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沪科版（2020）选修第二册第三节 变压器习题
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这是一份沪科版（2020）选修第二册第三节 变压器习题，共24页。试卷主要包含了2 V 正比 大于 D，含有多个副线圈的变压器，02 s，故选项D错误．，1 V，01，98等内容，欢迎下载使用。
高考物理
一轮复习题型解析
第2讲 变压器 远距离输电
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
目标要求 1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.3.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率．
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．实验原理
(1)实验电路图(如图所示)：
(2)实验方法采用控制变量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系．
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系．
2．实验器材
学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干．
3．实验过程
(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量．
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压．
(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．重复(1)中步骤．
4．数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系．
5．注意事项
(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作．
(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱．
(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．
例1 某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验．他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干．
(1)实验需要以下哪种电源________；
A．低压直流电源
B．高压直流电源
C．低压交流电源
D．高压交流电源
(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数．分别测出相应的原、副线圈电压值．由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的________值 (填“有效”或“最大”)．其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为________；
(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成________(填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般________(填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比．
(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别．原因不可能为________．(填字母代号)
A．原、副线圈上通过的电流发热
B．铁芯在交变磁场作用下发热
C．变压器铁芯漏磁
D．原线圈输入电压发生变化
答案 (1)C (2)有效 7.2 V (3)正比 大于 (4)D
解析 (1)探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源，故选C.
(2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V；
(3)根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比．实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致eq \f(U1,U2)＞eq \f(n1,n2).
(4)原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D.
考点二 理想变压器的原理及应用
1．构造和原理
(1)构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．
(2)原理：电磁感应的互感现象．
2．基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出．
(2)电压关系：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2).
(3)电流关系：只有一个副线圈时eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1).
(4)频率关系：f出＝f入．
1．变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．( √ )
2．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．( × )
3．在任何情况下，理想变压器均满足eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)、eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)、P入＝P出．( × )
1．理想变压器的制约关系
2.含有多个副线圈的变压器
计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：
电压关系：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…＝eq \f(Un,nn)
功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn
电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
考向1 变压器基本物理量的分析与计算
例2 (2017·北京卷·16) 如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220eq \r(2)sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．原线圈的输入功率为220eq \r(2) W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为110eq \r(2) V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
答案 B
解析 由u＝220eq \r(2)sin(100πt) V可知，原线圈电压最大值为220eq \r(2) V，故原线圈电压的有效值为U1＝220 V，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，U2＝eq \f(n2,n1)U1＝110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；副线圈电流有效值为I2＝eq \f(U2,R)＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；
原线圈中的电流I1＝eq \f(P,U1)＝1 A，故选项B正确；因为ω＝eq \f(2π,T)，所以T＝eq \f(2π,ω)＝eq \f(2π,100π) s＝0.02 s，故选项D错误．
考向2 原线圈接入用电器的变压器问题分析
例3 如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表．下列说法正确的是( )
A．R1的电功率为40 W
B．电流表示数为1 A
C．副线圈两端电压为20 V
D．副线圈的输出功率为80 W
答案 A
解析 原、副线圈匝数比为2∶1，设原线圈电流为I1，副线圈电流为I2 ，则有I1＝eq \f(I2,2)，又有原线圈回路U＝I1R1＋2I2·eq \f(R2R3,R2＋R3)，解得I1＝2 A，I2＝4 A，所以R1的电功率为P＝I12R1＝40 W，故A正确，B错误；副线圈两端电压为U2＝I2·eq \f(R2R3,R2＋R3)＝40 V，故C错误；副线圈的输出功率为P2＝I2U2＝160 W，故D错误．
考点三 理想变压器的动态分析
1．匝数比不变的分析思路
(1)U1不变，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，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．负载电阻不变的分析思路
(1)U1不变，eq \f(n1,n2)发生变化时，U2变化．
(2)R不变，U2变化时，I2发生变化．
(3)根据P2＝eq \f(U22,R)，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．
1．变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小．( × )
2．原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加．( × )
考向1 理想变压器匝数不变问题的分析和计算
例4 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
答案 B
解析 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误．
考向2 理想变压器负载不变问题的分析和计算
例5 如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin 314t(V)，则( )
A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 V
B．副线圈两端的电压频率为50 Hz
C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小
D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小
答案 B
解析 由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得U2＝eq \f(U1n2,n1)，因U1＝eq \f(310,\r(2)) V，所以U2＝eq \f(310,\r(2))×eq \f(1,100) V≈2.2 V，A错误；由瞬时值表达式可得ω＝314 rad/s，则频率f＝eq \f(ω,2π)＝eq \f(314,2π) Hz＝50 Hz，B正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝eq \f(U2,R)增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误．
考点四 远距离输电
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′，输电电流为I，输电线总电阻为R.
1．输电电流
I＝eq \f(P,U)＝eq \f(U－U′,R).
2．电压损失
(1)ΔU＝U－U′；
(2)ΔU＝IR.
3．功率损失
(1)ΔP＝P－P′＝ΔU·I；
(2)ΔP＝I2R＝(eq \f(P,U))2R
4．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρeq \f(l,S)知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．
(2)减小输电导线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压．
1．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失．( √ )
2．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗．( √ )
3．若发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，如图所示，则输电线上损失的功率为P损＝eq \f(U2,R).( × )
1．理清输电电路图的三个回路(如图)
(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1.
(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线．
(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户．
2．抓住两组关联式
(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，P1＝P2.
(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3)，P3＝P4.
3．掌握一个守恒观念
功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝eq \f(ΔU2,R线).
例6 如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则( )
A．用户端的电压为eq \f(I1U1,I2)
B．输电线上的电压降为U
C．理想变压器的输入功率为I12r
D．输电线路上损失的电功率为I1U
答案 A
解析 因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝eq \f(U1I1,I2)，故选项A正确；输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，输电线路上损失的电功率P损＝I12r＝I1(U－U1)，选项C、D错误．
例7 (2020·浙江7月选考·11)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V．已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电流I1＝40 A
B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D．用户得到的电流I4＝455 A
答案 C
解析 发电机输出的电流I1＝eq \f(P,U1)＝eq \f(100×103,250) A＝400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝eq \r(\f(P线,R线))＝25 A，故B错误；用户得到的功率P4＝P－P线＝(100－5) kW＝95 kW，则I4＝eq \f(P4,U4)＝eq \f(95×103,220) A＝eq \f(4 750,11) A≈432 A，故eq \f(n3,n4)＝eq \f(I4,I线)＝eq \f(190,11)，故C正确，D错误．
课时精练
1．(2019·江苏卷·1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压( )
A．降低2 V B．增加2 V
C．降低200 V D．增加200 V
答案 D
解析 假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)，变压器副线圈的输出电压为U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U1＋20 V，则变压器的输出电压为U2′＝10U1＋10×20 V，则输出电压的变化量为ΔU＝U2′－U2＝10U1＋200 V－10U1＝200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确．
2．(2020·江苏卷·2) 电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示．其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上．则电流互感器( )
A．是一种降压变压器
B．能测量直流电路的电流
C．原、副线圈电流的频率不同
D．副线圈的电流小于原线圈的电流
答案 D
解析 电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能测量直流电路的电流，故B错误；变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确．
3．(2021·江苏省1月适应性考试·7)小明分别按图甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用．其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中( )
A．都接直流电源
B．A两端的电压相等
C．A损耗的功率相等
D．图甲中A的电流较大
答案 D
解析 由于变压器只能改变交变电流，因此题图乙中不可能接直流电源，故A错误；设电源输出电压为U，输出功率为P，A、B的阻值为R，则题图甲电路中输电线上的电流I1＝eq \f(P,U)，题图乙中升压变压器副线圈电压U′>U，则流过A的电流I2＝eq \f(P,U′)4．(2021·广东卷·7)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 Hz
B．副线圈两端电压最大值为3 V
C．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
答案 B
解析 周期为T＝0.2 s，频率为f＝eq \f(1,T)＝5 Hz，故A错误；由理想变压器原理可知eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，解得副线圈两端的最大电压为U2＝eq \f(n2,n1)U1＝3 V，故B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误．
5. (2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流．利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的eq \f(1,2)，则( )
A．R消耗的功率变为eq \f(1,2)P
B．电压表V的读数变为eq \f(1,2)U
C．电流表A的读数变为2I
D．通过R的交变电流频率不变
答案 B
解析 发电机线圈的转速变为原来的eq \f(1,2)，由E＝eq \f(nBSω,\r(2))知，原线圈中输入电压变为原来的eq \f(1,2)，频率变为原来的eq \f(1,2).根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，知U2变为原来的eq \f(1,2)，即U2＝eq \f(1,2)U，则通过R的电流变为原来的eq \f(1,2)，R消耗的功率P2＝eq \f(U22,R)＝eq \f(1,4)P，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，原线圈上的电流也变为原来的eq \f(1,2)，即电流表A的读数变为eq \f(1,2)I，故选B.
6．如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上．灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器．闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是( )
A．只向下移动滑片P，R2两端的电压变小
B．只向下移动滑片P，灯泡L变亮
C．只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大
D．只断开开关S2，变压器输入功率变大
答案 A
解析 理想变压器的输出电压由输入电压和电压比决定，输入电压不变，所以输出电压也不会变，当滑动变阻器R2的滑片P向下移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈中总电阻减小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，所以灯L、R2两端的电压变小，灯泡L变暗，故A正确，B错误；只断开开关S2，副线圈中总电阻变大，副线圈电压不变，副线圈中的电流变小，R1两端的电压变小，副线圈的电功率减小，因为输入功率等于输出功率，变压器输入功率变小，故C、D错误．
7．自耦变压器在高铁技术中被广泛应用．如图所示，一理想自耦变压器接在u＝Umsin 100πt的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G, A1和A2为理想交流电表，R为定值电阻，下列说法正确的是( )
A．将P向下滑动，A1的示数将变小
B．将P向上滑动，A2的示数将变大
C．将P下滑到GD的中点，电阻R的功率将变为原来的4倍
D．将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的eq \f(2,3)
答案 C
解析 将P下滑时，电阻R两端电压变大， A1示数变大，同理，将P向上滑动，A2的示数将变小，A、B错误；若将P向下滑动到GD的中点，原、副线圈的电压比将由1∶2变为1∶4，电阻R的电压将变为原来2倍，故功率变为原来的4倍，C正确；若将P向上滑动到CG的中点，原、副线圈的电压比将从1∶2变为3∶4，电阻R的电压将变为原来的eq \f(2,3)，电阻R的功率将变为原来的eq \f(4,9)，D错误．
8．(2022·江苏省常州市高三调研) 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝2∶1，输入端接在u＝30eq \r(2)sin 100πt(V)的交流电源上，R1为电阻箱，副线圈连在电路中的电阻R＝10 Ω，电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．当R1＝0时，电压表的读数为30 V
B．当R1＝0时，若将电流表换成规格为“5 V 5 W”的灯泡，灯泡能够正常发光
C．当R1＝10 Ω时，电流表的读数为1 A
D．当R1＝10 Ω时，电压表的读数为6 V
答案 B
解析 当R1＝0时，原线圈两端电压的有效值为U1＝30 V，根据理想变压器原、副线圈电压关系可得副线圈两端电压的有效值(即电压表的示数)为U2＝eq \f(n2,n1)U1＝15 V，故A错误；灯泡电阻为RL＝eq \f(U2,P)＝5 Ω，灯泡额定电流为IL＝eq \f(P,U)＝1 A，将电流表换成灯泡L后，副线圈中的电流为I2＝eq \f(U2,RL＋R)＝1 A＝IL，所以灯泡可以正常发光，故B正确；当R1＝10 Ω时，设电流表和电压表的示数分别为I2′和U2′，此时原线圈中的电流为I1′＝eq \f(1,2)I2′①
原线圈两端电压为U1′＝U－I1′R1＝2U2′②
并且eq \f(U2′,I2′)＝R③
联立①②③解得
I2′＝1.2 A
U2′＝12 V，故C、D错误．
9．(2021·河北卷·8改编)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eq \f(n1I,n2)
B．电阻R2两端的电压为eq \f(n2IR1,n1)
C．n0与n1的比值为eq \f(NBL2ω,IR1)
D．发电机的功率为eq \f(\r(2)NBL2ωIn1＋n2,n0)
答案 B
解析 由题知理想电流表读数为I，
则根据欧姆定律有U1＝IR1
根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有
eq \f(n0,n1)＝eq \f(U0,U1)，eq \f(n0,n2)＝eq \f(U0,U2)
则有U0＝eq \f(n0,n1)IR1，U2＝eq \f(n2,n1)IR1
再由欧姆定律有U2＝I2R2
可计算出I2＝eq \f(n2R1,n1R2)I
故A错误，B正确；
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有
Emax＝2NBL2ω，
U0＝eq \f(Emax,\r(2))＝eq \r(2)NBL2ω
又U0＝eq \f(n0,n1)IR1
则eq \f(n0,n1)＝eq \f(\r(2)NBL2ω,IR1)，C错误；
由于变压器为理想变压器，则有
P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2＝I2R1＋U2I2
联立解得P0＝eq \f(\r(2)NBL2ωI,n0)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(n12R2＋n22R1,n1R2)))
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误．
10．(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是________．
A．有闭合铁芯的原、副线圈
B．无铁芯的原、副线圈
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表(交流电压挡)
F．多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表．
根据测量数据可判断连接电源的线圈是____________．(选填“na”或“nb”)
答案 ACE nb
解析 为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表(交流电压挡)．为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端．
11．如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220 V，正常情况下输出的总功率P0＝8.8×104 W，为了减少远距离输电过程中的电能损失，往往采用高压输电．输送电压为U＝1 100eq \r(2)sin 200πt (V)，输电导线的总电阻为r＝5 Ω，现要使额定电压为220 V的用电器正常工作，下列说法正确的是( )
A．输电线上的电流为220 A
B．降压变压器匝数比eq \f(n3,n4)＝eq \f(5,1)
C．用电器的额定功率P＝5.6×104 W
D．用电器上交流电的频率是50 Hz
答案 C
解析 因为输送电压为U＝1 100eq \r(2)sin 200πt (V)，则输电电压的有效值为U输＝eq \f(1 100\r(2),\r(2)) V＝1 100 V，根据P0＝U输I输，解得输电线上的电流为I输＝80 A，故A错误；降压变压器的输入电压为U3＝U输－I输r＝700 V，则降压变压器匝数比eq \f(n3,n4)＝eq \f(U3,U用)＝eq \f(35,11)，故B错误；用电器的额定功率为P＝P0－I输2r＝5.6×104 W，故C正确；由于输送电压为U＝1 100eq \r(2)sin 200πt (V)，可知输送电压的频率为f＝eq \f(1,T)＝eq \f(1,\f(2π,ω))＝eq \f(ω,2π)＝100 Hz，变压器不改变交流电的频率，则用电器上交流电的频率是100 Hz，故D错误．
12．(2021·湖南卷·6)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同．在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是( )
A．L1先变暗后变亮，L2一直变亮
B．L1先变亮后变暗，L2一直变亮
C．L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗
D．L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗
答案 A
解析 由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：
滑片在a端时，Ra＝0，滑片在b端时，Rb＝0.由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大．由图可知，滑片在两端时，副线圈的总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈的总阻值增大，则副线圈的总电流减小，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知原线圈的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副线圈两端电压增大，而L2所在支路总电阻减小，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮；当滑片从中间向b端移动时，副线圈的总阻值减小，则副线圈的总电流增大，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知原线圈的电流也增大，则灯泡L1变亮，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压增大，则原线圈两端电压减小，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副线圈两端电压减小，R0所在支路总电阻增大，则通过R0的电流减小，而副线圈总电流增大，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮．综上所述，A正确，B、C、D错误．
电压
原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝eq \f(n2,n1)U1
功率
副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出
电流
副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝eq \f(n2,n1)I2
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
目录
第一章 运动的描述 匀变速直线运动
第1讲 运动的描述
第2讲 匀变速直线运动的规律
第3讲 自由落体运动和竖直上抛运动 多过程问题
专题强化一 运动图像问题
题型一 x－t图像
题型二 v－t图像
题型三 用函数法解决非常规图像问题
题型四 图像间的相互转化
题型五 应用图像解决动力学问题
专题强化二 追及相遇问题
题型一 追及相遇问题
题型二 图像法在追及相遇问题中的应用
实验一 探究小车速度随时间变化的规律
第二章 相互作用
第1讲 重力 弹力 摩擦力
第2讲 摩擦力的综合分析
第3讲 力的合成与分解
专题强化三 受力分析 共点力平衡
题型一 受力分析
题型二 共点力的平衡条件及应用
专题强化四 动态平衡问题 平衡中的临界、极值问题
题型一 动态平衡问题
题型二 平衡中的临界、极值问题
实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系
实验三 探究两个互成角度的力的合成规律
第三章 牛顿运动定律
第1讲 牛顿运动三定律
第2讲 牛顿第二定律的基本应用
专题强化五 牛顿第二定律的综合应用
题型一 动力学中的连接体问题
题型二 动力学中的临界和极值问题
题型三 动力学图像问题
专题强化六 传送带模型和“滑块－木板”模型
题型一 传送带模型
题型二 “滑块—木板”模型
实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
第四章 曲线运动
第1讲 曲线运动 运动的合成与分解
第2讲 抛体运动
第3讲 圆周运动
专题强化七 圆周运动的临界问题
题型一 水平面内圆周运动的临界问题
题型二 竖直面内圆周运动的临界问题
题型三 斜面上圆周运动的临界问题
实验五 探究平抛运动的特点
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
第五章 万有引力与航天
第1讲 万有引力定律及应用
第2讲 人造卫星 宇宙速度
专题强化八 卫星变轨问题 双星模型
题型一 卫星的变轨和对接问题
题型二 星球稳定自转的临界问题
题型三 双星或多星模型
第六章 机械能
第1讲 功、功率 机车启动问题
第2讲 动能定理及其应用
专题强化九 动能定理在多过程问题中的应用
题型一 动能定理在多过程问题中的应用
题型二 动能定理在往复运动问题中的应用
第3讲 机械能守恒定律及其应用
第4讲 功能关系 能量守恒定律
专题强化十 动力学和能量观点的综合应用
题型一 传送带模型
题型二 滑块—木板模型综合分析
题型三 多运动组合问题
实验七 验证机械能守恒定律
第七章 动量
第1讲 动量定理及应用
第2讲 动量守恒定律及应用
专题强化十一 碰撞模型的拓展
题型一 “滑块—弹簧”模型
题型二 “滑块—斜(曲)面”模型
专题强化十二 动量守恒在子弹打木块模型和板块模型中的应用
题型一 子弹打木块模型
题型二 滑块—木板模型
专题强化十三 动量和能量的综合问题
题型一 动量与能量观点的综合应用
题型二 力学三大观点的综合应用
实验八 验证动量守恒定律
第八章 静电场
第1讲 静电场中力的性质
第2讲 静电场中能的性质
专题强化十四 电场性质的综合应用
题型一 电场中功能关系的综合问题
题型二 电场中的图像问题
第3讲 电容器 实验：观察电容器的充、放电现象 带电粒子在电场中的直线运动
第4讲 带电粒子在电场中的偏转
专题强化十五 带电粒子在电场中的力电综合问题
题型一 带电粒子在重力场和电场中的圆周运动
题型二 电场中的力电综合问题
第九章 恒定电流
第1讲 电路的基本概念及电路分析
第2讲 闭合电路的欧姆定律
专题强化十六 电学实验基础
题型一 常用仪器的读数
题型二 电表改装
题型三 测量电路与控制电路的选择
题型四 实验器材的选取与实物图的连接
实验九 导体电阻率的测量
实验十 测量电源的电动势和内电阻
实验十一 用多用电表测量电学中的物理量
专题强化十七 电学实验综合
题型一 测电阻的其他几种方法
题型二 传感器类实验
题型三 定值电阻在电学实验中的应用
第十章 磁场
第1讲 磁场及其对电流的作用
第2讲 磁场对运动电荷(带电体)的作用
专题强化十八 带电粒子在有界匀强磁场中的运动
题型一 带电粒子在有界匀强磁场中的运动
题型二 带电粒子在匀强磁场中的临界问题
题型三 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
专题强化十九 动态圆问题
题型一 “平移圆”模型
题型二 “旋转圆”模型
题型三 “放缩圆”模型
题型四 “磁聚焦”模型
专题强化二十 洛伦兹力与现代科技
题型一 质谱仪
题型二 回旋加速器
题型三 电场与磁场叠加的应用实例分析
专题强化二十一 带电粒子在组合场中的运动
题型一 磁场与磁场的组合
题型二 电场与磁场的组合
专题强化二十二 带电粒子在叠加场和交变电、磁场中的运动
题型一 带电粒子在叠加场中的运动
题型二 带电粒子在交变电、磁场中的运动
第十一章 电磁感应
第1讲 电磁感应现象 楞次定律 实验：探究影响感应电流方向的因素
第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流
专题强化二十三 电磁感应中的电路及图像问题
题型一 电磁感应中的电路问题
题型二 电磁感应中电荷量的计算
题型三 电磁感应中的图像问题
专题强化二十四 电磁感应中的动力学和能量问题
题型一 电磁感应中的动力学问题
题型二 电磁感应中的能量问题
专题强化二十五 动量观点在电磁感应中的应用
题型一 动量定理在电磁感应中的应用
题型二 动量守恒定律在电磁感应中的应用
第十二章 交变电流
第1讲 交变电流的产生和描述
第2讲 变压器 远距离输电 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
第十三章 机械振动与机械波
第1讲 机械振动
实验十二 用单摆测量重力加速度的大小
第2讲 机械波
第十四章 光 电磁波
第1讲 光的折射、全反射
第2讲 光的干涉、衍射和偏振 电磁波
实验十三 测量玻璃的折射率
实验十四 用双缝干涉实验测光的波长
第十五章 热学
第1讲 分子动理论 内能
第2讲 固体、液体和气体
专题强化二十六 气体实验定律的综合应用
题型一 玻璃管液封模型
题型二 汽缸活塞类模型
题型三 变质量气体模型
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
实验十五 用油膜法估测油酸分子的大小
实验十六 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
第十六章 近代物理
第1讲 原子结构和波粒二象性
第2讲 原子核
高考物理
一轮复习题型解析
第2讲 变压器 远距离输电
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
目标要求 1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.3.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率．
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．实验原理
(1)实验电路图(如图所示)：
(2)实验方法采用控制变量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系．
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系．
2．实验器材
学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干．
3．实验过程
(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量．
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压．
(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．重复(1)中步骤．
4．数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系．
5．注意事项
(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作．
(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱．
(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．
例1 某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验．他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干．
(1)实验需要以下哪种电源________；
A．低压直流电源
B．高压直流电源
C．低压交流电源
D．高压交流电源
(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数．分别测出相应的原、副线圈电压值．由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的________值 (填“有效”或“最大”)．其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为________；
(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成________(填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般________(填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比．
(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别．原因不可能为________．(填字母代号)
A．原、副线圈上通过的电流发热
B．铁芯在交变磁场作用下发热
C．变压器铁芯漏磁
D．原线圈输入电压发生变化
答案 (1)C (2)有效 7.2 V (3)正比 大于 (4)D
解析 (1)探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源，故选C.
(2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V；
(3)根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比．实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致eq \f(U1,U2)＞eq \f(n1,n2).
(4)原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D.
考点二 理想变压器的原理及应用
1．构造和原理
(1)构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．
(2)原理：电磁感应的互感现象．
2．基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出．
(2)电压关系：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2).
(3)电流关系：只有一个副线圈时eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1).
(4)频率关系：f出＝f入．
1．变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．( √ )
2．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．( × )
3．在任何情况下，理想变压器均满足eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)、eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)、P入＝P出．( × )
1．理想变压器的制约关系
2.含有多个副线圈的变压器
计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：
电压关系：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…＝eq \f(Un,nn)
功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn
电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
考向1 变压器基本物理量的分析与计算
例2 (2017·北京卷·16) 如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220eq \r(2)sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．原线圈的输入功率为220eq \r(2) W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为110eq \r(2) V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
答案 B
解析 由u＝220eq \r(2)sin(100πt) V可知，原线圈电压最大值为220eq \r(2) V，故原线圈电压的有效值为U1＝220 V，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，U2＝eq \f(n2,n1)U1＝110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；副线圈电流有效值为I2＝eq \f(U2,R)＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；
原线圈中的电流I1＝eq \f(P,U1)＝1 A，故选项B正确；因为ω＝eq \f(2π,T)，所以T＝eq \f(2π,ω)＝eq \f(2π,100π) s＝0.02 s，故选项D错误．
考向2 原线圈接入用电器的变压器问题分析
例3 如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表．下列说法正确的是( )
A．R1的电功率为40 W
B．电流表示数为1 A
C．副线圈两端电压为20 V
D．副线圈的输出功率为80 W
答案 A
解析 原、副线圈匝数比为2∶1，设原线圈电流为I1，副线圈电流为I2 ，则有I1＝eq \f(I2,2)，又有原线圈回路U＝I1R1＋2I2·eq \f(R2R3,R2＋R3)，解得I1＝2 A，I2＝4 A，所以R1的电功率为P＝I12R1＝40 W，故A正确，B错误；副线圈两端电压为U2＝I2·eq \f(R2R3,R2＋R3)＝40 V，故C错误；副线圈的输出功率为P2＝I2U2＝160 W，故D错误．
考点三 理想变压器的动态分析
1．匝数比不变的分析思路
(1)U1不变，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，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．负载电阻不变的分析思路
(1)U1不变，eq \f(n1,n2)发生变化时，U2变化．
(2)R不变，U2变化时，I2发生变化．
(3)根据P2＝eq \f(U22,R)，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．
1．变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小．( × )
2．原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加．( × )
考向1 理想变压器匝数不变问题的分析和计算
例4 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
答案 B
解析 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误．
考向2 理想变压器负载不变问题的分析和计算
例5 如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin 314t(V)，则( )
A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 V
B．副线圈两端的电压频率为50 Hz
C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小
D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小
答案 B
解析 由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得U2＝eq \f(U1n2,n1)，因U1＝eq \f(310,\r(2)) V，所以U2＝eq \f(310,\r(2))×eq \f(1,100) V≈2.2 V，A错误；由瞬时值表达式可得ω＝314 rad/s，则频率f＝eq \f(ω,2π)＝eq \f(314,2π) Hz＝50 Hz，B正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝eq \f(U2,R)增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误．
考点四 远距离输电
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′，输电电流为I，输电线总电阻为R.
1．输电电流
I＝eq \f(P,U)＝eq \f(U－U′,R).
2．电压损失
(1)ΔU＝U－U′；
(2)ΔU＝IR.
3．功率损失
(1)ΔP＝P－P′＝ΔU·I；
(2)ΔP＝I2R＝(eq \f(P,U))2R
4．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρeq \f(l,S)知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．
(2)减小输电导线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压．
1．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失．( √ )
2．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗．( √ )
3．若发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，如图所示，则输电线上损失的功率为P损＝eq \f(U2,R).( × )
1．理清输电电路图的三个回路(如图)
(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1.
(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线．
(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户．
2．抓住两组关联式
(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，P1＝P2.
(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3)，P3＝P4.
3．掌握一个守恒观念
功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝eq \f(ΔU2,R线).
例6 如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则( )
A．用户端的电压为eq \f(I1U1,I2)
B．输电线上的电压降为U
C．理想变压器的输入功率为I12r
D．输电线路上损失的电功率为I1U
答案 A
解析 因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝eq \f(U1I1,I2)，故选项A正确；输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，输电线路上损失的电功率P损＝I12r＝I1(U－U1)，选项C、D错误．
例7 (2020·浙江7月选考·11)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V．已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电流I1＝40 A
B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D．用户得到的电流I4＝455 A
答案 C
解析 发电机输出的电流I1＝eq \f(P,U1)＝eq \f(100×103,250) A＝400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝eq \r(\f(P线,R线))＝25 A，故B错误；用户得到的功率P4＝P－P线＝(100－5) kW＝95 kW，则I4＝eq \f(P4,U4)＝eq \f(95×103,220) A＝eq \f(4 750,11) A≈432 A，故eq \f(n3,n4)＝eq \f(I4,I线)＝eq \f(190,11)，故C正确，D错误．
课时精练
1．(2019·江苏卷·1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压( )
A．降低2 V B．增加2 V
C．降低200 V D．增加200 V
答案 D
解析 假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)，变压器副线圈的输出电压为U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U1＋20 V，则变压器的输出电压为U2′＝10U1＋10×20 V，则输出电压的变化量为ΔU＝U2′－U2＝10U1＋200 V－10U1＝200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确．
2．(2020·江苏卷·2) 电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示．其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上．则电流互感器( )
A．是一种降压变压器
B．能测量直流电路的电流
C．原、副线圈电流的频率不同
D．副线圈的电流小于原线圈的电流
答案 D
解析 电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能测量直流电路的电流，故B错误；变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确．
3．(2021·江苏省1月适应性考试·7)小明分别按图甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用．其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中( )
A．都接直流电源
B．A两端的电压相等
C．A损耗的功率相等
D．图甲中A的电流较大
答案 D
解析 由于变压器只能改变交变电流，因此题图乙中不可能接直流电源，故A错误；设电源输出电压为U，输出功率为P，A、B的阻值为R，则题图甲电路中输电线上的电流I1＝eq \f(P,U)，题图乙中升压变压器副线圈电压U′>U，则流过A的电流I2＝eq \f(P,U′)
A．交流电的频率为10 Hz
B．副线圈两端电压最大值为3 V
C．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
答案 B
解析 周期为T＝0.2 s，频率为f＝eq \f(1,T)＝5 Hz，故A错误；由理想变压器原理可知eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，解得副线圈两端的最大电压为U2＝eq \f(n2,n1)U1＝3 V，故B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误．
5. (2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流．利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的eq \f(1,2)，则( )
A．R消耗的功率变为eq \f(1,2)P
B．电压表V的读数变为eq \f(1,2)U
C．电流表A的读数变为2I
D．通过R的交变电流频率不变
答案 B
解析 发电机线圈的转速变为原来的eq \f(1,2)，由E＝eq \f(nBSω,\r(2))知，原线圈中输入电压变为原来的eq \f(1,2)，频率变为原来的eq \f(1,2).根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，知U2变为原来的eq \f(1,2)，即U2＝eq \f(1,2)U，则通过R的电流变为原来的eq \f(1,2)，R消耗的功率P2＝eq \f(U22,R)＝eq \f(1,4)P，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，原线圈上的电流也变为原来的eq \f(1,2)，即电流表A的读数变为eq \f(1,2)I，故选B.
6．如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上．灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器．闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是( )
A．只向下移动滑片P，R2两端的电压变小
B．只向下移动滑片P，灯泡L变亮
C．只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大
D．只断开开关S2，变压器输入功率变大
答案 A
解析 理想变压器的输出电压由输入电压和电压比决定，输入电压不变，所以输出电压也不会变，当滑动变阻器R2的滑片P向下移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈中总电阻减小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，所以灯L、R2两端的电压变小，灯泡L变暗，故A正确，B错误；只断开开关S2，副线圈中总电阻变大，副线圈电压不变，副线圈中的电流变小，R1两端的电压变小，副线圈的电功率减小，因为输入功率等于输出功率，变压器输入功率变小，故C、D错误．
7．自耦变压器在高铁技术中被广泛应用．如图所示，一理想自耦变压器接在u＝Umsin 100πt的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G, A1和A2为理想交流电表，R为定值电阻，下列说法正确的是( )
A．将P向下滑动，A1的示数将变小
B．将P向上滑动，A2的示数将变大
C．将P下滑到GD的中点，电阻R的功率将变为原来的4倍
D．将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的eq \f(2,3)
答案 C
解析 将P下滑时，电阻R两端电压变大， A1示数变大，同理，将P向上滑动，A2的示数将变小，A、B错误；若将P向下滑动到GD的中点，原、副线圈的电压比将由1∶2变为1∶4，电阻R的电压将变为原来2倍，故功率变为原来的4倍，C正确；若将P向上滑动到CG的中点，原、副线圈的电压比将从1∶2变为3∶4，电阻R的电压将变为原来的eq \f(2,3)，电阻R的功率将变为原来的eq \f(4,9)，D错误．
8．(2022·江苏省常州市高三调研) 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝2∶1，输入端接在u＝30eq \r(2)sin 100πt(V)的交流电源上，R1为电阻箱，副线圈连在电路中的电阻R＝10 Ω，电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．当R1＝0时，电压表的读数为30 V
B．当R1＝0时，若将电流表换成规格为“5 V 5 W”的灯泡，灯泡能够正常发光
C．当R1＝10 Ω时，电流表的读数为1 A
D．当R1＝10 Ω时，电压表的读数为6 V
答案 B
解析 当R1＝0时，原线圈两端电压的有效值为U1＝30 V，根据理想变压器原、副线圈电压关系可得副线圈两端电压的有效值(即电压表的示数)为U2＝eq \f(n2,n1)U1＝15 V，故A错误；灯泡电阻为RL＝eq \f(U2,P)＝5 Ω，灯泡额定电流为IL＝eq \f(P,U)＝1 A，将电流表换成灯泡L后，副线圈中的电流为I2＝eq \f(U2,RL＋R)＝1 A＝IL，所以灯泡可以正常发光，故B正确；当R1＝10 Ω时，设电流表和电压表的示数分别为I2′和U2′，此时原线圈中的电流为I1′＝eq \f(1,2)I2′①
原线圈两端电压为U1′＝U－I1′R1＝2U2′②
并且eq \f(U2′,I2′)＝R③
联立①②③解得
I2′＝1.2 A
U2′＝12 V，故C、D错误．
9．(2021·河北卷·8改编)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eq \f(n1I,n2)
B．电阻R2两端的电压为eq \f(n2IR1,n1)
C．n0与n1的比值为eq \f(NBL2ω,IR1)
D．发电机的功率为eq \f(\r(2)NBL2ωIn1＋n2,n0)
答案 B
解析 由题知理想电流表读数为I，
则根据欧姆定律有U1＝IR1
根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有
eq \f(n0,n1)＝eq \f(U0,U1)，eq \f(n0,n2)＝eq \f(U0,U2)
则有U0＝eq \f(n0,n1)IR1，U2＝eq \f(n2,n1)IR1
再由欧姆定律有U2＝I2R2
可计算出I2＝eq \f(n2R1,n1R2)I
故A错误，B正确；
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有
Emax＝2NBL2ω，
U0＝eq \f(Emax,\r(2))＝eq \r(2)NBL2ω
又U0＝eq \f(n0,n1)IR1
则eq \f(n0,n1)＝eq \f(\r(2)NBL2ω,IR1)，C错误；
由于变压器为理想变压器，则有
P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2＝I2R1＋U2I2
联立解得P0＝eq \f(\r(2)NBL2ωI,n0)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(n12R2＋n22R1,n1R2)))
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误．
10．(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是________．
A．有闭合铁芯的原、副线圈
B．无铁芯的原、副线圈
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表(交流电压挡)
F．多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表．
根据测量数据可判断连接电源的线圈是____________．(选填“na”或“nb”)
答案 ACE nb
解析 为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表(交流电压挡)．为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端．
11．如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220 V，正常情况下输出的总功率P0＝8.8×104 W，为了减少远距离输电过程中的电能损失，往往采用高压输电．输送电压为U＝1 100eq \r(2)sin 200πt (V)，输电导线的总电阻为r＝5 Ω，现要使额定电压为220 V的用电器正常工作，下列说法正确的是( )
A．输电线上的电流为220 A
B．降压变压器匝数比eq \f(n3,n4)＝eq \f(5,1)
C．用电器的额定功率P＝5.6×104 W
D．用电器上交流电的频率是50 Hz
答案 C
解析 因为输送电压为U＝1 100eq \r(2)sin 200πt (V)，则输电电压的有效值为U输＝eq \f(1 100\r(2),\r(2)) V＝1 100 V，根据P0＝U输I输，解得输电线上的电流为I输＝80 A，故A错误；降压变压器的输入电压为U3＝U输－I输r＝700 V，则降压变压器匝数比eq \f(n3,n4)＝eq \f(U3,U用)＝eq \f(35,11)，故B错误；用电器的额定功率为P＝P0－I输2r＝5.6×104 W，故C正确；由于输送电压为U＝1 100eq \r(2)sin 200πt (V)，可知输送电压的频率为f＝eq \f(1,T)＝eq \f(1,\f(2π,ω))＝eq \f(ω,2π)＝100 Hz，变压器不改变交流电的频率，则用电器上交流电的频率是100 Hz，故D错误．
12．(2021·湖南卷·6)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同．在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是( )
A．L1先变暗后变亮，L2一直变亮
B．L1先变亮后变暗，L2一直变亮
C．L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗
D．L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗
答案 A
解析 由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：
滑片在a端时，Ra＝0，滑片在b端时，Rb＝0.由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大．由图可知，滑片在两端时，副线圈的总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈的总阻值增大，则副线圈的总电流减小，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知原线圈的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副线圈两端电压增大，而L2所在支路总电阻减小，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮；当滑片从中间向b端移动时，副线圈的总阻值减小，则副线圈的总电流增大，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知原线圈的电流也增大，则灯泡L1变亮，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压增大，则原线圈两端电压减小，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副线圈两端电压减小，R0所在支路总电阻增大，则通过R0的电流减小，而副线圈总电流增大，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮．综上所述，A正确，B、C、D错误．
电压
原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝eq \f(n2,n1)U1
功率
副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出
电流
副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝eq \f(n2,n1)I2
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
目录
第一章 运动的描述 匀变速直线运动
第1讲 运动的描述
第2讲 匀变速直线运动的规律
第3讲 自由落体运动和竖直上抛运动 多过程问题
专题强化一 运动图像问题
题型一 x－t图像
题型二 v－t图像
题型三 用函数法解决非常规图像问题
题型四 图像间的相互转化
题型五 应用图像解决动力学问题
专题强化二 追及相遇问题
题型一 追及相遇问题
题型二 图像法在追及相遇问题中的应用
实验一 探究小车速度随时间变化的规律
第二章 相互作用
第1讲 重力 弹力 摩擦力
第2讲 摩擦力的综合分析
第3讲 力的合成与分解
专题强化三 受力分析 共点力平衡
题型一 受力分析
题型二 共点力的平衡条件及应用
专题强化四 动态平衡问题 平衡中的临界、极值问题
题型一 动态平衡问题
题型二 平衡中的临界、极值问题
实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系
实验三 探究两个互成角度的力的合成规律
第三章 牛顿运动定律
第1讲 牛顿运动三定律
第2讲 牛顿第二定律的基本应用
专题强化五 牛顿第二定律的综合应用
题型一 动力学中的连接体问题
题型二 动力学中的临界和极值问题
题型三 动力学图像问题
专题强化六 传送带模型和“滑块－木板”模型
题型一 传送带模型
题型二 “滑块—木板”模型
实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
第四章 曲线运动
第1讲 曲线运动 运动的合成与分解
第2讲 抛体运动
第3讲 圆周运动
专题强化七 圆周运动的临界问题
题型一 水平面内圆周运动的临界问题
题型二 竖直面内圆周运动的临界问题
题型三 斜面上圆周运动的临界问题
实验五 探究平抛运动的特点
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
第五章 万有引力与航天
第1讲 万有引力定律及应用
第2讲 人造卫星 宇宙速度
专题强化八 卫星变轨问题 双星模型
题型一 卫星的变轨和对接问题
题型二 星球稳定自转的临界问题
题型三 双星或多星模型
第六章 机械能
第1讲 功、功率 机车启动问题
第2讲 动能定理及其应用
专题强化九 动能定理在多过程问题中的应用
题型一 动能定理在多过程问题中的应用
题型二 动能定理在往复运动问题中的应用
第3讲 机械能守恒定律及其应用
第4讲 功能关系 能量守恒定律
专题强化十 动力学和能量观点的综合应用
题型一 传送带模型
题型二 滑块—木板模型综合分析
题型三 多运动组合问题
实验七 验证机械能守恒定律
第七章 动量
第1讲 动量定理及应用
第2讲 动量守恒定律及应用
专题强化十一 碰撞模型的拓展
题型一 “滑块—弹簧”模型
题型二 “滑块—斜(曲)面”模型
专题强化十二 动量守恒在子弹打木块模型和板块模型中的应用
题型一 子弹打木块模型
题型二 滑块—木板模型
专题强化十三 动量和能量的综合问题
题型一 动量与能量观点的综合应用
题型二 力学三大观点的综合应用
实验八 验证动量守恒定律
第八章 静电场
第1讲 静电场中力的性质
第2讲 静电场中能的性质
专题强化十四 电场性质的综合应用
题型一 电场中功能关系的综合问题
题型二 电场中的图像问题
第3讲 电容器 实验：观察电容器的充、放电现象 带电粒子在电场中的直线运动
第4讲 带电粒子在电场中的偏转
专题强化十五 带电粒子在电场中的力电综合问题
题型一 带电粒子在重力场和电场中的圆周运动
题型二 电场中的力电综合问题
第九章 恒定电流
第1讲 电路的基本概念及电路分析
第2讲 闭合电路的欧姆定律
专题强化十六 电学实验基础
题型一 常用仪器的读数
题型二 电表改装
题型三 测量电路与控制电路的选择
题型四 实验器材的选取与实物图的连接
实验九 导体电阻率的测量
实验十 测量电源的电动势和内电阻
实验十一 用多用电表测量电学中的物理量
专题强化十七 电学实验综合
题型一 测电阻的其他几种方法
题型二 传感器类实验
题型三 定值电阻在电学实验中的应用
第十章 磁场
第1讲 磁场及其对电流的作用
第2讲 磁场对运动电荷(带电体)的作用
专题强化十八 带电粒子在有界匀强磁场中的运动
题型一 带电粒子在有界匀强磁场中的运动
题型二 带电粒子在匀强磁场中的临界问题
题型三 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
专题强化十九 动态圆问题
题型一 “平移圆”模型
题型二 “旋转圆”模型
题型三 “放缩圆”模型
题型四 “磁聚焦”模型
专题强化二十 洛伦兹力与现代科技
题型一 质谱仪
题型二 回旋加速器
题型三 电场与磁场叠加的应用实例分析
专题强化二十一 带电粒子在组合场中的运动
题型一 磁场与磁场的组合
题型二 电场与磁场的组合
专题强化二十二 带电粒子在叠加场和交变电、磁场中的运动
题型一 带电粒子在叠加场中的运动
题型二 带电粒子在交变电、磁场中的运动
第十一章 电磁感应
第1讲 电磁感应现象 楞次定律 实验：探究影响感应电流方向的因素
第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流
专题强化二十三 电磁感应中的电路及图像问题
题型一 电磁感应中的电路问题
题型二 电磁感应中电荷量的计算
题型三 电磁感应中的图像问题
专题强化二十四 电磁感应中的动力学和能量问题
题型一 电磁感应中的动力学问题
题型二 电磁感应中的能量问题
专题强化二十五 动量观点在电磁感应中的应用
题型一 动量定理在电磁感应中的应用
题型二 动量守恒定律在电磁感应中的应用
第十二章 交变电流
第1讲 交变电流的产生和描述
第2讲 变压器 远距离输电 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
第十三章 机械振动与机械波
第1讲 机械振动
实验十二 用单摆测量重力加速度的大小
第2讲 机械波
第十四章 光 电磁波
第1讲 光的折射、全反射
第2讲 光的干涉、衍射和偏振 电磁波
实验十三 测量玻璃的折射率
实验十四 用双缝干涉实验测光的波长
第十五章 热学
第1讲 分子动理论 内能
第2讲 固体、液体和气体
专题强化二十六 气体实验定律的综合应用
题型一 玻璃管液封模型
题型二 汽缸活塞类模型
题型三 变质量气体模型
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
实验十五 用油膜法估测油酸分子的大小
实验十六 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
第十六章 近代物理
第1讲 原子结构和波粒二象性
第2讲 原子核
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