(完整word版)2018高考物理变压器和远距离输电

专题48 理想变压器远距离输电【满分：110分 时间：90分钟】一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分。

在每小题给出的四个选项中. 18题只有一项符合题目要求； 912题有多项符合题目要求。

全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

)1．为了浴室用电安全，某同学用理想变压器降压给浴室供电；如图所示，理想变压器原线圈输入交变电压311sin100()u t V π=,变压器原副线圈匝数比为5:1,已知照明灯额定功率为66W,排气扇电动机内阻为1Ω，电流表示数为3A ，各用电器均正常工作，电表均为理想电表，则： （ ）A.电压表示数为62VB.变压器的输入功率为186WC.排气扇输出功率为63.75WD.保险丝熔断电流不得低于3A. 【答案】C【名师点睛】此题是关于变压器及交流电的计算；理想变压器是理想化模型，一是不计线圈内阻；二是没有出现漏磁现象．同时当电路中有变压器时，只要将变压器的有效值求出，则就相当于一个新的恒定电源，其值就是刚才的有效值。

2．如图所示，理想变压器原副线圈各接一个电阻1R 和2R ，原线圈中接有220V 交流电源，此时两只电阻上的电压都是10V ，设变压器原副线圈的匝数比为n ：1，电阻1R 和2R 消耗的功率之比为k ：1，则： （ ）A 、121,21n k ==B 、121,576n k ==C 、1441,24n k == D 、1441,576n k ==【答案】A【名师点睛】对于变压器需要掌握公式1122U n U n =、1222I n I n =，以及知道副线圈的电流以及功率决定了原线圈中的电流和功率，理想变压器是理想化模型，一是不计线圈内阻；二是没有出现漏磁现象．同时当电路中有变压器时，只要将变压器的有效值求出，则就相当于一个新的恒定电源，3．如图所示，一理想变压器原线圈匝数n 1=1100匝，副线圈匝数n 2=200匝，原线圈接交变电源，电压()u t V π=。

第2讲 变压器 电能的输送★考情直播考点1 理想变压器1．变压器的工作原理：在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，即 是变压器工作的基础.2．理想变压器：磁通量全部集中在铁芯内，变压器没有能量损失，输入功率 输出功率.3．原、副线圈对应关系： 电压关系=21U U ；电流关系=21I I 或⋅⋅⋅++=I n I n I n ；电功率关系：=P（V ）的交流电源上，副线圈接有R ＝55Ω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 ．原线圈中电流表的读数为1 AB ．原线圈中的输入功率为C ．副线圈中电压表的读数为1102VD ．副线圈中输出交流电的周期为50s[解析] 根据2121n n U U =可知副线圈电压为，则其有效值即电压表示数为110V ，C 错。

副线圈中电流A A R U I 255/110/22===，1221nn I I =可知原线圈电流为1A ，A 选项正确。

根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率W W R U P 2205511022===，B 错。

变压器不改变交变电流的周期，故s T 02.010022===ππωπ【答案】A[规律总结] 变压器的输出功率决定输入功率，且变压器不会改变电流的周期和频率。

考点2 动态变压电路分析1． 电压及匝数比决定 电压．只有负载变化时输出电压 ．[例2]（2018华师附中）调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图所示．线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上，CD 之间加上输入电压，转动滑动触头P 就可以调节输出电压．图中A 为交流电流表，V 为交流电压表， R 1、R 2为定值电阻，R 3为滑动变阻器，CD 两端接恒压交流电源，变压器可视为理想变压器（ ）A. 当动触头P 逆时针转动时，电流表读数变大，电压表读数变大B. 当动触头P 逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大C. 当滑动变阻器滑动触头向下滑动时, 电流表读数变小，电压表读数变大D. 当滑动变阻器滑动触头向下滑动时, 电流表读数变大，电压表读数变小[解析] 当动触头P 逆时针转动时，相当于增加了副线圈的匝数，而原线圈匝数保持不变，根据2121n n U U =可知，输出电压增大，其它因素不变时，电压表读数变大，电流表读数变大。

36变压器 远距离输电 选择题(1～8题只有一个选项符合题目要求，9～14题有多个选项符合题目要求)1．如图，理想变压器原、副线圈匝数比n 1：n 2＝2：1，和均为理想电表，灯泡电阻R L ＝6 Ω，AB 端电压u 1＝122sin 100πt(V)．下列说法正确的是( )A ．电流频率为100 Hz B.的读数为24 VC.的读数为0.5 A D ．变压器输入功率为6 W2． 如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是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I 1，其末端间的电压为U 1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I 2.则( )A ．用户端的电压为I 1U 1I 2B ．输电线上的电压降为UC ．理想变压器的输入功率为I 21rD ．输电线路上损失的电功率为I 1U3． 图甲为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为4：1，原线圈接图乙所示的正弦交流电．图甲中R t 为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R 1为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表．则下列说法正确的是( )A ．图乙所示电压的瞬时值表达式为u ＝51 sin 50πt VB ．变压器原、副线圈中的电流之比为1：4C ．变压器输入、输出功率之比为1：4D ．R t 处温度升高时，电压表和电流表的示数均变大4． 有一理想变压器，副线圈所接电路如图所示，灯L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡．当S 断开时，灯L 1正常发光．S 闭合后，下列说法正确的是( )A ．灯L 1、L 2都能正常发光B ．原线圈的输入功率减小C ．原、副线圈的电流比增大D ．电阻R 消耗的功率增大5． 如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n 1：n 2＝10：1，原线圈输入的电流电压如图乙所示，副线圈电路接有滑动变阻器R 和额定电压为12 V 、工作时内阻为2 Ω的电动机．闭合开关，电动机正常工作，电流表示数为1 A ，则( )A ．副线圈两端电压为22 2 VB ．电动机输出的机械功率为12 WC ．通过电动机的交流电频率为50 HzD ．突然卡住电动机，原线圈输入功率变小6． 将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为R ，让它在磁感应强度为B ，方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN 匀速转动．导线在a 、b 两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P 、电阻为r 的小灯泡并正常发光．电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，则下列说法中正确的是( )A ．半圆形硬导线的转速为2rP π2R 2BB ．半圆形硬导线的速度为rP π2R 2BC ．线圈从图示位置转90°过程中通过小灯泡的电荷量为πR 2B rD ．线圈从图示位置转90°过程中通过小灯泡的电荷量为零7．理想变压器原、副线圈匝数比n 1n 2＝2 1.如图所示，电路中接有规格均为“220 V 40 W”的三个完全相同的灯泡A 、B 、C ，若三只灯泡都正常发光，则此时输入电压U 0为( )A ．220 VB ．380 VC ．600 VD ．660 V8． 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝25πT ，单匝矩形线圈的面积S ＝1 m 2，电阻不计，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．线圈通过电刷与理想变压器原线圈相接，A 为交流电流表．调整副线圈的触头P ，当变压器原、副线圈的匝数比为2：1时，副线圈电路中标有“6 V 6 W”的灯泡正常发光，以下判断正确的是( )A ．电流表的示数为1 AB ．矩形线圈产生电动势的有效值为18 VC ．从矩形线圈转到中性面开始计时，矩形线圈产生的电动势随时间的变化规律为e ＝12 2 sin 30πt VD ．若矩形线圈的转速增大，为使灯泡仍能正常发光，应将P 适当上移9．如图所示，有一台交流发电机E ，通过理想升压变压器T 1和理想降压变压器T 2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T 1的输入电压和输入功率分别为U 1和P 1，它的输出电压和输出功率分别为U 2和P 2；T 2的输入电压和输入功率分别为U 3和P 3，它的输出电压和输出功率分别为U 4和P 4.设T 1的输入电压U 1一定，当用户消耗的电功率变大时，有( )A ．U 2减小，U 4变大B ．U 2不变，U 3变小C ．P 1变小，P 2变小D ．P 2变大，P 3变大10． 如图所示，理想变压器原线圈a 、b 两端接正弦交变电压u ，u ＝220 2 sin 100πt(V)，电压表V 接在副线圈c 、d 两端(不计导线电阻)，则当滑动变阻器滑片向右滑动时( )A ．电压表示数不变B ．电流表A 2的示数始终为0C ．若滑动变阻器的滑片不动，仅改变u ，使u ＝220 2 sin 200πt(V)，则电流表A 1的示数增大D ．若滑动变阻器的滑片不动，仅改变u ，使u ＝220 2 sin 200πt(V)，则电流表A 1的示数减小11．理想变压器原、副线圈的匝数分别为n 1＝10匝、n 2＝100匝，副线圈接有R ＝1 000Ω的电阻，原线圈与电阻不计的导线圈构成闭合回路，其中圆形区域的面积为S ＝0.4πm 2.在该圆形区域内有如图所示的按正弦规律变化的磁场垂直穿过，不计电流表内阻，下列说法正确的是(提示：B ＝B 0sin ωt，则当Δt→0时，ΔB Δt＝B 0ωcos ωt)( )A ．导线圈的电动势为20 VB ．导线圈的电动势为10 2 VC ．负载电阻R 的电流为 2 AD ．电流表的示数为 2 A12． 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n 1：n 2＝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 ＝10 Ω.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，理想电流表的示数为2.2 AB．当S与a连接后，t＝0.01 s时理想电流表示数为零C．当S由a拨到b后，原线圈的输入功率变为原来的4倍D．当S由a拨到b后，副线圈输出电压的频率变为25 Hz13．理想变压器原线圈a匝数n1＝200匝，副线圈b匝数n2＝100匝，线圈a接在u＝44 2 sin 314t V交流电源上，“12 V,6 W”的灯泡恰好正常发光．电阻R2＝16 Ω，电压表V为理想电表．下列推断正确的是( )A．交变电流的频率为100 HzB．穿过铁芯的磁通量的最大变化率为25Wb/sC．电压表V的示数为22 VD．R1消耗的功率是1 W14．如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比n1n2＝23，A处安装若干盏电灯，副线圈中并联的两盏电灯均正常发光，已知所有电灯的规格均为“12 V24 W”，则下列说法正确的是( )A．若正弦式交流电压有效值U＝20 V，则A处并联三盏电灯均能正常发光B．若正弦式交流电压有效值U＝20 V，则A处并联六盏电灯均能正常发光C．若A处安装六盏电灯均能正常发光，则正弦式交流电压有效值U＝40 VD．若A处安装六盏电灯均能正常发光，则正弦式交流电压有效值U＝32 V答案1D 2A 3B 4D 5C 6A 7D 8D 9BD 10AC 11BD 12AC 13BD 14AD。

专题54 远距离输电一、远距离输电1．输电过程（如图所示）2．输送电流（1）P I U=； （2）U U I R'-=。

3．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q =I 2Rt 。

4．电压损失 （1）ΔU =U –U ′； （2）ΔU =IR 。

5．功率损失 （1）ΔP =P –P ′； （2）ΔP =I 2R =(P U)2R 。

6．降低输电损耗的两个途径（1）减小输电线的电阻，由电阻定律lR Sρ=可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积；（2）减小输电导线中的输电电流，由P =UI 可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流。

二、远距离输电问题 1．远距离输电的处理思路对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。

2．远距离高压输电的几个基本关系（以下图为例）（1）功率关系：P 1=P 2，P 3=P 4，P 2=P 损+P 3； （2）电压、电流关系：122121I I n n U U ==，344343I I n n U U ==，U 2=ΔU +U 3，I 2=I 3=I 线； （3）输电电流：线线R U U U P U P I 323322-===； （4）输电线上损耗的电功率：P 损=I 线ΔU =I 线2R 线=222)(U P R 线。

当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的21n 。

3．远距离输电问题的“三二一” （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了回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1（匝数为n 1）和线圈2（匝数为n 2）中各个量间的关系是2121n n U U =，1221n n I I =，P 1=P 2； ②理想的降压变压器联系了回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3（匝数为n 3）和线圈4（匝数为n 4）中各个量间的关系是4343n n U U =，3443n n I I =，P 3=P 4。

母题12 变压器远距离输电【母题来源一】 2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）【母题原题】采用220 kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原）A. 55 kVB. 110 kVC. 440 kVD. 880 kV【答案】 C点睛：本意以远距离输电为背景考查输电线路的电能损失，解题时要根据输送电功率不变，利用输电线路损失的功率P损=I2R解题。

【母题来源二】 2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【母题原题】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PA. RB. 电压表VC. 电流表A的读数变为2ID. 通过R的交变电流频率不变【答案】 B根据副线圈中功率的变化判断原线圈中功率的变化；C ，则频率变为原来的D 错误．【点睛】本题考查了交流电最大值，有效值，频率，变压器等；需要知道交流电路中电表的示数为有效值，【命题意图】 考查变压器的工作原理、欧姆定律、闭合电路欧姆定律和电功率等知识，意在考查考生的理解能力和综合分析能力。

【考试方向】 对理想变压器的动态分析的考查：一是负载不变，通过匝数变化求解原副线圈的各参量；二是匝数不变，负载变化，讨论各量的变化。

【得分要点】 1、 电压器的几个常用关系： （1）电压关系：2121n n U U =或者t n U n U ∆∆Φ==2211或者t n U n U n U ∆∆Φ==== 332211（多个副线圈时），即原副线圈两端电压之比等于线圈的匝数之比。

（2）电流关系：根据P 入=P 出可求出，1221n n I I =或者n 1I 1=n 2I 2或者n 1I 1=n 2I 2+n 3I 3+n 4I 4+n 5I 5+…（有多个副线圈时）。

高考猜想二十二 对交变电流和变压器及远距离输电的考查命题要求：交变电流部分每年的考查一般不会太难，以中低档题目为主，题型多以选择题出现，考查的重点一般是交变电流的有效值、交变电流的图象、远距离输电的基本规律等.一、交变电流的规律1．如图1所示，导体棒ab 两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上，圆环通过电刷与导线c 、d 相接．c 、d 两个端点接在匝数比n 1∶n 2＝10∶1的变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器R 0.匀强磁场的磁感应强度为B ，方向竖直向下，导体棒ab 长为l (电阻不计)，绕与ab 平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO ′以角速度ω匀速转动．如果滑动变阻器的阻值为R 时，通过电流表的电流为I ，则( ).A ．滑动变阻器上消耗的功率为P ＝10I 2RB ．变压器原线圈两端的电压U 1＝10IRC ．取ab 在环的最低端时t ＝0，则导体棒ab 中感应电流的表达式是i ＝2I sin ωtD ．ab 沿环转动过程中受到的最大安培力F ＝2BIl2．如图2所示，水平铜盘半径为r ，置于磁感应强度为B ，方向竖直向下的匀强磁场中，铜盘绕通过圆盘中心的竖直轴以角速度ω做匀速圆周运动，铜盘的边缘及中心处分别通过滑动变阻器R 1与理想变压器的原线圈相连，该理想变压器原、副线圈的匝数比为n ∶1，变压器的副线圈与电阻为R 2的负载相连，则( )．A ．变压器原线圈两端的电压为Br 2ω2B ．若R 1不变时，通过负载R 2的电流强度为0C ．若R 1不变时，变压器的副线圈磁通量为0D ．若R 1变化时，通过负载R 2的电流强度为通过R 1电流的1n二、变压器原理3．某理想变压器原、副线圈的匝数比如图3所示．负载中每个电阻均为110 Ω.若输入电压为220 V，则输入电流和功率分别是A．5 A,1 100 W B．5 A,880 WC．4 A,1 100 W D．4 A,880 W4．如图4所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I0、I1分别为原线圈和副线圈中的电流，下列说法正确的是()．A．保持P的位置及U不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B．保持P的位置及U不变，S由a切换到b，则I1减小C．保持P的位置及U不变，S由b切换到a，则I1减小D．保持U不变，S接b端，将P向上滑动，则I1减小三、电能的传输5．如图5所示为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述不正确的是()．A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗的C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好四、综合应用6．如图6所示，三个灯泡是相同的，而且耐压足够，电源内阻忽略．当单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那S接B时A．三个灯亮度相同B．甲灯最亮，丙灯不亮C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D．只有丙灯不亮，乙灯最亮7．某小型发电站的发电机输出交流电压为500 V，输出电功率为50 kW，如果用电阻为3 Ω的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6 %，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220 V 供用户使用，不考虑变压器的能量损失， 这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？参考答案1．D [由于电流表示数为有效值，由I I 2＝n 2n 1可知I 2＝10I ，故P ＝100I 2R ，选项A 错误；变压器原线圈两端电压为U 1＝n 1n 2×10IR ＝100IR ，选项B 错误；从最低点开始计时，则导体棒中感应电流的瞬时值的表达式为i ＝2I cos ωt ，选项C 错误；导体棒中电流最大值为2I ，所以F ＝2BIl ，选项D 正确．]2．B [水平铜盘做匀速圆周运动，半径切割磁感线产生恒定的感应电动势相当于电源．当R 1不变时变压器原线圈所加的是恒定电压，副线圈中的磁通量一定，磁通量的变化量为零，故其输出电压为零，分析可知A 、C 错，B 对；当R 1变化时，原线圈所加的不是交流电压，其原、副线圈的电流关系不确定，故D 错 .]3．A [当两电阻串联时，总电阻为2R ，此时两端的电压为440 V ，所以P 1＝4402220W ＝880 W ，而P 2＝110255 W ＝220 W ，所以P ＝P 1＋P 2＝1 100 W ，I ＝P U ＝5A ．]4．B5．C [根据P ＝I 2R 可知，在电流I 一定的情况下，减小电阻R 可以减少电路上的电能损失，而R ＝ρL S ，所以增大输电线横截面积S 有利于减少输电过程中的电能损失，A 对；由公式P ＝I 2R 可得，若设输送的电功率为P ′，则P ＝P ′2U 2R ，可见，在输送电压U 一定时，输送的电功率P ′越大，输电过程中的电能损失越大，C 错误．]6．D [开关S 接A 时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关S 接B 时，电路处于直流工作状态，电容C “隔直、通交”；电感L “阻交、通直”；R 对交、直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I 丙＝0，I 甲不变，I 乙增大；又因为灯泡亮度与热功率(P ＝I 2R )成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮，故选D 项．]7．解析 用500 V 电压送电时示意图如图所示，50 kW 的电功率在输电线上的电流I 0＝P U 0＝50×103500 A ＝100 A.用户获得电压U 1＝U 0－I 0R ＝(500－100×3)V ＝200 V ，用户获得的功率P 1＝I 0U 1＝2×104 W.改用高压输送时，示意图如下图所示，要求P 损＝0.6%P ，即P 损＝50×103×0.6% W ＝300 W.输电电流I ＝ P 损R ＝ 3003A ＝10 A.发电站升压后输电电压U ＝P I ＝50×10310 V ＝5 000 V ，升压变压器匝数比n 1n 2＝U 0U ＝5005 000＝110，输电线上损失的电压U ′＝I ·R ＝10×3 V ＝30 V .到达用户输入变压器电压U 2＝U －U ′＝(5 000－30)V ＝4 970 V ，降压变压器的匝数比n 3n 4＝U 2U 3＝4 970220＝49722.答案 200 V 2×104 W 1∶10 497∶22。