高二物理-变压器

你了解生产、工作、生活用电情况吗？请举例说明！请回忆在恒定电流的学习中如果需要改变电压，使用怎样的方法？使用滑动变阻器的主要缺点是什么？基础知识梳理一、变压器原理1．构造和原理(如图13－2－1所示)(1)主要构造：由_______、_______和___________组成．(2)工作原理：电磁感应的_______现象．原线圈副线圈闭合铁芯互感图13－2－12．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：U1U2＝____，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，I1I2＝____；有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.n1n2降压升压n1n2特别提醒：(1)变压器不能改变直流电压．(2)细线绕制的线圈为高压线圈，粗线绕制的线圈为低压线圈．二、远距离输电1．电路损失(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＝_____.(2)电压损失：ΔU＝_____.减小功率损失和电压损失，都要求提高_________，减小输电电流．I2RIR输电电压2．降低损耗的两个途径(1)一个途径是减小输电线的______．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__________的金属材料制造输电线．此外，还要尽可能增加导线的__________．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_____，由P＝IU可知，当输送功率一定时，提高_____可以减小输电电流．电流电压3．远距离高压输电(如图13－2－2所示)由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电站内需用___________升压到几百千伏后再向远距离送电，到达用电区再用___________降到所需的电压．升压变压器降压变压器图13－2－2课堂训练一、理想变压器及其原、副线圈基本量的关系特别提醒：(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据．(2)变压器的以上关系都是根据口字型的变压器推出的．如果变压器不是“口”字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系．1.对于理想变压器，下列说法中正确的是()A．原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大B．原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零答案：ABC小试牛刀二、理想变压器动态分析问题1．匝数比不变的情况如图10－2－3：(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．图13－2－32．负载电阻不变的情况如图13－2－4：(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13－2－43．分析动态问题的思路程序可表示为2.(高考天津理综卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图13－2－5所示．当开关S闭合后()图13－2－5即时应用A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变解析：选AD.由U1U2＝n1n2知，开关S闭合后，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，故选项C错误，选项D正确；开关S闭合后，副线圈闭合回路的总电阻R减小，由I2＝U2R知，I2变大，由I1I2＝n2n1知，A1示数变大，且A1与A2示数的比值不变，故选项A正确．三、关于高压输电问题的分析1．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．高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种因素，依照不同的情况选择合适的输电电压．3．远距离高压输电的几个基本关系(以图13－2－6为例)：图13－2－6(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＝(P2U2)2R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1n2.3.(2010年高考江苏卷)在如图13－2－7所示的远距离输电电路中，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13－2－7即时应用A．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：选CD.对升压(或降压)变压器而言，由变压器电压比U1∶U2＝n1∶n2知，输入电压不变，匝数不变，输出电压不变，故A选项不正确；由P＝UI知，U不变，P增大，故I增大，使得输电线上的电压损耗ΔU＝I2R线增大，功率损耗ΔP＝IR线增大，所以降压变压器上的输入电压减小，输出电压减小，所以B不正确，C正确；因为输电线上损耗的功率占总功率的比例为ΔPP1＝I22R线P1＝P1U1·n1n22R线P1＝P1n21R线U21n22∝P1，所以随发电厂输出功率变大，该值变大，D正确．经典题型探究变压器的工作原理(2011年温州十校联合模拟)如图13－2－8所示，一理想变压器原线圈匝数为n1＝1000匝，副线圈匝数为n2＝200匝，将原线圈接在u＝2002sin120πt(V)的交流电压上，电阻R＝100Ω，电流表A为理想电表，下列推断正确的是()例1图13－2－8A．交变电流的频率为50HzB．穿过铁芯的磁通量的最大变化率为25Wb/sC．电流表A的示数为252AD．变压器的输入功率是16W【解析】已知u＝2002sin120πt(V)，则有效值U1＝200V，角速度ω＝2πf＝120πrad/s，知交变电流的频率为60Hz；由Um1＝n1(ΔΦ/Δt)＝2002V，而n1＝1000匝，则穿过铁芯的磁通量的最大变化率ΔΦ/Δt为2/5Wb/s；由I2＝U2/R＝40/100A＝0.4A，得电流表A的示数为0.4A；由P1＝P2＝I2U2＝0.4×40W＝16W，故B、D正确．【答案】BD【规律总结】对理想变压器原、副线圈：(1)交流电频率相等．(2)磁通量及磁通量变化率相等，每匝产生的电动势相等．(2010年高考全国卷Ⅱ)图13－2－9中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，P为滑动头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)．下列四个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是()理想变压器的动态分析例2图13－2－9图13－2－10【答案】BC【解析】由U2＝n2n1U1＝kvtn1U1知，灯泡两端的电压和时间成正比，则C正确；随着灯泡功率的增大，变压器的输入功率也要增大，则I1也增大，A错误；灯泡的温度升高，电阻增加，流过灯泡的电流与时间不成正比关系，B正确；灯泡的功率N2＝U22R，当电压和时间成正比时，功率不可能也和时间成正比关系，则D错误．(2010年高考浙江理综卷)某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW，现用500kV电压输电，则下列说法正确的是()A．输电线上输送的电流大小为2.0×105AB．输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻有关远距离输电的计算例3【解析】输电线上输送的电流I＝PU＝3×106kW500kV＝6000A，A错；输电线上损失的电压为ΔU＝Ir＝6000×2.5V＝1.5×104V＝15kV，B对；若改用5kV的电压输电，则输电线上输送的电流I′＝PU′＝3×106kW5kV＝6×105A，输电线上损失的功率ΔP＝I′2r＝(6×105)2×2.5W＝9×108kW，表明电能将在线路上损耗完，则输电线上损失的功率为3×106kW，C错；D项中输电线上损失的功率ΔP＝U2/r，U应为输电线上损耗的电压，而不是输电电压，D错．【答案】B