2024年高考物理第一轮复习：第2讲　变压器　远距离输电课件PPT

这是一份2024年高考物理第一轮复习：第2讲　变压器　远距离输电课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了主干知识·填一填，两个线圈，电磁感应，低电压，小电流，I2R，横截面积，电阻率小，输电电压，规律结论·记一记等内容，欢迎下载使用。
必备知识新学法基础落实
一、理想变压器1．构造如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的__________组成的．(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫__________线圈．(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫__________线圈．
2．原理电流磁效应、__________．3．理想变压器原、副线圈基本量的关系
4.几种常见的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示．
二、电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R.
一、易混易错判断1．变压器不但可以改变交流电压，也可以改变直流电压．( )2．变压器只能使交变电流的电压减小．( )3．高压输电的目的是增大输电的电流．( )4．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输送过程中损失的功率越小．( )5．变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定．( )6．高压输电可以减少输电线路上的电能损失，且输电线路上电压越高越好．( )
二、经典小题速练1．(鲁科版选择性必修第二册P74T2)远距离输电都采用高压输电的方式，其主要优点是(　　)A．可根据需要调节交变电流的频率B．可加快输电速度C．可减少输电线上的能量损失D．可节省输电线的材料解析：C　采用高压输电可降低输电电流，从而减少输电线上的能量损失，C项正确．
2．(人教版选择性必修第二册P60T2改编)有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的．如果变压器的原线圈是1140匝，辐线圈是(　　)A．1081匝 　　　　　　B．1800匝C．108匝 D．8010匝
3．(人教版选择性必修第二册P60T5改编)如图所示，变压器为理想变压器，电流表A1内阻不可忽略，其余的均为理想的电流表和电压表．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．将滑动变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时，则下列说法正确的是(　　)A．电压表V1、V2示数不变，V3示数变小B．电压表V1、V2示数变小，V3示数变大C．电流表A1、A2的示数都增大D．电流表A1的示数变小，A2的示数增大
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2．关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压．(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．(3)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．(4) P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．
[题组突破]1．(理想变压器电压关系的应用)(2021·广东卷)某同学设计了一个充电装置，如图所示．假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V．理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60.下列说法正确的是(　　)A．交流电的频率为10 HzB．副线圈两端电压最大值为3 VC．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
3．(原线圈上有负载的变压器)(多选)如图所示，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、副线圈匝数比为9∶1B．原、副线圈匝数比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9
解析：AD　设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为9∶1，选项A正确，选项B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据P＝UI，a、b灯泡的电功率之比为1∶9，选项C错误，选项D正确．
命题点二　理想变压器的动态分析(师生互动)[核心整合]常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况．1．匝数比不变的情况(如图所示)
如图所示的理想变压器电路，变压器原、副线圈的匝数可通过滑动触头P1、P2控制，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，L为灯泡．当原线圈所接的交变电压U降低后，灯泡L的亮度变暗，欲使灯泡L恢复到原来的亮度，下列措施可能正确的是(　　)A．仅将滑动触头P1缓慢地向上滑动B．仅将滑动触头P2缓慢地向上滑动C．仅将滑动变阻器的滑动触头P3缓慢地向下滑动D．将滑动触头P2缓慢地向下滑动，同时P3缓慢地向下滑动
【思维导引】　(1)要使变暗的灯泡L恢复到原来的亮度就要使灯泡两端的电压或流过灯泡的电流增大．(2)改变滑动头P1、P2、P3的位置，均可改变灯泡的电压或电流．解析：B　原线圈所接的交变电压U降低后，原线圈两端电压U1减小，仅将滑动触头P1缓慢地向上滑动，则变压器原线圈匝数n1变多，据U1∶U2＝n1∶n2可知，副线圈两端电压U2减小，灯泡不可能恢复到原来的亮度，故A项错误；原线圈所接的交变电压U降低后，原线圈两端电压U1减小，仅将滑动触头P2缓慢地向上滑动，则变压器副线圈匝数n2变多，据U1∶U2＝n1∶n2可知，副线圈两端电压U2有可能与原来的电压相同，灯泡可能恢复到原来的亮度，故B项正确；
原线圈所接的交变电压U降低后，原线圈两端电压U1减小，据U1∶U2＝n1∶n2可知，副线圈两端电压U2减小，滑动变阻器与灯泡并联后与R1串联，据串联分压规律知，仅将滑动变阻器的滑动触头P3缓慢地向下滑动，滑动变阻器接入电路电阻减小，滑动变阻器与灯泡并联部分分得电压所占比例下降，所以原线圈所接的交变电压U降低后，仅将滑动变阻器的滑动触头P3缓慢地向下滑动，灯泡两端电压一定减小，灯泡不可能恢复到原来的亮度，故C项错误；原线圈所接的交变电压U降低后，原线圈两端电压U1减小，将滑动触头P2缓慢地向下滑动，则变压器原线圈匝数n2变少，据U1∶U2＝n1∶n2可知，副线圈两端电压U2一定减小，滑动变阻器与灯泡并联后与R1串联，据串联分压规律知，将滑动变阻器的滑动触头P3缓慢地向下滑动，滑动变阻器接入电路电阻减小，滑动变阻器与灯泡并联部分分得电压所占比例下降，所以原线圈所接的交变电压U降低后，将滑动触头P2缓慢地向下滑动，同时P3缓慢地向下滑动，灯泡两端电压一定减小，灯泡不可能恢复到原来的亮度，故D项错误．
[题组突破]1．(匝数不变，负载改变的情况)如图所示，理想变压器的输入电压保持不变．副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S闭合；现将S断开，下列说法正确的是(　　)A．电阻R两端的电压减小B．灯泡L1更暗C．交流电流表的示数增大D．变压器的输入功率增大
2．(负载不变，匝数改变的情况)(多选)图甲为疫情期间某医院使用的应急发电机，图乙为它服务于应急供电系统的简易原理图，不计发电机中矩形线圈的电阻，它工作时绕轴在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，图中有一降压变压器，它的副线圈上有一滑动触头P可上下移动，若用R0表示右侧输电线电阻，则下列说法正确的是(　　)
A．若发电机矩形线圈某时刻处于图乙所示位置，则此时矩形线圈的磁通量变化最快B．若发电机矩形线圈稳定转动时，将滑动触头P向上滑动，流过R0的电流将变小C．当用户数目增多时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动D．若发电机线圈的转速减为原来的一半，用户获得的功率也将减为原来的一半
命题点三　远距离输电问题(师生互动)[核心整合]1．理清三个回路回路1　发电机回路．该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机．回路2　输送电路．I2＝I3＝IR，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3.回路3　输出电路．I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用．
3．掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋ P用户．
(2021·河北模拟)图示为某发电厂向偏远山区输送电能的示意图，发电厂通过升压变压器T1和降压变压器T2向纯电阻用电器R0(未知)供电．已知输电线的总电阻为R，T1原、副线圈匝数比为1∶10，T2原、副线圈匝数比为10∶1，T1原线圈两端的瞬时电压u＝Usin ωt，测得发电厂回路中电流有效值为I.若T1、T2均可视为理想变压器，发电机的内阻不计，则(　　)
[题组突破]1．(高压输电电损的计算)(2020·全国卷Ⅱ)(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低．我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术．假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100 kV特高压输电．输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则(　　)
命题点四　三种特殊的变压器(自主学习)[核心整合]1．自耦变压器自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的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，如图所示．
2．如图甲所示为一自耦变压器，变压器的原线圈AB端输入电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻R0＝11 Ω，电容器C的击穿电压为22 V，移动滑片P使电容器刚好不会被击穿，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是(　　)A．电压表的示数为220 VB．原、副线圈的匝数比为10∶1C．电流表的示数等于通过电阻R0的电流D．原线圈AB端输入电压的变化规律为u＝311sin(πt)V
3．(2021·河北卷)(多选)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中．理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2.当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I.不计线圈电阻，下列说法正确的是(　　)
A．通过电阻R2的电流为B．电阻R2两端的电压为C．n0与n1的比值为D．发电机的功率为
核心素养新导向学科培优
素养培优33　远距离输电电路的两类动态分析问题类型一　发电电压一定的动态分析问题　 (多选)小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，该电压先通过发电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降压变压器降低电压后再输送至各用户，如图所示．设变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，随着用电器增多，用户消耗的电功率增加，下列说法正确的是(　　)
A．发电机的输出电流变小B．高压输电线路的功率损失变大C．降压变压器副线圈两端的电压变小D．升压变压器副线圈两端的电压变大【思维导引】　根据用电器增加，可知降压变压器的输出电流变大，故输电线上的电流增大，升压变压器的输入电流增大，进而分析其他物理量．
解析：BC　用电高峰期用电器增多，降压变压器的输出电流增大，由变压器原副线圈电流关系可知输电线上的电流I增大，发电机的输出电流变大，选项A错误；输电线路上损失的功率P损＝I2R，R为输电线路电阻，故P损变大，选项B正确；升压变压器副线圈的输出电压U2只与输入电压U1及原、副线圈匝数比有关，即升压变压器副线圈两端的电压不变，选项D错误；降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－U损，U损＝IR，I增大，U损增大，故U3减小，由理想变压器原副线圈的电压关系可知降压变压器副线圈两端的电压变小，选项C正确．
类型二　发电功率一定的动态分析问题　 (多选)如图所示为某小型发电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率P＝20 kW.在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻r＝10 Ω.下列说法正确的是(　　)A．采用高压输电可以增大输电线路中的电流B．升压变压器的输出电压U2＝2000 VC．用户获得的功率为19 kWD．将P下移，用户获得的电压将增大
【思维导引】　本题属于发电机功率不变的远距离输电问题，解题时先利用电流互感器求得输电线路上的电流，从而得到输电线路上损失的功率，然后利用P＝Pr＋P用，得到降压变压器上的功率．解析：BC　采用高压输电可以减小输电线路中的电流，从而减小输电损耗，选项A错误；电流表的示数为1 A，电流互感器匝数比为1∶10，故输电线路中电流的大小I2＝10 A，根据P＝U2I2可得升压变压器的输出电压U2＝2000 V，选项B正确；线路损耗的功率Pr＝Ir＝1 kW，故用户获得的功率为19 kW，选项C正确；将P下移，降压变压器原线圈匝数增大，用户获得的电压将减小，选项D错误．
[基础巩固]1．(2021·浙江绍兴市高三月考)当交变电流通过导体时，交流的磁场会在导体内部引起涡流，使电流在导体横截面上的分布不再均匀，电流将主要地集中到导体表面，这种效应称为趋肤效应．交变电流的频率越高，趋肤效应越明显．下列说法正确的是(　　)A．趋肤效应是一种静电感应现象B．趋肤效应使得导体的有效电阻减小C．在远距离输电中，可提高交变电流频率以减小输电线上的损失D．在高频电路中，可用空心铜导线代替实心铜导线以节约线路成本
解析：D　趋肤效应是电磁感应现象，故A错误；趋肤效应使得电流主要集中到导体表面，相当于减小了导体的横截面积，所以有效电阻增大，故B错误；在远距离输电中，可提高交变电流的电压以减小输电线上的损失，故C错误；在高频电路中，趋肤效应越明显，电流主要集中到导体表面，故可用空心铜导线代替实心铜导线以节约线路成本，故D正确．
2．(2021·浙江绍兴市高三月考)如图甲所示的充电器正在给手机充电．乙图是简化原理图，理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶2，原线圈接220 V交变电流，副线圈通过理想二极管连接手机．下列说法正确的是(　　)A．副线圈的电流为8 AB．手机两端的电压为8 VC．通过手机的电流为直流电D．拔掉手机，充电线两端电压为零
3．如图所示的电路中，理想变压器输入端接在交流恒流源上，原线圈电流有效值不变，理想电压表接在原线圈两端，理想电流表串联在副线圈电路上，开始时滑动变阻器的滑片P置于中点处，现将滑片P向上移动时，下列说法正确的是(　　)A．电流表的示数变小B．电压表的示数变大C．小灯泡亮度变暗D．电源的输出功率变小
4．(多选)如图甲，理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，R1＝R2＝R3＝10 Ω，C为电容器．已知通过R1的正弦交变电流如图乙，则(　　)A．副线圈输出的交变电流的频率为10 HzB．原线圈输入电压的最大值为100 VC．电阻R3的电功率为20 WD．通过R2的电流始终为零
5．(多选)有一匝数为100匝的矩形导线框ABCD，其电阻为20 Ω，处于如图甲所示的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，穿过线框的磁通量随时间变化的关系如图乙所示，线框输出端与一个原、副线圈匝数比为6∶1的理想变压器的原线圈相连，副线圈接入一负载电阻R，交流电压表及电流表为理想电表，电流表的示数为0.2 A，下列说法正确的是(　　)A．导线框ABCD输出的电功率等于负载R上消耗的热功率B．负载电阻R的阻值为55 ΩC．电压表的示数约为67 VD．如果给负载电阻R再并联一只相同的电阻，电压表示数不变
[能力提升]6．(2020·全国卷Ⅲ)(多选)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表．已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示．下列说法正确的是(　　)A．所用交变电流的频率为50 HzB．电压表的示数为100 VC．电流表的示数为1.0 AD．变压器传输的电功率为15.0 W
7．(多选)在家庭电路中，为了安全，一般在电能表后面的电路中安装一个漏电开关，其工作原理如图所示，其中甲线圈两端与脱扣开关控制器相连，乙线圈由两条电线采取双线法绕制，并与甲线圈绕在同一个矩形硅钢片组成的铁芯上，以下说法正确的是(　　)A．当用户用电正常时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关接通B．当用户用电正常时，甲线圈两端有电压，脱扣开关接通C．当用户发生漏电时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关断开D．当用户发生漏电时，甲线圈两端有电压，脱扣开关断开
解析：AD　乙线圈采取双线法绕制，正常状态时，火线和零线中电流产生的磁场完全抵消，甲线圈中没有电压，脱扣开关保持接通，A项正确，B项错误；当用户发生漏电时，流过火线与零线的电流不相等，保护器中火线和零线中电流产生的磁场不能完全抵消，会使甲线圈中产生感应电动势，脱扣开关断开，C项错误，D项正确．
8．(2021·浙江金华市高三二模)手机无线充电技术越来越普及，图甲是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N2＝5∶1，两个线圈中所接电阻的阻值均为R.当ab间接上220 V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流实现给手机快速充电，这时手机两端的电压为5 V，充电电流为2 A．若把装置线圈视同为理想变压器，则下列说法正确的是(　　)A．若充电器线圈中通以恒定电流，则手机线圈中将产生恒定电流B．流过送电线圈与受电线圈的电流之比为5∶1C．快速充电时，受电线圈cd两端的输出电压为42.5 VD．若送电线圈中电流均匀增加，则受电线圈中电流也一定均匀增加
9．(多选)如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图，图中变压器均可视为理想变压器，电表均为理想交流电表．设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示，并且阻值不变．变阻器R相当于用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时(　　)A．电压表V1、V2的读数均不变，电流表A2的读数增大，电流表A1的读数减小B．电压表V3、V4的读数均减小，电流表A2的读数增大，电流表A3的读数增大C．电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变D．线路损耗功率增大