专题12.2 变压器与电能的输送及实验【讲】-2022年高考物理一轮复习讲练测

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\l "_Tc80285547" 一．讲考纲、讲方向 PAGEREF _Tc80285547 \h 1
\l "_Tc80285548" 二. 讲考点、讲题型 PAGEREF _Tc80285548 \h 2
\l "_Tc80285549" 考点一、理想变压器的原理及应用 PAGEREF _Tc80285549 \h 2
\l "_Tc80285550" 考点二、变压器的动态分析 PAGEREF _Tc80285550 \h 8
\l "_Tc80285551" 考点三、远距离输电 PAGEREF _Tc80285551 \h 11
\l "_Tc80285552" 考点四、传感器的简单使用 PAGEREF _Tc80285552 \h 13
一．讲考纲、讲方向
二. 讲考点、讲题型
考点一、理想变压器的原理及应用
1．构造和原理如图
(1)主要构造：由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。
(2)工作原理：电磁感应的互感现象。
2．理想变压器的基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出。
(2)电压关系：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，若n1＞n2，为降压变压器；
若n1＜n2，为升压变压器。
(3)电流关系：只有一个副线圈时，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)；
有多个副线圈时仍有P入＝P出，据P＝UI可推出，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。
(4）制约关系
= 1 \* GB3 ①电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定．
= 2 \* GB3 ②功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定．
= 3 \* GB3 ③电流：原线圈的电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定．
3．几种常用的变压器
(1)自耦变压器——调压变压器，如图A、B所示。
(2)互感器eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(电压互感器：把高电压变成低电压, 如图C所示。,电流互感器：把大电流变成小电流, 如图D所示。))
【典例1】变压器基本物理量的计算
（2021年辽宁省朝阳市凌源市高考物理尖子生抽测物理试卷）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2=10：1，b是原线圈的中心抽头，S为单刀双掷开关，定值电阻R=10Ω.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是( )
A. 当S与a连接后，t=0.01 s时理想电流表示数为零
B. 当S与a连接后，理想电流表的示数为2.2A
C. 当S由a拨到b后，原线圈的输入功率变为原来的2倍
D. 当S由a拨到b后，副线圈输出电压的频率变为25Hz
（2021年云南省昆明市三诊一模高考物理摸底诊断试卷）（多选）如图甲所示的电路中，变压器为理想变压器，交流电流表为理想电表，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，两只规格为“6 V，3 W”的灯泡均正常发光。下列说法正确的是（ ）
A. 电阻R的功率为6 WB. 电流表的示数为0.5 A
C. 原、副线圈匝数之比为3︰1D. 副线圈中电流方向1 s内改变50次
【典例2】原线圈上有用电器的变压器
（2021湖北省模拟题）一含有理想变压器电路如图所示，正弦交流电源电压为U0，变压器原副线圈匝数之比为4∶1，电阻关系为R0=R1=R2=R3=R4，为理想交流电压表，示数用U表示，则下列判断正确的是
A. 闭合开关S，电阻R0与R1消耗的功率之比为8∶1 B. 闭合开关S前后，电压表示数不变
C. 断开S，U0∶U=19∶4 D. 断开S，U0∶U=4∶1
（2021年湖北省宜昌市高考物理模拟试卷）（多选）如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压均为U0的灯泡L1和L2。原、副线圈的匝数比为3:1。S断开时两灯泡均能正常发光，则
A. 电源电压U=4U0 B. S断开时，灯泡L1和L2的电流之比为1:1
C. S断开时，灯泡L1和L2的功率之比1:3 D. S闭合后，灯泡L2仍能正常发光
【典例3】互感器的应用
(2021·江苏四市联考) (多选)如图所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶100，图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22 V，电流表的示数为1 A，则
A．a为电流表，b为电压表 B．a为电压表，b为电流表
C．线路输送电功率是220 kW D．输电线路总电阻为22 Ω
【典例4】自耦变压器
(2021·广东适应性考试) (多选)如图甲所示为一理想自耦变压器，A、B端输入电压如图乙所示，A1、V1和A2、V2分别是接入原线圈和副线圈中的理想交流电流表和电压表，其示数分别用I1、U1、I2、U2表示，R为定值电阻，现将滑片P从图示位置逆时针匀速转动，在P转动过程中，电流表和电压表示数均未超过其量程，下列选项中能正确反映I1、I2、U1、U2变化规律的是（ ）
【典例5】多个副线圈变压器
（2021·太原一模）(多选)如图所示，理想变压器原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，已知n1∶n2＝1∶2，电源电压u＝220eq \r(2)sin ωt(V)，匝数为n2的副线圈电路中接有一熔断电流I2＝1 A的保险丝，匝数为n3的副线圈电路中接一电容器，电容器上面标有“150 μF/440 V”字样，则( )

A．为了使保险丝不致熔断，R不能小于440eq \r(2) Ω B．为了使保险丝不致熔断，R不能小于440 Ω
C．若n1∶n3＝1∶2，则电容不会被击穿 D．若n1∶n3＝1∶2，则电容可能会被击穿
（2021年河北省新高考“八省联考”高考物理适应性试卷）如图，理想变压器原线圈匝数为1100匝，接有一阻值为R的电阻，电压表V1示数为110.0 V。副线圈接有一个阻值恒为RL的灯泡，绕过铁芯的单匝线圈接有一理想电压表V2，示数为0.10 V。已知RL︰R=4︰1，则副线圈的匝数为( )
A. 225B. 550C. 2200D. 4400
【方法总结】关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变恒定的直流电压．
(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)理想变压器本身不消耗能量．
(4)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电
考点二、变压器的动态分析
1．匝数比不变的情况如图
eq \f(n1,n2)不变，负载R变化
(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．负载电阻不变的情况如图
eq \f(n1,n2)改变，负载R不变
(1)U1不变，eq \f(n1,n2)发生变化，故U2变化．
(2)R不变，U2变化，故I2发生变化．
(3)根据P2＝eq \f(U\\al(2,2),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6】负载不变匝数变
（2021年湖北省龙泉中学、宜昌一中高考物理联考试卷）（多选）如图所示，理想变压器原线圈一端有a、b两接线柱，a是原线圈的一端点，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=Usin100πt。则
A. 当单刀双掷开关分别与a、b连接时，电压表的示数比为1:2
B. 当t=0时，c、d间的电压瞬时值为U2
C. 单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表示数增大
D. 当单刀双掷开关由a扳向b时，电流表的示数增大
【典例7】匝数不变负载变
（2021·云南师范附中学一模）(多选)如图所示，M为理想变压器，电表为理想电表，导线电阻忽略不计，原线圈接稳定的正弦式交流电源。当变阻器滑片P向上移动时，读数发生变化的电表是( )
A．A1 B．A2 C．V1 D．V2
（2021年河南省新乡市高考物理摸底试卷）（多选）如图所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，电灯L的亮度变暗，下列措施可以使电灯L重新变亮的是
A. 闭合开关S1，其他条件不变 B. 断开开关S2，其他条件不变
C. 滑片P1下移，同时滑片P2上移，其他条件不变 D. 将滑动变阻器的滑片P向右移动，其他条件不变
【典例8】变压器匝数比引起的动态变化
(2021·四川模拟)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则下列说法正确的是
A．小灯泡变亮 B．小灯泡变暗
C．原、副线圈两端电压的比值不变 D．通过原、副线圈电流的比值不变
【方法总结】分析变压器的动态变化问题的注意事项
(1)要明确变压器的各基本物理量之间的制约关系．
(2)要明确“不变量”和“变化量”，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.
考点三、远距离输电
1．理清三个回路
2．抓住两个联系
(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是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回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是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：能量守恒关系式P2＝P损＋P3.
4．掌握两种损耗
(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU＝U2－U3＝IRR线。
(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP＝P2－P3＝Ieq \\al(2,R)R线。输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式ΔP＝Ieq \\al(2,R)R线或ΔP＝eq \f(ΔU2,R线)。
【典例9】远距离输电的原理理解
（2021年福建省漳州市高考物理第一次质检试卷）（多选）如图是远距离输电的示意图，两个变压器均为理想变压器，输电导线的总电阻为r，升压变压器匝数比为n1:n2，发电机输出的电功率为P，输出电压为U，导线上损失的功率为P损，用户得到的功率为P用，升压变压器原副线圈两端的电压分别为U1、U2，输电线上输送的电流大小为I.下列判断正确的是
A. 输电线上电流大小为I=n2Pn1U1 B. 输电线上损失的电压为U损=n1Prn2U1
C. 输电线上损失的功率P损=n12Pn22U12r D. 用户得到的功率P用=P−n12P2n22U12r
【典例10】远距离输电与图像结合
(20121·南京市二模)(多选)图甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比1∶100，降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1，远距离输电线的总电阻为100 Ω。若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750 kW。下列说法中正确的有( )
A．用户端交流电的频率为50 Hz B．用户端电压为250 V
C．输电线中的电流为30 A D．输电线路损耗功率为180 kW
【例11】远距离输电电路的分析
(2019·广东深圳市4月第二次调研) (多选)如图为远距离输电示意图，发电厂输出电压U1＝104 V，输出功率P1＝109 W，两个理想变压器的匝数比分别为n1∶n2＝1∶100、n3∶n4＝100∶1，输电线总电阻r＝50 Ω.则( )
A.U4＝U1 B.I4＝I1
C.通过电阻r的电流I2＝2×104 A D.电阻r损耗的电功率为5×107 W
【方法总结】求解远距离输电问题的必备技巧
(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量．
(2)抓住变压器变压前后各物理量间的关系，求出输电线上的电流．
(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损＝Ieq \\al(2,线)R线，注意输电线上的功率损失和电压损失．
(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定
考点四、传感器的简单使用
一、研究热敏电阻的热敏特性
二、研究光敏电阻的光敏特性
【例12】热敏电阻的原理及应用
(2021·长春模拟)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图实ⅩⅢ－2甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是
A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃
【例13】光敏电阻传感器的应用
（2021云南昆明模拟）为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx)．
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0 lx时的电阻约为________kΩ.
(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．
(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为________ Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，0.1 A)．要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”)．为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．
【方法总结】
1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。
3．欧姆表每次换挡后都要重新调零。
考点内容
考题统计
考查方向
备考方案
理想变压器
2021湖南卷，T6，4分
2020全国卷Ⅱ,T19,6分
2020全国卷Ⅲ,T20,6分
考查变压器的基本原理，理想变压器与电路的综合问题
及远距离输电问题；考查温控装置的原理及设计。
物理观念
理解理想变压器及远距离输电原理，运用能量观念分析变压器及远距离输电问题。
科学思维
建构理想变压器及远距离输电模型分析求解问题。
科学探究
通过实验，了解变压器的工作原理，探究传感器的简单使用。
远距离输电
传感器的简单使用
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.8
2.3
1.8