高考物理一轮复习课件：10-2变压器-电能的输送

交变电流传感器第十章开卷速查规范特训回扣教材抓基础第2讲变压器电能的输送题型分类学方法夯实基础厚积薄发回扣教材抓基础知识梳理一、变压器原理图10－2－11．构造和原理(如图10－2－1所示)(1)主要构造：由□1、□2和□3组成．(2)工作原理：电磁感应的□4现象．原线圈副线圈闭合铁芯互感2．理想变压器的基本关系式(1)电压关系：U1U2＝□5，若n1＞n2，为□6变压器；若n1＜n2，为□7变压器．(2)电流关系：I1I2＝□8，只适用于只有一个副线圈的情况．n1n2降压升压n2n13．互感器(1)电压互感器，用来把□9电压变成□10电压．(2)电流互感器，用来把□11电流变成□12电流．高低大小特别提醒：(1)如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器是理想变压器．(2)变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电流和电压．二、电能的输送1．降低输电损耗的两个途径(1)功率损失：设输电电流为I，输电线的电阻为R，则功率损失为ΔP＝□13.I2R(2)两个途径．①一个途径是减小输电线的□14．由电阻定律R＝ρlS可知，在输电距离一定的情况下，为减小电阻，应当用□15的金属材料制造输电线．此外，还要尽可能增加导线的□16．电阻电阻率小横截面积②另一个途径是减小输电导线中的□17，由P＝UI可知，当输送功率一定时，提高□18可以减小输电电流．电流输电电压2．远距离输电过程的示意图(如图10－2－2所示)图10－2－2对理想变压器，各物理量的关系为①P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4＝P用．②U1U2＝n1n2，U2＝U3＋U线，U3U4＝n3n4.③n1I1＝n2I2，I2＝I线＝I3，n3I3＝n4I4.考点自测考点一变压器1．如图10－2－3，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()图10－2－3A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝1102V，I＝0.2AD．U＝1102V，I＝0.22A解析：本题考查的是交变电流的有效值、功率及变压器的有关知识，意在考查学生对交变电流知识的理解和综合应用．交流电压表、电流表测得的是交变电流的有效值，由灯泡正常发光可知，变压器的输出电压为220V，而变压器的输入与输出电压之比等于原副线圈的匝数比，故变压器的输入电压为110V，电压表的示数为110V，又因为变压器的输入功率等于输出功率，因此可知变压器的输入电流为0.2A，故选项A正确．答案：A2．[2013·天津理综]普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图10－2－4中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()图10－2－4A．ab接MN、cd接PQ，IabIcdB．ab接MN、cd接PQ，IabIcdC．ab接PQ、cd接MN，IabIcdD．ab接PQ、cd接MN，IabIcd解析：根据理想变压器的原理，线圈电流与匝数成反比，ab接MN，通过的电流较大，电流表接在cd两端，通过的电流较小，B正确．答案：B考点二电能的输送3．[2013·山东青岛二中测试]随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U1，输电导线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2，在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是()A．输电线上损耗的功率为P20RU22B．输电线上损耗的功率为P20RU21C．若要减少输电线上损耗的功率，可以采用更高的电压输电D．采用更高的电压输电会降低输电的效率解析：设发电厂输出功率为P，则输电线上损耗的功率ΔP＝P－P0，ΔP＝I2R＝P2RU21，A、B错误．采用更高的电压输电，可以减小导线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，C正确．采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，则发电厂输出的总功率减少，故可提高输电的效率，D错误．答案：C4．(多选题)在如图10－2－5所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()图10－2－5A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析：本题考查变压器、远距离输电，意在考查考生的推理能力．设升压变压器的匝数比为N1，降压变压器的匝数比为N2，发电厂输出电压为U1，输出功率为P1，则升压变压器的输出电压为N1U1，输电线中的电流为P1/(N1U1)，输电线损耗的功率为P21RN21U21，降压变压器输出电压为N1U1－P1R1/N1U1N2，输电线上损耗的功率占总功率的比例为P1RN21U21，可见，当输出功率P1增大时，比例增大，选项C、D正确．答案：CD考点分类点点击破题型分类学方法题型一理想变压器基本关系的应用变压器的工作原理及基本关系【例1】[2013·广东理综]如图10－2－6所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，V和A均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB端电压u1＝122sin100πt(V)．下列说法正确的是()图10－2－6A．电流频率为100HzB．V的读数为24VC．A的读数为0.5AD．变压器输入功率为6W思路分析原、副线圈电压之比等于匝数之比，输入功率等于输出功率，并据此确定电流关系．解析：由ω＝2πf得f＝ω2π＝50Hz，A错误．原线圈电压有效值U1＝12V，由U1U2＝n1n2得U2＝6V，B错误．I2＝U2RL＝1A，C错误．P1＝P2＝U2I2＝6W，D正确．答案：D变式训练1[2012·新课标全国卷]图10－2－7自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分．一升压式自耦调压变压器的电路如图10－2－7所示，其副线圈匝数可调．已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0kW.设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为()A．380V和5.3AB．380V和9.1AC．240V和5.3AD．240V和9.1A解析：对理想变压器，原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流I1＝PU1＝2000220A≈9.1A，负载两端电压即为副线圈电压，由U1n1＝U2n2，即2201100＝U21900，可得U2＝380V，故B对．答案：B题型二理想变压器的动态分析1.匝数比不变的情况(如图10－2－8)图10－2－8(1)U1不变，根据U1U2＝n1n2，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2也不变．(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10－2－9)图10－2－9(1)U1不变，n1n2发生变化，故U2变化．(2)R不变，U2改变，故I2发生变化．(3)根据P2＝U22R，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．图10－2－10【例2】[2012·福建理综]如图10－2－10，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器．V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是()A．I1和I2表示电流的瞬时值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小，I1变小思路分析分析动态问题的思路程序为：解析：交流电表的示数为有效值，故A、B两项均错误；P向下滑动过程中，R变小，由于交流电源、原副线圈匝数不变，U1、U2均不变，所以I2＝U2R0＋R变大，由I1I2＝n2n1，得I1＝n2n1I2变大，故C项正确，D项错误．答案：C变式训练2(多选题)[2013·北京海淀期末]如图10－2－11甲所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压，副线圈接一可变电阻R.在其他条件不变的情况下，为使变压器输入功率增大，下列措施正确的是()甲乙图10－2－11A．仅增加原线圈匝数n1B．仅增加副线圈匝数n2C．仅减小电阻R的阻值D．仅增大电阻R的阻值解析：为使变压器输入功率增大，可以仅减小电阻R的阻值，也可以仅增加副线圈匝数n2，B、C正确．答案：BC题型三电能的输送处理远距离输电问题的一般思路步骤(1)画出电能输送的原理草图，如图10－2－12所示．图10－2－12(2)以变压器铁芯为界线区分各个回路，各回路独立，运用欧姆定律，分析回路中的电压、电流和功率等问题．(3)各回路间通过变压器的匝数比、电压比、电流比和原、副线圈输入功率与输出功率相同的关系相联系．(4)在计算输电线上的功率损失时，思路应该是P损＝I2R线＝U2损R线＝P送－P用，绝对不能用P损＝U2送R线.【例3】发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器，发电机的输出功率是100kW，输出电压是250V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，输电导线中的电功率损失为发电机输出功率的4%.(1)画出上述输电全过程的线路图．(2)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流．(3)求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压．(4)计算降压变压器的输出功率．思路分析(1)远距离输电过程中物理量较多，一定要分清各物理量的对应关系．(2)有些情况下利用逆推法解决电能输送问题比较方便，方法是先从负载算起一直推到升压变压器的输入端．解析：(1)输电过程线路图，如图10－2－13所示．图10－2－13(2)对升压变压器，据公式U2U1＝n2n1，有U2＝n2n1U1＝251×250V＝6250V，I2＝P2U2＝P1U2＝1000006250A＝16A.(3)因为P耗＝I22R线，P耗＝0.04P1，所以R线＝0.04P1I22＝4000162Ω＝15.6Ω.因为ΔU＝U2－U3＝I2R线，故U3＝U2－I2R线＝(6250－16×15.6)V＝6000V.(4)P4＝P1－P耗＝0.96P1＝0.96×100000W＝96000W＝96kW.答案：(1)见解析图10－2－13(2)6250V16A(3)15.6Ω6000V(4)96kW变式训练3(多选题)如图10－2－14所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有()图10－2－14A．U2减小，U4变大B．U2不变，U3变小C．P1变小，P2变小D．P2变大，P3变大解析：本题考查远距离输电及理想变压器的基本知识，解决本题的关键是对变压器的工作原理的掌握和闭合电路欧姆定律的应用．由理想变压器输出功率决定输入功率可得，当用户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P1增大，输入电压U1为定值不变，升压变压器的匝数不变，输入电压不变，故输出电压U2不变，由于P1增大，由P1＝U1I1＝P2＝U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由闭合电路欧姆定律：U3＝U2－I2