第2節(jié) 變壓器、電能的輸送
【考綱知識(shí)梳理】
一、 變壓器及其原理
1、 構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個(gè)閉合鐵心上構(gòu)成所謂的變壓器。
2、 作用：在輸送電能的過(guò)程中改變電壓。
3、 原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
4、 特征：正因?yàn)槭抢�用電磁感�?yīng)現(xiàn)象來(lái)工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過(guò)程中改變交流電壓。
5、 理想變壓器的基本關(guān)系式:
（1）輸出功率 決定輸入功率 ，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即 = 。
（2）變壓比: ，
（3）電流關(guān)系: ，
（4）若干副線圈時(shí):
, ; 或
6、 幾種常用的變壓器
(1)自耦變壓器
圖是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個(gè)線圈。如果把整個(gè)線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個(gè)線圈作副線圈，就可以升高電壓。
調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖所示。線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上。AB之間加上輸入電壓U1 。移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P 的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。
(2)互感器
互感器也是一種變壓器。交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測(cè)量高電壓和大電流。用變壓器把高電壓變成低電壓，或者把大電流變成小電流，這個(gè)問(wèn)題就可以解決了。這種變壓器叫做互感器�；ジ衅鞣蛛妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鲀煞N。
a、電壓互感器
電壓互感器用來(lái)把高電壓變成低電壓，它的原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈上接入交流電壓表。根據(jù)電壓表測(cè)得的電壓U 2 和銘牌上注明的變壓比(U 1 /U 2 )，可以算出高壓電路中的電壓。為了工作安全，電壓互感器的鐵殼和副線圈應(yīng)該接地。
b、電流互感器
電流互感器用來(lái)把大電流變成小電流。它的原線圈串聯(lián)在被測(cè)電路中，副線圈上接入交流電流表。根據(jù)電流表測(cè)得的電流I 2 和銘牌上注明的變流比(I 1/I2)，可以算出被測(cè)電路中的電流。如果被測(cè)電路是高壓電路，為了工作安全，同樣要把電流互感器的外殼和副線圈接地。
二、電能的輸送
1. 關(guān)鍵:減少電功率損失和電壓損失
（1）功率損失：遠(yuǎn)距離輸送電能，由于輸電線上的電流熱效應(yīng)，電能轉(zhuǎn)化為熱能。出現(xiàn)功率損失。 。
（2）電壓損失：遠(yuǎn)距離輸送電能，線路中電阻R上消耗部分電壓。 。
2方法:根據(jù) 再加上
（1）減小輸電導(dǎo)線的電阻,如采用電阻率小的;加大導(dǎo)線的橫截面積，
（2）提高輸電電壓,減小輸電電流，
【要點(diǎn)名師透析】
一、變壓器的工作原理及基本關(guān)系
1.工作原理
2.基本關(guān)系(理想變壓器)
(1)無(wú)漏磁，因此Φ、 相同.
(2)無(wú)線圈內(nèi)阻，因此無(wú)內(nèi)壓降：U=E= .
(3)由于 = ，即套在同一鐵芯上的線圈無(wú)論原、副線圈間還是副、副線圈間該比例都成立,
即 = = =…
(4)無(wú)能量損失，因此P入=P出，無(wú)論副線圈是一個(gè)還是多個(gè),
U1I1=U2I2+U3I3+…
又據(jù)電壓關(guān)系可得：
n1I1=n2I2+n3I3+…
【例1】(2011?淄博模擬) (12分)如圖所示，理想變壓器B的原線圈跟副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=2∶1，交流電源電壓U=311sin100πt V，F(xiàn)為熔斷電流為I0=1.0 A的保險(xiǎn)絲，負(fù)載為一可變電阻.
(1)當(dāng)電阻R=100 Ω時(shí)，保險(xiǎn)絲能否被熔斷?
(2)要使保險(xiǎn)絲不被熔斷，電阻R的阻值應(yīng)不小于多少?變壓器輸出的電功率不能超過(guò)多少?
【答案】(1)保險(xiǎn)絲不會(huì)熔斷 (2)電阻R的阻值不能小于55 Ω
電功率不能大于220 W
【詳解】原線圈電壓的有效值為U1= V=220 V
由 = 得副線圈兩端的電壓
U2= U1= ×220 V=110 V
(1)當(dāng)R=100 Ω時(shí)，副線圈中電流
I2= = A=1.10 A. (3分)
由U1I1=U2I2 得原線圈中的電流為
I1= I2= ×1.10 A=0.55 A,由于I1＜I0 (熔斷電流)，故保險(xiǎn)絲不會(huì)熔斷. (2分)
(2)設(shè)電阻R取某一值R0時(shí)，原線圈中的電流I1剛好到達(dá)熔斷電流I0，即I1=1.0 A，則副線圈中的電流為
I2= I1= ?I1=2×1.0 A=2.0 A
變阻器阻值為：R0= = Ω=55Ω (3分)
此時(shí)變壓器的輸出功率為
P2=I2?U2=2.0×110 W=220 W (2分)
可見(jiàn)，要使保險(xiǎn)絲F不被熔斷，電阻R的阻值不能小于55 Ω，
輸出的電功率不能大于220 W. (2分)
二、理想變壓器動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析
1.匝數(shù)比不變的情況:如圖所示
(1)U1不變，根據(jù) = ，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負(fù)載電阻R如何變化，U2也不變.
(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化.
(3)I2變化引起P2變化，P1=P2，故P1發(fā)生變化.
2.負(fù)載電阻不變的情況:如圖所示
(1)U1不變， 發(fā)生變化，故U2變化.
(2)R不變，U2改變，故I2發(fā)生變化.
(3)根據(jù)P2= ，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1=P2，故P1變化，P1=U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化.
3.分析動(dòng)態(tài)問(wèn)題的程序
【例2】如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，b是原線圈的中心抽頭，電壓表V和電流表A均為理想交流電表，從某時(shí)刻開(kāi)始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式u1=220 sin100 πt V，則( )
A.當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接時(shí)，電壓表的示數(shù)為22 V
B.當(dāng)t= s時(shí)，c、d間的電壓瞬時(shí)值為110V
C.單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接，在滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過(guò)程中，電壓表和電流表的示數(shù)均變小
D.當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)由a扳向b時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)均變小
【答案】選A.
【詳解】由正弦交流電的最大值與有效值的關(guān)系，可以確定原線圈電壓有效值為220 V，電壓表所測(cè)電壓值也是有效值，由于變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比，所以電壓表示數(shù)為22 V，A正確；將t= s代入瞬時(shí)值表達(dá)式計(jì)算得u=110 V，B錯(cuò)；對(duì)于理想變壓器，副線圈電壓只與原線圈電壓和原、副線圈匝數(shù)比有關(guān)，所以滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過(guò)程中，電壓表示數(shù)不變，所以C錯(cuò)；開(kāi)關(guān)由a扳向b，原、副線圈匝數(shù)比變小，所以副線圈電壓變大，電流變大，所以D錯(cuò).
三、高壓輸電問(wèn)題分析
1.對(duì)高壓輸電問(wèn)題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”的順序，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”一步一步進(jìn)行分析.
2.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(如圖所示)：
【例3】(14分)某學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī),內(nèi)阻為r=1 Ω,升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1,輸電線的總電阻為R=4 Ω,全校22個(gè)教室,每個(gè)教室用“220 V
40 W”的燈泡6盞,要求所有燈都正常發(fā)光,則
(1)輸電線上損耗的電功率多大?
(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率多大?
(3)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大?
【答案】(1)144 W (2)5 424 W (3)250 V
【詳解】(1)根據(jù)題意,畫(huà)出從發(fā)電機(jī)到教室燈泡之間的傳輸過(guò)程,如圖所示.
所有燈都正常工作的總功率為P′2=22×6×40 W=5 280 W (1分)
用電器都正常工作時(shí)的總電流為I′2= = A=24 A (1分)
兩個(gè)變壓器之間輸電線上的電流為IR=I2= =6 A (1分)
故輸電線上損耗的電功率PR= R=144 W (2分)
(2)升壓變壓器的輸出功率為P1′=PR+P2′=5 424 W (2分)
而發(fā)電機(jī)輸出功率即為升壓變壓器的輸入功率P出=P1=P1′=5 424 W (1分)
(3)降壓變壓器上的輸入電壓U2=4U2′=880 V (1分)
輸電線上的電壓損失為UR=IRR=24 V
因此升壓變壓器的輸出電壓為U1′=UR+U2=904 V (1分)
升壓變壓器的輸入電壓為U1= =226 V (1分)
升壓變壓器的輸入電流為I1=4IR=24 A (1分)
發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)
E=U1+I1r=226 V+24×1 V=250 V (2分)
【感悟高考真題】
1.（2011?廣東理綜?T19）圖（a）左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負(fù)載電路中 ， 、 為理想電流表和電壓表。若原線圈接入如圖（b）所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110V，下列表述正確的是
A.電流表的示數(shù)為2A B.原、副線圈匝數(shù)比為1:2
C .電壓表的示數(shù)為電壓的有效值 D.原線圈中交變電壓的頻率為100Hz
【答案】選A.C.
【詳解】電流表的示數(shù)為： ,A正確；原、負(fù)線圈的電壓比等于匝數(shù)比，所以匝數(shù)比為2:1，B錯(cuò)誤；電壓表的示數(shù)指交變電流的有效值，C正確；由（b）知交流電的周期為0.02s,故頻率為50HZ,D錯(cuò)誤。
2.（2011?福建理綜?T15）圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1:n2=5:1，電阻R=20 ，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開(kāi)關(guān)。原線圈接正弦交變電源，輸入電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示�，F(xiàn)將S1接1、S2閉合，此時(shí)L2正常發(fā)光。下列說(shuō)法正確的是
A.輸入電壓u的表達(dá)式u=20 sin(50 t)V
B.只斷開(kāi)S2后，L1、L2均正常發(fā)光
C.只斷開(kāi)S2后，原線圈的輸入功率增大
D.若S1換接到2后，R消耗的電功率為0.8W
【答案】選D.
【詳解】由圖乙知周期為0.02s，因此輸入電壓的表達(dá)式 ,A錯(cuò)；只斷開(kāi)S2，L1、L2的電壓小于額定電壓，都不能正常發(fā)光，B錯(cuò)；只斷開(kāi)S2，負(fù)載電阻變大，功率變小，C錯(cuò)；S1換接到2后，據(jù) 和 得R消耗的功率為0.8W，故選D.
3.（2011?新課標(biāo)全國(guó)卷?T17）如圖，一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1：2；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22W；原線圈電路中接有電壓表和電流表。現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光。若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則
A．U=110V , I=0.2A
B. U=110V , I=0.05 A
C. U=1102 V , I=0.2A
D. U=1102 V , I=0.22 A
【答案】選A。
【詳解】在副線圈電路中，I2=PU =0.1A，再根據(jù)U1U2 =n1n2 ，及I2 I1 =n1n2 ，得U1=110V，I1=0.2A，故B、C、D錯(cuò)，A正確。
4.（2011?山東高考?T20）為保證用戶(hù)電壓穩(wěn)定在220V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，圖甲為調(diào)壓變壓器示意圖。保持輸入電壓 不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓。某此檢測(cè)得到用戶(hù)電壓 隨時(shí)間t變化的曲線如圖乙所示。以下正確的是 （ ）
A、
B、
C、為使用戶(hù)電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)下移
D、為使用戶(hù)電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)上移
【答案】選B、D。
【詳解】由圖像可知，正弦式交變電壓的最大值為 ，其周期為0.02S,可得其表達(dá)式為B選項(xiàng)正確，又在 、 不變的前提下通過(guò)改變 來(lái)使 增大，由 可得應(yīng)使 減小，故應(yīng)將P適當(dāng)上移，D選項(xiàng)正確。
5.（2011?浙江理綜?T16）如圖所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800和n2=200的兩個(gè)線圈，上線圈兩端與u=51sin314tV的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是
A. 2.0V B. 9.0V
C. 12.7V D. 144.0V
【答案】選A.
【詳解】根據(jù)上線圈所加電壓的表達(dá)式可得，最大值為51 V.所以有效值 .若變壓器為理想變壓器： ，可得：U2=9.0 V.但由于鐵心不閉合，考慮到磁漏的存在，應(yīng)有U2<9.0 V，所以A正確.
6（2011?海南物理?T11）如圖：理想變壓器原線圈與-10V的交流電源相連，副線圈并聯(lián)兩個(gè)小燈泡a和b，小燈泡a的額定功率為0.3w，正常發(fā)光時(shí)電阻為30 ，已知兩燈泡均正常發(fā)光，流過(guò)原線圈的電流為0.09A，可計(jì)算出原、副線圈的匝數(shù)比為_(kāi)______，流過(guò)燈泡b的電流為_(kāi)______A,
【答案】 0.2
【詳解】 V，根據(jù)小燈泡正常發(fā)光，則 V， A，根據(jù) ， ，所以 A， A。
7.（2011?江蘇物理?T13-1）圖為一理想變壓器，ab為原線圈，ce為副線圈，d為副線圈引出的一個(gè)接頭。原線圈輸入正弦式交變電壓的u-t圖象如題13-2圖所示。若只在ce間接一只 =400 Ω的電阻，或只在de間接一只 =225 Ω的電阻,兩種情況下電阻消耗的功率均為80W。
(1)請(qǐng)寫(xiě)出原線圈輸入電壓瞬時(shí)值 的表達(dá)式；
(2)求只在ce間接400Ω的電阻時(shí)，原線圈中的電流I1；
(3)求ce和de 間線圈的匝數(shù)比 。
【答案】（1） (2) 0.28A (3)4:3
【詳解】（1）有題13-2圖知 ，電壓瞬時(shí)值 （V）
(2)電壓有效值 （V）
理想變壓器
原線圈中的電流 =0.28A
(2)設(shè)ab間匝數(shù)為 ，根據(jù)變壓器規(guī)律有 ，
由題意有： ，聯(lián)立可得：
8 （2010?全國(guó)卷2）19. 圖中為一理想變壓器，其原線圈與一電壓有效值不變的交流電源相連：P為滑動(dòng)頭�，F(xiàn)令P從均勻密繞的副線圈最底端開(kāi)始，沿副線圈勻速上滑，直至白熾燈L兩端的電壓等于其額定電壓為止。用 表示流過(guò)原線圈的電流， 表示流過(guò)燈泡的電流， 表示燈泡兩端的電壓， 表示燈泡消耗的電功率（這里的電流、電壓均指有效值：電功率指平均值）。下列4個(gè)圖中，能夠正確反映相應(yīng)物理量的變化趨勢(shì)的是
答案：BC
解析：副線圈是均勻密繞的且滑動(dòng)頭勻速上滑，說(shuō)明副線圈的匝數(shù)在均勻增大，由變壓器的變壓比 ，得 均勻增大（k為單位時(shí)間增加的匝數(shù)），C正確。燈泡兩端的電壓由零增大時(shí)其電阻增大，描繪的伏安特曲線為B。燈泡的功率先增大的快（電阻�。┖笤龃蟮穆�（電阻大），D錯(cuò)誤。原線圈功率等于燈泡功率是增大的，所以原線圈電流一定增大，A錯(cuò)誤。
【命題意圖與考點(diǎn)定位】考查理想變壓器和燈泡的伏安特曲線知識(shí)。
9（2010?天津卷）7.為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1，A2，導(dǎo)線電阻不計(jì)，如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后
A. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變
B. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大
C. V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大
D. V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變
答案：AD
10 （2010?重慶卷）17.輸入電壓為220V，輸出電壓為36V的變壓器副線圓燒壞，為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈，如題17圖所示，然后將原線圈接到220V交流電源上，測(cè)得新繞線圈的端電壓為1V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為：
A 1100、360 B 1100、180
C 2200、180 D 220、360
【答案】B
【解析】對(duì)新繞線的理想變壓器，根據(jù)變壓比公式得
變壓器燒壞前，同理 ，B正確。
11（2010? 江蘇卷）7.在如圖多事的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有
A．升壓變壓器的輸出電壓增大
B．降壓變壓器的輸出電壓增大
C．輸電線上損耗的功率增大
D．輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大
【解析】逐項(xiàng)判斷
A.應(yīng)不變，A錯(cuò)誤；
B. ， , ，因P變大，I變大，所以U損變大，所以降壓變壓器初級(jí)電壓U3變小，B錯(cuò)誤；
C. ,因P變大，所以P損變大，C正確；
D. ，因P變大，所以比值變大，D正確；
本題選CD。本題考查電能的輸送，通�？疾殡妷旱淖兓�引起其它變化，本題考查考查功率的變化引起其它變化，有新意。本題難度：中等。
12 （2010?福建卷）13．中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原采用500kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)?br>A．P/4 B．P/2 C．2P D．4P
答案：A
解析：由 可知當(dāng)輸出電壓由500kv升高到1000kv時(shí)，電路中的電流將減為原來(lái)的一半；由 可知電路中損耗的功率變?yōu)樵瓉?lái)的 。
【命題特點(diǎn)】本題以高壓輸電這一生活情境為背景，相應(yīng)了“兩會(huì)”提出的節(jié)能減排的建議，考查了用遠(yuǎn)程高壓輸電減小能耗的知識(shí)點(diǎn)，具有實(shí)際意義。
【啟示】高考復(fù)習(xí)中應(yīng)注重物理問(wèn)題聯(lián)系生活實(shí)際。
13（2010?山東卷）19．一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動(dòng)變阻器的觸頭。
A．副線圈輸出電壓的頻率為50Hz
B．副線圈輸出電壓的有效值為31V
C．P向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小
D．P向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率增加
答案：AD
解析：
A.周期 ，頻率 ，A正確；
B.原線圈輸入電壓的有效值為 ，所以，副線圈輸出電壓的有效值為 ，B錯(cuò)誤；
C.根據(jù) ，所以 ，不變。C錯(cuò)誤；
D.變壓器的輸出功率 ，P向右移動(dòng)時(shí)，電阻變小，變壓器的輸出功率增加，D正確。
本題選AD。本題考查變壓器原理和交流電圖象。
難度：容易。
14（2010?浙江卷）17. 某水電站，用總電阻為2.5 的輸電線輸電給500km外的用戶(hù)，其輸出電功率是3 106KW。現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說(shuō)法正確的是
A. 輸電線上輸送的電流大小為2 105A
B. 輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kV
C. 若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9 108KW
D. 輸電線上損失的功率為 P＝U2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻
答案：B
15（09?廣東物理?9）圖為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖。關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是 （ ABD ）
A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失
B．高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減小電路的發(fā)熱損耗
C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越小
D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好
解析：依據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗 ，而 ,增大輸電線的橫截面積，減小輸電線的電阻，則能夠減小輸電線上的功率損耗，A正確；由P=UI來(lái)看在輸送功率一定的情況下，輸送電壓U越大，則輸電電流越小，則功率損耗越小，B正確；若輸電電壓一定，輸送功率越大，則電流I越大，電路中損耗的電功率越大，C錯(cuò)誤；輸電電壓并不是電壓越高越好，因?yàn)殡妷涸礁�，�?duì)于安全和技術(shù)的要求越高，因此并不是輸電電壓越高越好，D正確。
【考點(diǎn)模擬演練】
1．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為11∶2，原線圈兩端的輸入電壓u＝2202sin 100πt(V)，電表均為理想電表，滑動(dòng)變阻器R接入電路部分的阻值為10 Ω.下列敘述中正確的是
(　　)
A．該交流電的頻率為50 Hz
B．電壓表的讀數(shù)為422 V
C．電流表的讀數(shù)為4 A
D．若滑動(dòng)變阻器的滑片P向a端移動(dòng)，電流表的讀數(shù)變大
【答案】AC
【詳解】根據(jù)原線圈兩端輸入電壓的表達(dá)式可知，交流電的頻率f＝ω2π＝100π2πHz＝50 Hz，A正確；變壓器原線圈電壓的有效值為U1＝220 V，利用變壓器的變壓比U1∶U2＝n1∶n2，可求得U2＝40 V，電壓表的讀數(shù)為40 V，B錯(cuò)誤；電流表的讀數(shù)為I＝U2R＝4 A，C正確；若滑動(dòng)變阻器的滑片P向a端移動(dòng)，接入電路的電阻增大，而U2不變，電流表示數(shù)變小，D錯(cuò)誤．
2．圖甲是線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電圖象，把該交流電壓加在圖乙中變壓器的A、B兩端．已知理想變壓器原線圈Ⅰ和副線圈Ⅱ的匝數(shù)比為5∶1，交流電流表和交流電壓表均為理想電表，電阻R＝1 Ω，其他各處電阻不計(jì)，以下說(shuō)法正確的是(　　)
　
A．在t＝0.1 s、0.5 s時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大
B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為10 πrad/s
C．電壓表的示數(shù)為2 V
D．電流表的示數(shù)為0.40 A
【答案】D
【詳解】t＝0.1 s,0.5 s時(shí)，電壓達(dá)最大值，此時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行，A錯(cuò)誤；由圖知T＝0.4 s，所以角速度w＝2πT＝2π0.4 s＝5π rad/s，B錯(cuò)誤；由U1U2＝n1n2得輸出電壓的最大值為22 V，所以電壓表示數(shù)應(yīng)為2 V，C錯(cuò)誤，R中電流IR＝2 V1 Ω＝2 A，由變壓器的電流與匝數(shù)關(guān)系知電流表示數(shù)為0.40 A，D正確，正確答案D.
3．如圖所示，T為理想變壓器，副線圈回路中的輸電線ab和cd的電阻不可忽略，其余輸電線電阻可不計(jì)，則當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)(　　)
【答案】B
【詳解】在理想變壓器中，因?yàn)閁不變，故 示數(shù)不變；閉合S時(shí)，負(fù)載電阻變小，副線圈中電流I2增大， 示數(shù)增大，由P入＝P出可知 示數(shù)增大，因ab和cd導(dǎo)線的電阻不可忽略，所以U3減小， 示數(shù)變�。�由I3＝U3/R1得，流過(guò)R1處的電流I3變小， 示數(shù)變小，故B對(duì)．
4.(2011?華南師大附中模擬)在變電站里,經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流,所用的器材叫電流互感器.如下所示的四個(gè)圖中,能正確反映其工作原理的是( )
【答案】選A.
【詳解】電流互感器應(yīng)是測(cè)電流的,應(yīng)串聯(lián)在火線上,故B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤.同時(shí),由I1n1=I2n2知要使I2＜I1,須n2＞n1,故A選項(xiàng)正確,C選項(xiàng)錯(cuò)誤.
5.如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C為電容器.已知通過(guò)R1的正弦交流電如圖乙所示，則( )
A.交流電的頻率為0.02 Hz
B.原線圈輸入電壓的最大值為200 V
C.電阻R2的電功率約為6.67 W
D.通過(guò)R3的電流始終為零
【答案】選C.
【詳解】根據(jù)變壓器原理可知原副線圈中電流的周期、頻率相同，周期為0.02 s、頻率為50 Hz，A錯(cuò)；由圖乙可知通過(guò)R1的電流最大值為Im＝1 A、根據(jù)歐姆定律可知其最大電壓為Um＝20 V，再根據(jù)原副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知原線圈輸入電壓的最大值為200 V，B錯(cuò)；因?yàn)殡娙萜饔型ń涣�、阻直流的作用，則有電流通過(guò)R3和電容器，D錯(cuò)；根據(jù)正弦交流電的峰值和有效值關(guān)系及并聯(lián)電路特點(diǎn)可知電阻R2的電流有效值為I＝ 、電壓有效值為U＝Um/ V，電阻R2的電功率為P2＝UI＝ W,C對(duì).
6.如圖所示，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則( )
A.保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大
B.保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小
C.保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大
D.保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大
【答案】選A、B、D.
【詳解】K由a合到b時(shí)，n1減小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2= /R隨之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，從而I1增大，A正確；K由b合到a時(shí)，與上述情況相反，P2將減小，B正確；P上滑時(shí)，R增大，P2= /R減小，又P1=P2，P1=I1U1，從而I1減小，C錯(cuò)誤；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大， I2=U2/R隨之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D正確.故選項(xiàng)A、B、D正確.
7．如圖所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4∶1.原線圈接入一電壓為u＝U0sinωt的交流電源，副線圈接一個(gè)R＝27.5 Ω的負(fù)載電阻．若U0＝2202 V，ω＝100π rad/s，則下述結(jié)論正確的是
(　　)
A．副線圈中電壓表的讀數(shù)為55 V
B．副線圈中輸出交流電的周期為1100π s
C．原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5 A
D．原線圈中的輸入功率為1102 W
【答案】AC
【詳解】原線圈電壓有效值U1＝220 V，由電壓比等于匝數(shù)比可得副線圈電壓U2＝55 V，A對(duì)；電阻R上的電流為2 A，由原副線圈電流比等于匝數(shù)的反比，可得電流表示數(shù)為0.5 A，C對(duì)；輸入功率為P＝220×0.5 W＝110 W，D錯(cuò)；周期T＝2πω＝0.02 s，B錯(cuò)．
8．在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導(dǎo)線電阻率為ρ，橫截面積為S，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，輸電線損失的電功率為P′，用戶(hù)得到的電功率為P用，則P′、P用的關(guān)系式正確的是
(　　)
A．P′＝U2SρL B．P′＝P2ρLU2S
C．P用＝P－U2SρL D．P用＝P(1－PρLU2S)
【答案】BD
【詳解】輸電線電阻 R＝ρLS，輸電電流為I＝PU
故輸電線上損失的電功率為：
P′＝I2R＝(PU)2ρLS＝P2ρLU2S
用戶(hù)得到的電功率為P用＝P－P′＝P(1－PρLU2S)．故B、D正確．
9．理想變壓器連接電路如圖甲所示，已知原副線圈匝數(shù)比為10∶1，當(dāng)輸入電壓波形如圖乙時(shí)，電流表讀數(shù)2 A，則
(　　)
A．電壓表讀數(shù)282 V B．電壓表讀數(shù)28.2 V
C．輸入功率為56.4 W D．輸入功率為40 W
【答案】D
【詳解】由圖乙可知，Um＝282 V，則輸入電壓有效值U1＝Um2＝200 V．根據(jù)U1U2＝n1n2，U2＝20 V，再根據(jù)I1I2＝n2n1，I1＝0.2 A，輸入功率P＝U1I1＝40 W，故A、B、C錯(cuò)，D正確．
10．如圖20所示是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器．已知變壓器原線圈與副線圈匝數(shù)比n1n2＝120，加在原線圈的電壓為u1＝311 sin100πt (V)，霓虹燈正常工作的電阻R＝440 kΩ，I1、I2表示原、副線圈中的電流．下列判斷正確的是
(　　)
A．副線圈兩端電壓6220 V，副線圈中的電流14.1 mA
B．副線圈兩端電壓4400 V，副線圈中的電流10.0 mA
C．I1D．I1>I2
【答案】BD
【詳解】原線圈電壓的有效值為220 V，由U1U2＝n1n2解得副線圈電壓U2＝4400 V；由I2＝U2R得I2＝10.0 mA，選項(xiàng)B對(duì)．根據(jù)n1I2，選項(xiàng)D對(duì)．
11．(14分)如圖 (a)是一理想變壓器的電路連接圖，圖(b)是原線圈兩端所加的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象，已知原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，電流表A2的示數(shù)為2 A，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，求：
(1)變壓器的輸入功率和電壓表的示數(shù)；
(2)將開(kāi)關(guān)S閉合，定性分析電路中三只電表的示數(shù)變化情況．
【答案】　(1)40 W　20 V
(2)A1示數(shù)增大　A2示數(shù)增大　V示數(shù)不變
【詳解】　(1)由圖(b)可知輸入電壓的有效值
U1＝200 V
由U1U2＝n1n2得
U2＝n2U1n1＝20 V
變壓器的輸入功率P1等于輸出功率P2
故P1＝P2＝U2I2＝20×2 W＝40 W.
(2)將S閉合，U2不變，即電壓表示數(shù)保持20 V不變；由于負(fù)載增多，負(fù)載總電阻減小，電流表A2的示數(shù)增大；次級(jí)線圈的輸出功率增加，初級(jí)線圈的輸入功率隨之增加，電流表A1的示數(shù)增大．
12．(16分)發(fā)電機(jī)的端電壓為220 V，輸出電功率為44 kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 Ω，如果用原、副線圈匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線路后，再用原、副線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶(hù)．
(1)畫(huà)出全過(guò)程的線路圖．
(2)求用戶(hù)得到的電壓和功率．
(3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶(hù)，求用戶(hù)得到的功率和電壓．
【答案】　(1)見(jiàn)解析　(2)219.6 V　43.92 kW
(3)180 V　36 kW
　【詳解】(1)線路圖如圖所示．
(2)升壓變壓器副線圈上的輸出電壓
U2＝n2n1U1＝2 200 V，
升壓變壓器副線圈上的輸出電流I2＝n1n2I1，
升壓變壓器原線圈上的輸入電流，由P＝U1I1得
I1＝PU1＝44×103220 A＝200 A，
所以I2＝n1Pn2U1＝44×10310×220 A＝20 A.
輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為
UR＝I2R＝4 V，PR＝I22R＝0.08 kW.
加到降壓變壓器原線圈上的輸入電流和電壓分別為
I3＝I2＝20 A，U3＝U2－UR＝2 196 V.
降壓變壓器副線圈上的輸出電壓和電流分別為
U4＝n4n3U3＝219.6 V，I4＝n3n4I3＝200 A.
用戶(hù)得到的功率P4＝U4I4＝43.92 kW.
(3)若不采用高壓輸電，線路損失電壓為
UR′＝I1R＝40 V，
用戶(hù)得到的電壓U′＝U1－UR′＝180 V，


本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaosan/68226.html

相關(guān)閱讀：2012屆高考物理第一輪電場(chǎng)導(dǎo)學(xué)案復(fù)習(xí)