【优化方案】2016届高三物理大一轮复习精讲课件：第十章交变电流传感器第二节

第二节变压器远距离输电第十章交变电流传感器一、变压器原理1．工作原理：电磁感应的__________现象．互感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：＝_________，若n1n2，为______变压器；若n1n2，为________变压器．(3)电流关系：只有一个副线圈时，＝_________；有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.降压升压n2n1I1I2n1n2U1U21.(多选)如图所示，理想变压器的初级线圈接交流电源，次级线圈接阻值为R的负载电阻．若与初级线圈连接的电压表V1的示数为U1，与次级线圈连接的电压表V2的示数为U2，且U2U1，则以下判断中正确的是()A．该变压器输入电流与输出电流之比为U1∶U2B．该变压器输入功率与输出功率之比为U2∶U1C．通过负载电阻R的电流I2＝U2RD．通过初级线圈的电流I1＝U22U1RCD二、远距离输电1．输电线路(如图所示)2．输送电流(1)I＝PU.(2)I＝U－U′R.4．功率损失(1)ΔP＝P－P′.(2)ΔP＝__________＝PU2R＝ΔU2R.3．电压损失(1)ΔU＝U－U′.(2)ΔU＝_________.IRI2R2.(单选)中国已投产运行的1000kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，不考虑其他因素的影响．则()A．送电电流变为原来的2倍B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍C．输电线上降落的电压将变为原来的12D．输电线上损耗的电功率将变为原来的12C考点一理想变压器原、副线圈关系的应用考点二理想变压器的动态分析考点三关于远距离输电问题的分析考点一理想变压器原、副线圈关系的应用1．基本关系(1)P入＝P出，(有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋……)(2)U1U2＝n1n2，有多个副线圈时，仍然成立．(3)I1I2＝n2n1，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈)n1I1＝n2I2＋n3I3＋……(多个副线圈)(4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同．2．制约关系(1)电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定．(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)电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定．(多选)(2014·高考山东卷)如图，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A．以下判断正确的是()A．变压器输入功率为484WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3BD[思路点拨]根据变压器的变压规律U1U2＝n1n2，变流规律I1I2＝n2n1，正弦交变电流有效值和峰值的关系I＝Im2，功率公式P＝IU和理想变压器的特点P1＝P2解决问题．[解析]变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60W＝132W，选项A错误；由U1U2＝n1n2得n1n2＝U1U2＝22060＝113，选项D正确；由I1I2＝n2n1得I1＝n2n1I2＝311×2.2A＝0.6A，选项B正确；根据I＝Im2得副线圈上的电流的最大值I2m＝2I2＝2.22A，选项C错误．[总结提升]关于理想变压器的四点说明：(1)变压器不能改变直流电压．(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)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．1.(单选)(2015·宁夏银川模拟)如图所示，理想变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按图甲所示方式连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，电阻R＝10Ω.图乙是R两端电压u随时间变化的图象，Um＝102V．则下列说法中正确的是()DA．交变电流的频率是502HzB．电流表A的读数为210AC．电压表V的读数为102VD．变压器的输入功率为10W解析：由题意可知交流电的频率f＝1T＝12×10－2Hz＝50Hz，所以A错；依据I1I2＝n2n1，I2＝Um2R可知，电流表A的读数I1＝110A，所以B错；电压表V测R两端电压，则其读数为U2＝10V，所以C错；变压器的输出功率决定输入功率，则P出＝Um/22R＝10W，所以P入＝10W，D正确．考点二理想变压器的动态分析1.匝数比不变的情况(如图所示)(1)U1不变，根据U1U2＝n1n2可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变．(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据I1I2＝n2n1可以判断I1的变化情况．(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化．2.负载电阻不变的情况(如图所示)(1)U1不变，n1n2发生变化，U2变化．(2)R不变，U2变化，I2发生变化．(3)根据P2＝U22R和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化．(单选)(2015·潍坊联考)如图甲所示的电路中，S为单刀双掷开关，电表为理想电表，Rt为热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)，理想变压器原线圈接图乙所示的正弦交流电，则()A．变压器原线圈中交流电压u的表达式u＝1102·sin100πt(V)B．S接在a端，Rt温度升高时，变压器的输入功率变小C．S接在a端，Rt温度升高时，电压表和电流表的示数均变大D．S由a切换到b，Rt消耗的功率变大A[解析]由交变电流图象，可知电压最大值为1102V，周期为0.02s，所以ω＝100πrad/s，A项正确；副线圈输出电压由变压器匝数比和输入电压决定，故温度升高时，Rt电阻阻值减小，两端电压不变，C项错；由P＝U2R可知，变压器输出功率增大，故其输入功率也随之增大，B项错；S由a切换到b，副线圈匝数减小，故输出电压减小，Rt电阻不变，由P＝U2R知，消耗功率减小，D项错．[方法总结]变压器动态分析的思路流程2.(多选)(2014·高考广东卷)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是()A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大BD解析：由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L亮度不随P的滑动改变，故选项A错误，选项B正确．P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R总减小，由I2＝U2R总知，通过副线圈的电流I2增大，输出功率P2＝U2I2增大，再由I1I2＝n2n1知输入电流I1也增大，故选项C错误，D正确．考点三关于远距离输电问题的分析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”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”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：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3.(2)电压、电流关系：U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．(3)输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R线.(4)输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝I2线R线＝P2U22R线．当输送的电功率一定时，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1n2.(单选)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和P2P1分别为()A.PRkU，1nB.PkU2R，1nC.PRkU，1n2D.PkU2R，1n2D[解析]根据变压器的变压规律，得U1U＝k，U2U＝nk，所以U1＝kU，U2＝nkU.根据P＝UI，知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1＝PU1＝PkU，I2＝PU2＝PnkU.根据P＝I2R知，输电线路损耗的电功率分别为P1＝I21R＝PkU2R，P2＝I22R＝PnkU2R，所以P2P1＝1n2，选项D正确，选项A、B、C错误．[总结提升]解决远距离输电问题应注意下列几点(1)画出输电电路图．(2)注意升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等．(3)输电线长度等于距离的2倍．(4)计算线路功率损失一般用P损＝I2R线．3.(单选)(2014·高考江苏卷)远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R.变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()A.I1I2＝n1n2B．I2＝U2RC．I1U1＝I22RD．I1U1＝I2U2D解析：根据理想变压器的工作原理得I1U1＝I2U2、I1I2＝n2n1.U2不是加在R两端的电压，故I2≠U2R，而I1U1等于R上消耗的功率I22R与下一级变压器的输入功率之和．只有选项D正确．方法技巧——变压器原理的应用(多选)如图所示理想变压器的三个线圈的匝数n1∶n2∶n3＝1∶4∶4，在M、N间接正弦交流电源，在a、b和c、d间接相同的电阻器R，则()A．U1＝U2＝4U3B．U2＝U3＝2U1C．I1＝4I2＝4I3D．P1＝2P2＝2P3BCD[解析]由于副线圈有两个相同的铁芯，所以原线圈中的磁通量与线圈中的磁通量关系为：Φ1＝2Φ2＝2Φ3，磁通量变化率关系为：ΔΦ1Δt＝2ΔΦ2Δt＝2ΔΦ3Δt，故每匝线圈产生的感应电动势关系为：e1＝2e2＝2e3，对理想变压器有：U1＝n1e1，U2＝n2e2，U3＝n3e3，因此，可得：U1n1＝2U2n2＝2U3n3，代入n1∶n2∶n3＝1∶4∶4得U2＝U3＝2U1，故A错B对．由能量守恒得：P1＝P2＋P3＝2P2＝2P3，D对，由I1U1＝2I2U2＝2I3U3得：I1＝4I2＝4I3，C对．[点评]公式U1U2＝n1n2是根据原、副线圈中的磁通量相等推导出的，若磁通量不等则要根据法拉第电磁感应定律求解．4.(单选)在如图所示的铁芯上绕有4个线圈，匝数之比为n1∶n2∶n3∶n4＝1∶1∶2∶1，今在线圈1两端接正弦交流电源，下列判断正确的是()A．U1＝U2＝12U3＝U4B．U1＝U2＝12U3，U4＝0C．U1＝U2＋U3＋U4D．以上均不对B解析：线圈1、2、3的电压关系遵守变压比公式，线圈4中的磁通量始终为0，不产生感应电动势，故U4＝0，B正确．