高考物理大一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第2讲 变.docx
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高考物理大一轮复习第11章交变电流传感器第2讲变
第二讲 变压器 电能的输送
一
理想变压器
1.
2.对于理想变压器,原线圈与电源相连,副线圈不接负载时,副线圈两端的电压为零吗?
副线圈中的电流为零吗?
提示:
不为零 为零
3.理想变压器的副线圈有两个,公式=和=还成立吗?
此时电流和匝数有何关系?
提示:
由于线圈中的磁通量相同,故==成立;由能量守恒I1U1=I2U2+I3U3,I1n1=I2n2+I3n3,公式=不成立.
二
电能的输送
1.
2.在如图所示的高压输电线路中写出不同回路间各物理间的关系.
= I2=I3 =
= P2=P3+IR线 =
P1=P2 U2=U3+ΔUP3=P4
1.判断正误
(1)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.( )
(2)理想变压器能改变交变电压、交变电流,但不改变功率,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)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用.( )
(5)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压.( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√ (5)×
2.(人教版选修3-2P44第2题改编)有些机床为了安全,照明电灯用的电压是36V,这个电压是把380V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1140匝,副线圈是( )
A.1081匝 B.1800匝
C.108匝 D.8010匝
答案:
C
3.(人教版选修3-2P44第5题改编)如图所示的电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的是( )
A.电压表V1示数增大
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
答案:
D
4.(人教版选修3-2P50第3题改编)从发电站输出的功率为220kW,输电线的总电阻为0.05Ω,用100V和11kV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.100∶1 B.1∶100
C.1∶10 D.10∶1
答案:
A
考点一
理想变压器基本关系和动态分析
1.匝数比不变的情况
(1)U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻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,P1=P2,故P1发生变化.
2.负载电阻不变的情况
(1)U1不变,发生变化,故U2变化.
(2)R不变,U2变化,故I2发生变化.
(3)根据P2=,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化.
3.变压器动态问题的分析流程
(2016·全国卷Ⅲ)(多选)如图,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,两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是( )
A.原、副线圈匝数之比为9∶1
B.原、副线圈匝数之比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶9
解析:
选AD 设灯泡的额定电压为U0,两灯均能正常发光,所以原线圈输出端电压为U1=9U0,副线圈两端电压为U2=U0,故=,根据==,A正确B错误;根据公式=可得=,由于小灯泡两端的电压相等,所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为1∶9,C错误,D正确.
处理变压器问题需要注意的细节
(1)熟记两个基本公式
①=,即对同一变压器的任意两个线圈,都有电压和匝数成正比.
②P入=P出,即无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于输出功率之和.
(2)原、副线圈中通过每匝线圈磁通量的变化率相等.
(3)原、副线圈中电流变化规律一样,电流的周期、频率一样.
(2015·全国卷Ⅰ)一理想变压器的原、副线圈的匝数为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上,如图所示.设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( )
A.U=66V,k=B.U=22V,k=
C.U=66V,k=D.U=22V,k=
解析:
选A 设原线圈中电流为I,由=知副线圈中的电流为3I,由题意知副线圈中电阻两端的电压U=3IR,则原线圈回路中R两端的电压U′=IR=,原线圈两端的电压U1=3U,由闭合电路中电压关系可知U1+U′=220V,即3U+=220V,U=66V,原线圈回路中电阻消耗的功率P1=I2R,副线圈回路中电阻消耗的功率P2=(3I)2R,=k==,选项A正确.
(2016·全国卷Ⅰ)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是3Ω、1Ω和4Ω,○A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( )
A.2 B.3
C.4 D.5
解析:
选B 当S断开时,电路如图所示
由闭合电路欧姆定律,原线圈两端电压U1=U-IR1
得U1=U-3I①
根据变压器原副线圈电压关系:
=②
副线圈中的电流:
I2==③
联立①②③得:
2=④
当S闭合时,电路如图所示
由闭合电路欧姆定律,原线圈两端电压U1′=U-4I·R1
得U1′=U-12I⑤
根据变压器原副线圈电压关系:
=⑥
副线圈中的电流得:
I2′==⑦
联立⑤⑥⑦得2=⑧
联立④⑧解得=3.
变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法
(1)分清不变量和变量;
(2)弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系;
(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定.
(2018·大连双基测试)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,b是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10Ω,其余电阻均不计.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,则下列说法正确的是( )
A.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率增大
B.当单刀双掷开关与a连接且t=0.01s时,电流表示数为零
C.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为77.8V
D.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率为25Hz
解析:
选A 当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的匝数减小,由=得U2=,则副线圈电压增大,副线圈功率增大,由P1=P2可得原线圈的功率也增大,选项A正确;电流表显示的是有效值,则任意时刻都不是零,选项B错误;由乙图可得原线圈输入电压的有效值为220V,由U2=可得副线圈的电压为55V,选项C错误;由乙图可得交变电流的频率为50Hz,理想变压器不改变电压的频率,则副线圈电压的频率也为50Hz,选项D错误.
1.(2017·福建宁德一模)如图所示,理想变压器的副线圈接有一规格为“44V 44W”的灯泡和线圈电阻r=1Ω的电动机,原线圈接上u=220sin100πt(V)的正弦交流电后灯泡和电动机都正常工作,且原线圈中理想交流电流表的示数为1A,下列说法正确的是( )
A.理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1
B.电动机的输出功率为176W
C.电动机的热功率为6W
D.若电动机被卡住,灯泡仍正常工作,则电流表的示数变为9A
解析:
选D 原线圈两端的电压有效值为U1=220V,灯泡和电动机都正常工作,所以灯泡两端的电压有效值为44V,根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比,得===,故A错误;根据电流与匝数成反比有=,得副线圈中的电流有效值I2=5A,灯泡中的电流IL==A=1A,因为I2=IM+IL,可得流过电动机的电流有效值IM=4A,电动机输入功率为P入=U2IM=176W,电动机的热功率为P热=Ir=16W,所以电动机的输出功率为P出=P入-P热=160W,故B、C错误;若电动机被卡住,灯泡仍正常工作,IM′==44A,流过副线圈的电流I2′=IL+IM′=45A,根据电流与匝数成反比得I1′=9A,故D正确.
2.如图甲所示的“火灾报警系统”电路中,理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,原线圈接入图乙所示的电压,电压表和电流表均为理想电表,R0为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,R1为变阻器.当通过报警器的电流超过某值时,报警器将报警.下列说法正确的是( )
A.电压表V的示数为20V
B.R0处出现火警时,电流表A的示数减小
C.R0处出现火警时,变压器的输入功率增大
D.要使报警器的临界温度升高,可将R1的滑片P适当向下移动
解析:
选C 由图乙知,电压的最大值为Um=200V,设电压的有效值为U,则·=T,得U=100V,变压器原、副线圈中的电压之比等于匝数之比,所以电压表的示数为10V,选项A错误;R0处温度升高时阻值减小,副线圈电流增大,输出功率增大,由于输出功率与输入功率相等,所以输入功率增大,电流表示数增大,选项B错误,C正确;随着温度升高,热敏电阻阻值减小,若R1滑片向下移动,并联部分的总电阻增大,电压增大,易达到报警器的报警电压值,出现报警现象,故将R1的滑片P向下移动相当于降低了报警器的临界温度,选项D错误.
考点二
变压器和交变电流的综合
(2018·河南校级模拟)(多选)如图所示,50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B=T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.5m2,线框电阻不计.线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω=200rad/s匀速转动,并与理想变压器原线圈相连,副线圈接入一只“220V,60W”灯泡,且灯泡正常发光,熔断器允许通过的最大电流为10A,下列说法正确的是( )
A.图示位置穿过线框的磁通量为零
B.线框中产生交变电压的有效值为500V
C.变压器原、副线圈匝数之比为25∶11
D.允许变压器输出的最大功率为5000W
解析:
选CD 由图可知,此时线框平面和磁场垂直,此时穿过线框的磁通量最大,所以A错误.矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动,产生的感应电动势的最大值为Em=nBSω=50××0.5×200V=500V,由于最大值为有效值的倍,所以交变电压的有效值为500V,所以B错误.由于电压与匝数成正比,所以变压器原、副线圈匝数之比为=,所以C正确.由于熔断器允许通过的最大电流为10A,所以允许变压器输出的最大功率为P=UI=500×10W=5000W,所以D正确.
处理此类问题的方法
(1)首先观察交变电流的图象(或交变电流瞬时值表达式),其纵坐标表示的是电压U还是电流I(或表达式表示的是电流还是电压).
(2)其次观察此交变电流是加在原线圈两端还是副线圈两端.
(3)然后判断原、副线圈所组成的电路需要的物理量是最大值还是有效值.
(4)最后根据变压器规律和串并联电路的特点进行解题.
(多选)如图所示,10匝矩形线框在磁感应强度B=T的匀强磁场中,绕垂直磁场的轴OO′以角速度ω=100rad/s匀速转动,线框电阻不计,面积为S=0.3m2,线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相
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