壓和功率關(guān)系各獨立回路之間可通過變壓器的及功率P入P出等聯(lián)系起來針對訓練AD思想方法總結(jié)1對于理想變壓器記住四點(1)原線圈的輸入功率由副線圈的輸出功率決定(2)電壓表、電流表的讀數(shù)均為交流電的有效值(3)原、副線圈上交流電的周期與頻率是相同的(4)原、副線圈的電壓、電流與原、副線圈匝數(shù)有比例關(guān)系2關(guān)于理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型：負載電阻不變，原、副線圈的電壓U1、U2不變，電流I1、I2，功率P1、P2隨匝數(shù)比的變化而變化；匝數(shù)比不變，原、副線圈的電壓U1、U2不變，電流I1、I2，功率P1、P2隨負載電阻的變化而變化無論哪種情況，處理此類問題的關(guān)鍵是分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系3(1)求解遠距離輸電的關(guān)鍵是熟悉輸電線路圖，并畫出示意圖，把需要的物理量都標在圖中的相應位置上(2)分別在“三個回路”以及“兩個變壓器”上找各物理量的關(guān)系，特別注意升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路，在此回路中利用電路知識分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系(3)注意輸電線路上的功率損失與電壓損失，知道升壓變壓器的副線圈與降壓變壓器的原線圈上各量的不同【課時效果檢測】1B2.BD3.CD4.AC5.AD6D設電路中通過A、B的電流分別為IA、IB有IAIBn2n114故PAPB1167ABD輸電線中損失的功率PI2·R線()2，可見，增加輸電線的橫截面積或提高輸送電壓(即減小輸電電流)，都可以減小輸電線中的功率損失，選項A、B正確；若輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，則輸電電流越大，電能損失越大，選項C錯誤；高壓輸電時要綜合考慮材料成本、技術(shù)、經(jīng)濟要求、距離遠近等各種因素，不是電壓越高就越好，選項D正確8(1)1 100 V(2)51(3)20 A解析(1)根據(jù)EmnBS1 100 V得輸出電壓的有效值為U11 100 V(2)電動機正常工作，U2220 V根據(jù)得(3)P出2×11 kW2.2×104 W根據(jù)P入P出2.2×104 W，再根據(jù)P入U1I1，解得I120 A9(1)67.1%(2)192.3天(3)92502.78 解析(1)電站的能量轉(zhuǎn)化效率為：代入數(shù)據(jù)解得：×100%67.1%.(2)根據(jù)P得：t天192.3天(3)升壓變壓器的匝數(shù)比為：根據(jù)P1IU得：I9.0×103 A由P損I2R5%P1解得：R2.78 .易錯點評1第1、4、5題都屬于變壓器的動態(tài)分析問題易錯點有：(1)不清楚負載變少和變阻器阻值減小的區(qū)別，負載減小，指的用電器個數(shù)減少，總電阻是變大的(2)不清楚電壓、電流的因果關(guān)系認為輸入決定輸出實則相反，應是輸出決定輸入，“用多少送多少”2在遠距離輸電問題中，常見錯誤是P損I2R線，即把輸電線上損失的電壓與升壓變壓器的副線圈電壓等同注意輸電電壓U絕不等于U損