高中物理人教版 (新课标)选修34 变压器学案及答案

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变压器 电能的输送【考点聚焦】 变压器的工作原理是利用互感原理，即电磁感应。所以变压器不能改变原线圈的电压。理想变压器中原线圈和副线圈中电压、电流、功率的关系是：电压由原线圈决定副线圈，电流由副线圈决定原线圈，功率由副线圈决定原线圈。原副线圈的频率相等。输电过程中，为了减小线路损失，可以采取的办法是：升高电压或减小输电线电阻【知识扫描】1、变压器的工作原理是__________2、理想变压器中原线圈和副线圈中电压、电流、功率的决定关系是：电压由______决定__________，电流由______决定_________，功率由______决定__________（分别填原线圈或副线圈）输电过程中，为了减小线路损失，可以采取的办法是：________、_______ 【好题精析】例1 如图所图13-2-1示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80×104V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断．（1）熔丝的熔断电流是多大?图13-2-1（2）当副线圈电路中电流为10mA时．变压器的输入功率是多大?解析：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为．根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有 当=12 mA时，即为熔断电流．代人数据，得=0．98 A(2)设副线圈中电流为=lO mA时，变压器的输入功率为P1。，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有 代人数据，得 =180 W点评：抓住原副线圈中电功率、电流、电压之间的关系例2 有一理想变压器原线圈匝数为1320，副线圈匝数为144，将原线圈接在220V的交流电压上，副线圈上电压为多少？穿过铁芯的磁通量的最大变化率为多少？解析 由可得， U2=24V 穿过铁芯的磁通量的最大变化率等与美伊扎线圈中产生的自感电动势的最大值，即点评 注意正确理解磁通量变化率与自感电动势的关系。例3 如图13-2-2所示，为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动编组起触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则下列说法错误的是 （ ）保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大。图13-2-2保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，R消耗的功率将减小。保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大。保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大。解析 S由a合到b时，n1减小，由可知U2增大，，P2随之增大，而P2=P1，又，从而I1增大，故A正确。S由b合到a时，与上述情况相反，P1应减小，故B正确。P上滑时，R增大，因，所以P2减小，又P2=P1，又，从而I1减小，故C错误。U1增大时，由可知U2增大，，P2随之增大，因而I2增加，由所以I1也增大，故D正确。答案选C.点评 处理这类问题关键要分清变量和不变量，弄清变压器中物理量的决定关系，注意因果关系。例4、如图13-2-3所示为理想变压器，原线圈的匝数是n1两个副线圈的匝数分别是n2、n3，当原线圈两端加上交变电压U1后，测得原线圈中的电流为I1，设两个副线圈两端的电压分别是U2、U3，其中的电流分别为I2、I3，则有 A、， 图13-2-3 B、，C、 D、解析 推导变压器的变压比公式时，可将两个副线圈等效为一个副线圈来处理，因为穿过原副线圈的磁通量变化率相同，没匝线圈产生的电动势相等。但不能用此来推导电流比，因为任何一个副线圈有输出时，其输出功率不等于原线圈的输入功率，计算副线圈的输出电流，要依据能量守恒定律即输入功率等于输出功率，因此选AC。点评 理想变压器中，各物理量的决定关系：电压由原线圈决定副线圈，电流和功率由副线圈决定原线圈。例5 有一台内阻为1Ω的发电机用高压输电的方法给一学校供电，已知升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4Ω，全校共有22个班，每班有“220V，40W”的电灯6盏。若保证全部电灯都正常发光，试求： （1）发电机的输出功率； （2）发电机的电动势； （3）高压输电的效率。解析：（1）设升压变压器原线圈中的电流为I1、两端电压为U1，功率P1，升压变压器副线圈中的电流为I2、两端电压为U2，功率P2，降压变压器原线圈中的电流为I3、两端电压为U3，功率P3，降压变压器副线圈中的电流为I4、两端电压为U4，功率P4，由题意得U4=220V，P4=22×6×40=5280W，I4=24A由I3/I4=n4/n3，U3/U4=n3/n4得I3=24×1/4=6A，U3=220×4=880V所以P线=I32R=62×4=144W， U线=I3R=6×4=24V P2=P1=P输出=5280+144=5424W 所以发电机的输出功率为5424W（2）U2=880+24=904V U1=904/4=226V I1=6×4=24A 发电机的电动势E=U1+I1r=226+24=250V。（3）η=P4/P1×100%=5280/5424×100%=97.3% 点评 对远距离输电问题的分析计算，要注意不同公式中各物理量的对应关系。【变式迁移】A1V1V2A2R1、用理想变压器向负载供电，变压器的输入电压不变，如图图13-2-4所示，如果负载电阻的滑动触头向上移动，则图中所有交流电表的读数及变压器输入功率的变化情况为A．V1、V2不变，A1增大、A2减小，P增大B．V1、V2不变，A1、A2增大，P增大图13-2-4C．V1、V2不变，A1、A2减小，P减小D．V1不变、V2增大，A1减小、A2增大，P减小　2、山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过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村寨附近的降压变压器，经降低电压后再输送至各用户．设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器总功率的增加将导致（ 　）　　A．升压变压器初级线圈中的电流变小　　B．升压变压器次级线圈两端的电压变小　　C．高压输电线路的电压损失变大　　D．降压变压器次级线圈两端的电压变小【能力突破】1、远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比高得多的电压进行输电，采用高压输电的优点是 （ ）可节省电线的铜材料可根据需要调解交流电的频率可减少输电线上的能量损失可加快输电速度图13-2-52、发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线R的电流为 I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可以表示为 （ abc ）A、 B、 C、I2R D、I(U1-U2) 3、如图13-2-5所示的电路中，理想变压器原线圈上加一个固定的交变电压，那么下列情况正确的是 （ ）当滑动头E上移时，灯泡L变亮当滑动头E上移时，电流表读数A1变大当滑动头E上移时，电压表V读数变大若开关闭合，则电流表A1读数变大，而电流表A2读数变小4、如图13-2-6所示，理想变压器的副线圈上接有三个灯泡，原线圈与一灯泡串联在交流电源上。若所有灯泡都完全相同且都正常发光，则电源两端的电压U1与灯泡两端的电压U2之比为 （ ）图13-2-6A、1:1 B、2:1 C、3:1 D、4:15、如图图13-2-7所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=180匝，交流电源的电压u=220sin120πtV,电阻R=45Ω，电压表、电流表均为理想电表，则: A、交流电的频率为50HzB、 的示数约为0.13 AC、 的示数约为1.1 A图13-2-7D、 的示数约为36V6、一理想变压器的原线圈为n1=100匝，副线圈n2=30匝，n3=20匝，一个电阻为48.4Ω的小灯泡接在副线圈n2与n3上，如图13.2-9所示，当原线圈与的交流电源连接后，变压器的输入功率是 （ ）A、10w B、20w C、250w D、500w7、在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P损，用户得到的电功率为P用，则下列关系是正确的是 （ ）A、P损=US2/ρL B、P损=P2ρL/U2S C、P 用=P- US2/ρL D、P 用=P（1- PρL/U2S）8、如图13-2-8所示的变压器，当通以交流电时，每一个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈，另一半通过中间臂，已知线圈1、2匝数之比n1:n2，当线圈1输入电压U时，线圈2输出电压是________V，当线圈2输入电压U时，线圈1输出电压是________V，图13-2-89、照明电路中，为了安全，一般在电能表后面电路上安接一漏电保护器，如图13-2-9所示，当漏电保护器的ef两端未接有电压时，脱扣开头K能始终保持接通，当ef两端有一电压时，脱扣开关K立即断开，下列说法错误的是（　 ）图13-2-9　　A．站在地面上的人触及b线时（单线接触电），脱扣开关会自动断开，即有触电保护作用　　B．当用户家的电流超过一定值时，脱扣开关会自动断开，即有过流保护作用　　C．当相线和零线间电压太高时，脱扣开关会自动断开，即有过压保护作用　　D．当站在绝缘物上的带电工作的人两手分别触到b线和d线时（双线触电）脱扣开关会自动断开，即有触电保护作用10、发电机的端电压220v，输出电功率44kw，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用原副级线圈匝数比为1:10的升压变压器，经输电线后，再用原副级线圈匝数比为10:1的降压变压器降压供给用户。画出全过程的示意图求用户得到的电压和功率若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率变压器 电能的输送 答案【变式迁移】1． C 2．CD【能力突破】1、AC 2、ABC 3C 4D 5、BD 6、A 7、 BD 8、U/4，U 9、BCD 10、（1）略 （2）219.6V， 43.92kW （3）180V，36kW