交变电流复习提纲

-1-专题45理想变压器远距离输电（讲）1．交变电流的产生及其各物理量的变化规律，应用交流电的图象解决问题．2．利用有效值的定义，对交变电流的有效值进行计算．3．理想变压器原、副线圈中电流、电压、功率之间的关系应用，变压器动态变化的分析方法．4．远距离输电的原理和相关计算．5．传感器的简单使用，能够解决与科技、社会紧密结合的问题．6．高考对本章知识的考查主要体现在“三突出”：①突出考查交变电流的产生过程；②突出考查交变电流的图象和交变电流的四值；③突出考查变压器，对变压器的原理理解的同时，还要掌握变压器的静态计算和动态分析，远距离输电也要重视。对本专题知识点高考每年必考．命题频率较高的知识点有交变电流的变化规律（包括图象）、最大值与有效值等，以选择题的形式出现。变压器的原理，电压比、电流比及功率关系是考查的重点；将本章知识与电磁感应等结合的力、电综合题，或考查与本章知识有关的实际应用。1．理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算．2．能够对变压器进行动态分析．3．会分析计算远距离输电问题．一、理想变压器1．工作原理互感现象．2．基本关系式（1）功率关系：P入＝P出．（2）电压关系：只有一个副线圈时，2121nnUU；有多个副线圈时，332211nUnUnU＝…．（3）电流关系：只有一个副线圈时，1221nnII．由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…．3．几种常用的变压器（1）自耦变压器——调压变压器．（2）互感器电压互感器：用来把高电压变成低电压.电流互感器：用来把大电流变成小电流.4．理想变压器的理解（1）没有能量损失；（2）没有磁通量损失．二、远距离输电1．输电过程（如图所示）2．输送电流（1）I＝PU；（2）I＝U－U′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＝I2Rt．4．电压损失（1）ΔU＝U－U′；（2）ΔU＝IR．5．功率损失（1）ΔP＝P－P′；（2）ΔP＝I2R＝（PU）2R-2-6．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R＝ρlS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．考点一理想变压器原、副线圈基本关系的应用1．基本关系（1）P入＝P出；（2）2121nnUU，有多个副线圈时，仍然成立．（3）1221nnII，电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用．有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系．（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．3．两种特殊的变压器模型（1）自耦变压器高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器（又称调压器），它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用．（2）互感器分为：电压互感器和电流互感器，比较如下：电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测高流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式2121nnUUI1n1＝I2n2★重点归纳★1、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．2．解决变压器问题的三种思路（1）电压：变压器原、副线圈的电压之比为2121nnUU；当变压器有多个副线圈时，332211nUnUnU＝…．-3-（2）功率：理想变压器的输入、输出功率为P入＝P出，当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋…．（3）电流：由UPI知，对只有一个副线圈的变压器有1221nnII，当变压器有多个副线圈时有n1I1＝n2I2＋n3I3＋…．★针对练习1★如图所示，甲、乙两个交流电路中，电源的电压、输出电流均相等。若理想变压器原、副线圈的匝数为1n、2n，则负载电阻1R与2R的比值为：（）A．12:nnB．21:nnC．2212:nnD．2221:nn【名师点睛】本题主要考查了变压器电压与匝数的关系以及功率公式的直接应用，难度不大，属于基础题。考点二理想变压器的动态分析解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法（1）分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定．（2）分析该类问题的一般思维流程是：★重点归纳★常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况．（1）匝数比不变的情况①U1不变，根据2121nnUU，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．③I2变化引起P2变化，由P1＝P2知P1发生变化．（2）负载电阻不变的情况①U1不变，21nn发生变化，U2变化．②R不变，U2变化，I2发生变化．③根据RUP222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．★典型案例★如图所示电路，一理想变压器的原线圈ab间接交流电源，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，副线圈匝数n2可调节，L为灯泡，则：（）A．保持P位置不变，将R的滑片向下滑稍许，变压器的输入功率变小B．保持P位置不变，将R的滑片向下滑稍许，灯泡L的亮度变亮C．保持R的滑片位置不变，将P向下移动少许，变压器的输入功率变小D．保持R的滑片位置不变，将P向下移动少许，灯泡L的亮度变亮【名师点睛】本题考查变压器的两类动态分析问题（变匝数、变负载电阻），其解决方法与闭合电路欧姆定律相同，利用“局部-整体-局部”的分析思路进行分析即可求解。★针对练习1★（多选）下图是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P是可移动的滑动触头．A、B间接交流电压U，输出端连接了两个相同的灯泡L1和L2，Q为滑动变阻器的滑动触头。当开关S闭合，P处于如图所在的位置时，两灯均能发光．下列说法正确的是：（）-4-A．将P沿逆时针方向移动，两灯均变亮B．P不动，将Q向左移动，两灯均变亮C．P不动，将Q向右移动，输入功率变大D．断开开关S，L1将变暗【名师点睛】本题要求知道自耦变压器的原理，结合变压器的特点和欧姆定律去分析。将P沿逆时针方向移动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数增多；保持P的位置不动，即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，副线圈两端的电压不变；断开开关S，相当于L1处电阻增大。★针对练习2★如图所示，1n为理想变压器原线圈，其接入电路的匝数随着滑动接触点P的上下移动而变化，原线圈接在正弦式交流电源上，副线圈2n接有滑动变阻器，下列说法正确的是：（）A．输入电压稍减小时，可以使P上滑，保持滑动变阻器功率不变B．输入电压稍增大时，可以使Q上滑，保持滑动变阻器功率不变C．保持输入电压及P位置不变，Q上滑，原线圈电流增大D．保持输入电压及Q位置不变，P上滑，原线圈电流增大【名师点睛】根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，逐项分析即可得出结论。考点三远距离输电问题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（以图9为例）（1）功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3．（2）电压、电流关系：122121IInnUU，344343IInnUU，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．（3）输电电流：线线RUUUPUPI323322．（4）输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝I2线R线＝222)(UPR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★重点归纳★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n1）和线圈2-5-（匝数为n2）中各个量间的关系是2121nnUU，1221nnII，P1＝P2．②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n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是4343nnUU，3443nnII，P3＝P4．（3）掌握一个守恒：能量守恒关系式P1＝P损＋P3★典型案例★夏季来临，空调、冷风机等大功率电器使用增多，用户消耗的功率增大。如图所示，发电机的输出电压U1和输电线的电阻r均不变、变压器均为理想变压器，则下列说法中正确的：（）A．变压器的输出电压U2增大，且U2＞U1B．变压器的输出电压U4增大，且U4＜U3C．输电线损耗的功率占发电机输出功率的比例增大D．输电线损耗的功率减小【名师点睛】正确解答本题需要掌握：理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系．理想变压器电压和匝数关系。★针对练习1★（多选）如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图（图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表）。设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示，变阻器R相当于用户用电器的总电阻。当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时：（）A．电压表V1、V2的读数均不变，电流表A1、A2的读数均增大B．电压表V3、V4的读数均减小，电流表A3的读数也减小C．电流表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变D．发电厂的输出功率增大【名师点睛】此题是远距离输电电路的动态分析；根据表达式知道电压和频率，与闭合电路中的动态分析类似，可以根据R的变化，确定出总电路的电阻的变化，进而可以确定总电路的电流的变化的情况，再根据电压不变，来分析其他的元件的电流和电压的变化的情况。★针对练习2★（多选）如图所示，（a）是远距离输电线路的示意图．（b）是用户得到的电压随时间变化的图象·已知降压变压器的匝数比为10：1．不考虑降压变压器与用户间导线的电阻．则：（）A．发电机输出交流电的频率是50HzB．升压变压器的输出电压为2200VC．辅电绕的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小