新高考物理一轮复习提升练习导学案第43讲 变压器和远距离输电（2份打包，原卷版+解析版）

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学习目标
明确目标 确定方向
1变压器的结构和基本原理
变压器的电压，功率，电流关系
远距离输电的分析和减少功率损失的分析
【知识回归】 回归课本 夯实基础
第一部分基础知识梳理
一．理想变压器
1．构造：闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。
(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。
2．原理：电磁感应的互感现象
3．理想变压器及其基本关系
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。
1．输出电流：I＝eq \f(P,U)＝eq \f(P′,U′)＝eq \f(U－U′,R)。
2．电压损失：ΔU＝U－U′＝IR。
3．功率损失：ΔP＝P－P′＝I2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2R。
4．减少输电线上电能损失的方法
(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。
【典例分析】 精选例题 提高素养
【例1】如图为一理想自耦变压器，输入端接交流稳压源，输出端电路由电阻 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 构成，变压器的原、副线圈匝数之比为 SKIPIF 1 < 0 ，当k值由5变到10后（ ）

A．流经 SKIPIF 1 < 0 的电流减小到原来的 SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 两端的电压增加到原来的2倍
C．电阻上的总功率减小到原来的 SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0 上的功率减小到原来的 SKIPIF 1 < 0
【例2】多选．如图所示为一理想变压器，其中a、b、c为三个额定电压相同的灯泡，电源电压 SKIPIF 1 < 0 。电源电压有效值为灯泡额定电压的4倍，三个灯泡刚好都正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．三个灯泡的额定电压为2V
B．变压器原、副线圈匝数比为3：2
C．流过灯泡c的电流，每0.02s方向改变一次
D．此时灯泡a和b消耗的电功率之比为2：3
【例3】．互感器又称为仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称，用于测量或保护系统。如图，P1、P2是测量交流高压输电参数的互感器（均视为理想变压器），则P1、P2分别为（ ）

A．电压互感器，电流互感器
B．电流互感器，电压互感器
C．电流互感器，电流互感器
D．电压互感器，电压互感器
【例4】．风力发电是主要的绿色电能之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速 SKIPIF 1 < 0 ，通过转速比为1:10的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为 SKIPIF 1 < 0 ，线圈匝数为100，匀强磁场的磁感应强度为 SKIPIF 1 < 0 ，发电机输出功率为 SKIPIF 1 < 0 ，升压变压器原副线圈匝数比 SKIPIF 1 < 0 ，用户得到电压为220V，两理想变压器之间输电线的总电阻为 SKIPIF 1 < 0 ，其它线路电阻不计。 SKIPIF 1 < 0 时刻，发电机线圈所在平面与磁场方向垂直。求：
（1）发电机产生电动势的最大值；
（2）发电机产生电动势的瞬时值表达式；
（3）降压变压器原副线圈匝数比。
【巩固练习】 举一反三 提高能力
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1．钳形电流表由电流互感器和电流表组合而成，常用来测量电流强度很大的电流，其原理如图所示。若原线圈与副线圈的匝数比为1:500，电流表A的示数为1A，则（ ）

A．钳形电流表能够用来测量直流电的电流
B．被测电路电流的有效值为500A
C．被测电路电流的平均值为500A
D．被测电路电流的最大值为500A
2．如图为可调压式自耦变压器，在电压 SKIPIF 1 < 0 保持不变的情况下，滑片P顺时针转过适当角度，滑片 SKIPIF 1 < 0 向上移动适当距离，则（ ）

A． SKIPIF 1 < 0 将增大
B． SKIPIF 1 < 0 将不变
C．定值电阻 SKIPIF 1 < 0 的热功率减小
D．流经定值电阻 SKIPIF 1 < 0 的电流不变
3．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1= 250V，输出功率500kW。降压变压器的匝数比n3：n4= 50：1，输电线总电阻R = 62.5Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4= 220V，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（ ）

A．发电机的输出电流为368AB．输电线上损失的功率为4.8kW
C．输送给储能站的功率为408kWD．升压变压器的匝数比n1：n2= 1：44
4．如图甲所示，我国西部山区建有许多水电站，极大改善了当地居民的生产、生活，如图乙所示为某水电站远距离输电的原理图。 SKIPIF 1 < 0 为升压变压器，其原、副线圈匝数比为 SKIPIF 1 < 0 ，输电线等效总电阻为R， SKIPIF 1 < 0 为降压变压器，其原、副线圈匝数比为 SKIPIF 1 < 0 ，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电机输出的电压恒为 SKIPIF 1 < 0 ，若由于用户端用户数量变化，使得输电线输送电流增加 SKIPIF 1 < 0 。则下列说法正确的是（ ）

A．损失在输电线的功率增加 SKIPIF 1 < 0 B．用户端电压减少了 SKIPIF 1 < 0
C．发电机输出功率增加 SKIPIF 1 < 0 D．用户端的总电流增加了 SKIPIF 1 < 0
5．中国已投产运行的1000kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，在保持输电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，不考虑其他因素的影响。则（ ）
A．交变电流的频率变为原来的 SKIPIF 1 < 0 B．输电线上的电流变为原来的 SKIPIF 1 < 0
C．输电线上损失的电压变为原来的2倍D．输电线上损耗的电功率变为原来的2倍
6．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 SKIPIF 1 < 0 的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为 SKIPIF 1 < 0 ，到达B处时电压下降了 SKIPIF 1 < 0 。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 SKIPIF 1 < 0 特高压输电，输电线上损耗的电功率变为 SKIPIF 1 < 0 ，到达B处时电压下降了 SKIPIF 1 < 0 。不考虑其他因素的影响，则（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0
C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
7．如图所示的电路中，a、b接在电动势 SKIPIF 1 < 0 恒定、内阻为r的正弦交变电源上，变压器为理想变压器，A、V均为理想交流电表，电压表示数为U、电流表示数为I，电源的总功率为P。移动滑片改变滑动变阻器的电阻R，下列图像可能正确的是（ ）

A． B．
C． D．
8．如图甲所示是一种逆变器，逆变器是能够把蓄电池提供的直流电转变为交流电的设备。如图乙所示为逆变器的简易电路图，核心的控制电路称为“逆变模块”，它的功能是把直流电转化为交流电，共有5个接线端子。其中1、2、3为输入端，与两块相同的蓄电池连接，蓄电池的电动势为E，内阻不计，两块蓄电池同时工作；4、5为输出端，与理想变压器的原线圈相连，原线圈匝数为n1，副线圈匝数为n2，副线圈连一个电阻阻值为R的灯泡L。已知电压表读数为U，电流表读数为I，逆变模块自身消耗的电功率忽略不计，则理想变压器原、副线圈的匝数比为（ ）

A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
多选9．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 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ，输电线的等效电阻为R。开始时，开关S断开。电压表、电流表为理想电表，现将S闭合，下列说法正确的是（ ）

A．电阻R上的电压变小B．灯泡 SKIPIF 1 < 0 两端电压变小
C．交流电流表的示数变大D．变压器的输入功率变小
多选10．如图所示的变压器为理想变压器，副线圈所在电路中三个电阻的阻值关系为 SKIPIF 1 < 0 ，电流表为理想交流电表，原线圈输入的正弦式交流电的瞬时电压表达式为 SKIPIF 1 < 0 。开关S断开时，电阻r消耗的电功率为100W。下列说法中正确的是（ ）

A．开关S闭合前后，电流表的示数之比为 SKIPIF 1 < 0
B．开关S闭合前后，电流表的示数之比为 SKIPIF 1 < 0
C．变压器原、副线圈的匝数之比为 SKIPIF 1 < 0
D．变压器原、副线圈的匝数之比为 SKIPIF 1 < 0
多选11．如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数比为5：1，V和 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 分别是电压表、定值电阻，且 SKIPIF 1 < 0 已知ab两端电压u按图乙所示正弦规律变化 SKIPIF 1 < 0 下列说法正确的是（ ）

A．电压u瞬时值的表达式 SKIPIF 1 < 0
B．电压表示数为40V
C． SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 两端的电压之比为1：3
D． SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 消耗的功率之比为1：10
多选12．图甲所示为可24小时连续发电的敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站，太阳能光热发电被认为是具备成为基础负荷电源潜力的新兴能源应用技术，敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站借助良好的电网基础优势，将新能源不断输往全国各地。若该发电站输出正弦交流电，利用图乙电路对各地进行远距离输电，变压器 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 均为理想变压器，输电线总电阻为R，发电站输出电压有效值始终不变。下列说法正确的是（ ）

A．以100兆瓦的功率运行，每天连续发电量为 SKIPIF 1 < 0
B． SKIPIF 1 < 0 为降压变压器， SKIPIF 1 < 0 为升压变压器
C． SKIPIF 1 < 0 的原线圈所用的导线应比副线圈所用的导线粗
D． SKIPIF 1 < 0 是升压变压器， SKIPIF 1 < 0 是降压变压器
多选13．如图，是远距离输电的线路图，电压表 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的示数分别为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 ，电流表 SKIPIF 1 < 0 的示数为I，其中 SKIPIF 1 < 0 为远距离输电线的等效电阻，线路图中的所有的电表均为理想电表，变压器是理想变压器，下列说法正确的是（ ）

A．远距离输电线路上等效电阻消耗的功率为 SKIPIF 1 < 0
B．电压 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 满足 SKIPIF 1 < 0
C．电流表 SKIPIF 1 < 0 的示数为 SKIPIF 1 < 0
D．用电高峰期，电流表 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的示数均增大
多选14．如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为 SKIPIF 1 < 0 ，在原、副线圈的回路中分别接有阻值均为 SKIPIF 1 < 0 的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上。下列描述正确的是（ ）

A．通过原线圈的电流为1A
B．副线圈两端的电压为 SKIPIF 1 < 0 V
C．电源的输出功率为22W
D．原、副线圈电阻消耗的功率之比为 SKIPIF 1 < 0
15．如图，导线框绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势 SKIPIF 1 < 0 ，导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电。输电线路的电流为 SKIPIF 1 < 0 ，输电线路总电阻为 SKIPIF 1 < 0 ，理想降压变压器副线圈接入一台电动机，电动机恰好正常工作，且电动机两端的电压为 SKIPIF 1 < 0 ，电动机的输入功率为 SKIPIF 1 < 0 ，导线框及其余导线电阻不计，不计一切摩擦，求：
（1）不计摩擦，线框转动一圈过程中，产生的电能；
（2）升压变压器原副线圈匝数比n1:n2，以及降压变压器原副线圈匝数比为n3:n4。
16．某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为 SKIPIF 1 < 0 ，输出电压为 SKIPIF 1 < 0 ，输电导线的总电阻为 SKIPIF 1 < 0 ，导线上损耗的电功率为 SKIPIF 1 < 0 ，该村的用电电压是 SKIPIF 1 < 0 。输电电路如图所示，求：
（1）高压输电线的电流 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）降压变压器的原、副线圈的匝数比；
（3）如果该村某工厂用电功率为 SKIPIF 1 < 0 ，则该村还可以装“ SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ”的电灯多少盏？
理想变压器
(1)没有“铜损”(线圈电阻为零，不发热)
(2)没有“铁损”(铁芯中无涡流，不发热)
(3)没有“漏磁”(磁通量全部集中在铁芯中)
基本关系 [注2]
功率
根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出
关系
只有一个副线圈时：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)
电压关系
有多个副线圈时：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
电流关系
只有一个副线圈时：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)
有多个副线圈时：I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn
频率关系
f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)