新高考物理一轮复习重难点练习专题28 变压器　远距离输电（2份打包，原卷版+解析版）

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1.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.
2.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 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．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
【典例1】（2022·安徽淮北·二模）如图（a）所示，线圈的匝数比为3:1，Rr为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图（b）所示。下列说法正确的是（ ）
A．变压器输入输出功率之比为3:1
B．变压器副线圈输出的交变电压的频率为150Hz
C．若热敏电阻Rr的温度升高，R1消耗的功率变大
D．若热敏电阻Rr的温度升高，电压表和电流表示数均变大
【典例2】（2022·全国·高三课时练习）如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A．副线圈上交变电流的频率为100Hz
B．电压表的示数为220V
C．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1
D．变压器的输入功率为110 W
【典例3】（2022·广西柳州·模拟预测）如图，一理想变压器的原、副线圈匝数之比 SKIPIF 1 < 0 ，原线圈接电压 SKIPIF 1 < 0 的交流电源，电表均为理想电表。闭合开关后，将滑动变阻器的滑片P从最上端往下滑的过程中（ ）
A．副线圈交变电流的频率是25HzB．电压表的示数为4V
C．滑动变阻器两端的电压一直变大D．电流表的示数一直变小
考点二 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．
【典例4】（2022·河北·模拟预测）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 SKIPIF 1 < 0 ，正弦交流电源电压为 SKIPIF 1 < 0 ，电阻 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ，滑动变阻器 SKIPIF 1 < 0 最大阻值为 SKIPIF 1 < 0 ，滑片P处于正中间位置，则下列说法中正确的是（ ）
A．通过 SKIPIF 1 < 0 的电流为 SKIPIF 1 < 0
B．电压表读数为 SKIPIF 1 < 0
C．若向上移动P，电压表读数将变大
D．若向上移动P，变压器副线圈输出功率将变大
【典例5】（2022·吉林吉林·模拟预测）如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO′轴匀速转动。线圈abcd的匝数为N，电阻不计，理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2，定值电阻R1与 R2的阻值均为R，所用电表均为理想交流电表。当线圈abcd转动的角速度大小为ω时，电压表的示数为U，则（ ）
A．此时电流表的示数为 SKIPIF 1 < 0
B．从图示位置（线圈abcd与磁场方向平行）开始计时，线圈abcd中产生的电动势的瞬时表达式为 SKIPIF 1 < 0
C．在线圈abcd转动的过程中，穿过线圈的磁通量的最大值为 SKIPIF 1 < 0
D．当线圈abcd转动的角速度大小为 SKIPIF 1 < 0 时，电压表的示数为4U
考点三 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．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(ΔU2,R线).
【典例6】（2022·湖南·桑植县第一中学模拟预测）某风力发电厂稳定输出电压 SKIPIF 1 < 0 ，输出功率 SKIPIF 1 < 0 ，通过远距离输电给电压为220V的用电器供电，如图所示，已知输电线的电阻为5 SKIPIF 1 < 0 ，用户额定功率为56kW，为使用户正常工作，则下列说法正确的是（ ）
A．输电线路上交流电的频率为50Hz
B．输电线路上的电流为80A
C．降压变压器的匝数比为5：1
D．升压变压器的原线圈和降压变压器的副线圈电流相等
【典例7】（2022·北京东城·三模）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均可视为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则（ ）
A． SKIPIF 1 < 0
B．输电线损失的电功率为 SKIPIF 1 < 0
C．提高输送电压 SKIPIF 1 < 0 ，则输电线电流 SKIPIF 1 < 0 增大
D．电厂输送电功率为 SKIPIF 1 < 0
【典例8】（2022·宁夏·石嘴山市第三中学模拟预测）北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为 SKIPIF 1 < 0 ，通过理想变压器向远处输电，如图，输电线的总电阻为 SKIPIF 1 < 0 ，升压变压器 SKIPIF 1 < 0 原、副线圈匝数比为 SKIPIF 1 < 0 ，下列说法正确的是（ ）
A．若用户消耗功率减少，则升压变压器 SKIPIF 1 < 0 输出电压 SKIPIF 1 < 0 减小
B．若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压 SKIPIF 1 < 0 增大
C．若该发电系统输送功率为 SKIPIF 1 < 0 ，则输电线损失的功率为 SKIPIF 1 < 0
D．若该发电系统输送功率为 SKIPIF 1 < 0 ，用户获得 SKIPIF 1 < 0 电压，则降压变压器 SKIPIF 1 < 0 原、副线圈的匝数比为 SKIPIF 1 < 0
一、单选题
1．（2022·江苏·高三专题练习）如图所示，R为用于热处理的电阻炉，正常工作电压为交流220V，通电后R在升温过程中电阻值增大很多，利用自耦变压器可使R升温过程中的热功率与正常工作时基本相同，通电后刚开始的一段时间内，应将变压器的滑片P（ ）
A．从a缓慢调至bB．从b缓慢调至a
C．从b缓慢调至cD．从c缓慢调至b
2．（2021·重庆南开中学高三阶段练习）某同学在实验室中搭建了如图所示的模拟远距离输电电路，电源为恒压电源；T1为升压变压器，T2为降压变压器。开始时电键K1、K2断开，先闭合电键K1，则（ ）
A．电源是直流电源
B．闭合K2后输电线上发热功率增加
C．闭合K2后升压变压器输出端电压增大
D．降压变压器输出功率由电源决定
3．（2021·全国·高三专题练习）特高压电网是指1000kV及以上交流电网或 SKIPIF 1 < 0 800kV及以上直流电网。我国特高压输电技术实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。2011年12月16日，世界首条商业运营的特高压交流输电工程（1000kV晋东南——南阳——荆门特高压交流试验示范工程）在中国正式投产，到现在已经安全运行近十年。下列说法中正确的是（ ）
A．大小不随时间变化的电流称为直流
B．所有交流电的峰值都是其对应有效值的 SKIPIF 1 < 0 倍
C．理想变压器输出的功率大于输入功率
D．远距离输电采用特高压的主要目的是降低输电线路中的损耗
4．（2022·全国·高三专题练习）氮化镓手机充电器具有体积小、功率大、发热量少的特点，图甲是这种充电器的核心电路。交流电经前端电路和氮化镓开关管后，在ab端获得如图乙所示的高频脉冲直流电，经理想变压器降压后在cd端给手机充电，则正常工作时，变压器cd输出端（ ）
A．输出的电压也是直流电压
B．输出电流的频率为 SKIPIF 1 < 0
C．输出电流的有效值大于 SKIPIF 1 < 0 端输入电流的有效值
D．需将输入电压转变为交流电，输出端才会有电压输出
5．（2022·江苏·南京外国语学校模拟预测）图为理想的可调式自耦变压器与负载连接电路，原线圈输入交流电的电压u确定，闭合电键S，电动机M开始工作，此后观察到灯泡L亮度变暗，则以下说法错误的是（ ）
A．S闭合后电流表读数变大B．S闭合后原线圈输入功率变大
C．S闭合副线圈输出电压没有变化D．要让L灯达到原来亮度，P滑动头应向上移动
6．（2022·广东·模拟预测）如图所示，通过可调自耦变压器给阻值为R、额定功率为P的电热器供电，在原线圈两端加上正弦交流电压，此时变压器原副线圈匝数比为10：1，闭合电键S后，发现定值电阻的功率只有0.64P，要使定值电阻能正常工作，应（ ）
A．将滑片P向上移。使原副线圈匝数比变为12：1
B．将滑片P向上移，使原副线圈匝数比变为25：2
C．将滑片P向下移，使原副线圈匝数比变为8：1
D．将滑片P向下移，使原副线圈匝数比变为32：5
7．（2022·河北·沧县中学高三阶段练习）如图甲所示，自耦变压器的副线圈匝数可通过滑动触头调节，R为标称为“22V，44W”的用电器，原线圈所接电源的电压如图乙所示，已知与副线圈相连的输电线的总电阻为r=2Ω，原、副线圈及与原线圈相连的导线电阻不计，接通电路后，用电器正常工作，则下列说法正确的是（ ）
A．变压器的输出功率为44W
B．流过原线圈的电流为10A
C．滑动触头到最下端的距离为线圈总长的 SKIPIF 1 < 0
D．通过用电器的电流1s改变方向50次
8．（2022·宁夏六盘山高级中学模拟预测）北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为250V，通过理想变压器向远处输电，如图，所用输电线的总电阻为8Ω，升压变压器T1原、副线圈匝数比为1∶16，下列说法正确的是（ ）
A．若该发电系统输送功率为1×105W，则输电线损失的功率为5×103W
B．若该发电系统输送功率为1×105W，用户获得220V电压，则降压变压器T2原、副线圈的匝数比为200:11
C．若用户消耗功率减少，则升压变压器T1输出电压U2减小
D．若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压U4增大
9．（2022·江苏·模拟预测）如图甲，白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，用500千伏特高压向四川远距离输电。在远距离输电中，输电线的电阻是不可忽略的，如图乙，为白鹤滩水电站输电线路原理图，水电站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U后向四川供电，输送的总功率为P。用户端理想变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，R1为输电线总电阻，R2为不断电用户电阻（可视为定值电阻），R为可变用户电阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R减小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为△U、△I，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0
B． SKIPIF 1 < 0
C．对于原线圈回路，虚线框所圈部分的等效电阻为 SKIPIF 1 < 0
D．输电线路上损耗的功率为 SKIPIF 1 < 0
10．（2022·山东·高三专题练习）近十年来，我国环形变压器从无到有，已形成相当大的生产规模，广泛应用于计算机、医疗设备、家电设备和灯光照明等方面，如图甲所示。环形变压器与传统方形变压器相比，漏磁和能量损耗都很小，可视为理想变压器。原线圈匝数 SKIPIF 1 < 0 匝，副线圈接一个“ SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 ”的照明电灯，示意图如图乙所示，图中电压表与电流表均为理想交流电表。原线圈接交流电源，原线圈两端的电压随时间变化的关系图像如图丙所示，最大值 SKIPIF 1 < 0 ，最大值始终保持不变，照明电灯恰好正常发光。则（ ）
A．原线圈两端电压的有效值和 SKIPIF 1 < 0 的电压瞬时值相等
B．若电压表为非理想电表，电压表的读数会变小
C．照明电灯正常发光时，电流表的读数为 SKIPIF 1 < 0
D．在 SKIPIF 1 < 0 时刻，电压表的示数为零
二、填空题
11．（2021·全国·高三专题练习）如图所示，理想变压器的原。副线圈匝数之比为n1：n2=4：1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=__________；两电阻两端的电压之比UA：UB=___________。
12．（2021·福建福建·二模）变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。如图所示为一小区的降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则_______（填“原线圈”或“副线圈”）应该使用较粗的导线。当副线圈的负载电阻减小时，副线圈中的电流________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
13．（2019·浙江·高三专题练习）理想变压器有两组副线圈，原线圈匝数 SKIPIF 1 < 0 匝，接到220V的交流电源上，现要使副线圈 SKIPIF 1 < 0 输出电压 SKIPIF 1 < 0 ，则 SKIPIF 1 < 0 __________匝，要使 SKIPIF 1 < 0 输出电压 SKIPIF 1 < 0 ，则应使 SKIPIF 1 < 0 ________匝，当副线圈 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 接上负载后的电流强度分别为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 ，则原线圈中的电流强度为 SKIPIF 1 < 0 _______A．
14．（2022·福建福州·模拟预测）厦门中学生助手报道，2022年年初福建北电南送特高压交流输变电工程（福州~厦门）核准批复，落实“碳达峰、碳中和”行动方案。如图所示为电能输送示意图，理想升压变压器 SKIPIF 1 < 0 的原、副线圈匝数比为 SKIPIF 1 < 0 ，降压变压器 SKIPIF 1 < 0 的原、副线圈匝数比为 SKIPIF 1 < 0 ，则 SKIPIF 1 < 0 _______ SKIPIF 1 < 0 （选填“大于”、“小于”或“等于”）；若输电线的总电阻为R0，用户电阻为R，其他导线电阻不计，用户获得的功率为P，则输电线路中消耗的热功率为_______。
三、解答题
15．（2022·全国·高三课时练习）交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ SKIPIF 1 < 0 T。用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220V、11kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示，求：
（1）发电机输出电压的有效值；
（2）变压器原、副线圈的匝数比；
（3）交流电流表的示数．
16．（2022·广东·高三专题练习）随着5G网络建设热潮的开启，中国5G基站的数量快速增长，实现5G网络覆盖的城市也越来越多。目前困扰5G发展的大难题之一是供电，5G基站单系统功耗为4kW（基站用电器功率），信号覆盖半径约为100m，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1kW，信号覆盖半径约为2km。如图所示，某5G基站距离100kV主供电线路一定距离，线路电阻为40Ω，线路损耗功率占总功率的20%（变压器均视作理想变压器）。
（1）求输电回路的电流；
（2）高压变压器原、副线圈的匝数比；
（3）深圳5G网络建设领跑全国，2020年底已实现全市5G网络信号全覆盖。已知深圳市面积约为2000平方公里，试计算全市的5G基站运行一天将消耗约多少度电？（ SKIPIF 1 < 0 取3）
17．（2022·北京丰台·模拟预测）如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框ABCD匝数n=100匝，面积为S=0.02m2，总电阻r=10Ω，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，角速度ω=100rad/s。已知匀强磁场磁感应强度B= SKIPIF 1 < 0 T，矩形线框通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电压表示数为U=180V。从线框转至中性面位置开始计时，求：
（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电流表的示数；
（3）当原、副线圈匝数比为2：1时，电阻R的阻值及消耗的电功率。
18．（2022·全国·高三专题练习）如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1=3 300 V，副线圈两端电压U2=220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U=2 V，求：
（1）原线圈n1等于多少匝？
（2）当开关S断开时，电流表A2的示数I2=5 A．则电流表A1的示数I1为多少？
（3）在（2）中情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1′等于多少？
19．（2022·江苏·模拟预测）图甲为某同学设计的充电装置示意图，线圈ab匝数为n＝100匝，面积为S＝10－3m2，匀强磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度随时间按正弦规律变化，如图乙所示。理想变压器副线圈接充电器，已知额定电压为6V的充电器恰能正常工作，不计线圈电阻。求：
（1）线圈ab中的最大感应电动势Em；
（2）变压器原、副线圈匝数比n1：n2。
20．（2022·江苏·模拟预测）华为手机Mat20 Pr具有无线充电功能，所配电池铭牌上标有“3.7V，4000mAh”字样。手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示。已知发射、接收线圈匝数比n1∶n2=5∶1，发射端输入电流为 SKIPIF 1 < 0 。求：
（1）接收线圈输出电流的有效值I2；
（2）电池充满电时最大储存电能E。
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