（鲁京津琼）2020版高考物理总复习 第十一章 交变电流 传感器 第2讲 变压器、电能的输送课件

第2讲变压器、电能的输送知识排查理想变压器1.构造和原理(1)构造：如图1所示，变压器是由__________和绕在铁芯上的__________组成的。图1闭合铁芯两个线圈(2)原理：电磁感应的互感现象。(1)功率关系：_________(2)电压关系：___________有多个副线圈时＝___________(3)电流关系：只有一个副线圈时＝有多个副线圈时，U1I1＝________________________(由P入＝P出及P＝UI推出)2.基本关系P入＝P出U2I2＋U3I3＋…＋UnInU1n1＝U2n2U1n1U2n2＝U3n3＝…I1I2＝n2n1靖宸3.几种常用的变压器(1)自耦变压器及调压变压器，如图甲(降压作用)、图乙(升压作用)所示。(2)互感器电压互感器（n1n2）：把高电压变成_________，如图丙所示。电流互感器（n1n2）：把大电流变成__________，如图丁所示。低电压小电流电能的输送一一如图2所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′。图21.输出电流I＝_____＝P′U′＝U－U′R线PU2.电压损失ΔU＝U－U′＝_____IR3.功率损失ΔP＝P－P′＝______＝_________I2RPU2R4.减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R。由R＝ρLS知，可加大导线的____________、采用_________的材料做导线。(2)减小输电导线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高___________。横截面积电阻率小输电电压小题速练(1)变压器能改变恒定电流的电压。()(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率。()(3)变压器正常工作，当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压。()(4)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。()(5)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小。()(6)在输送的电功率一定时，输电线上的功率损失与送电电压成反比。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×1.思考判断答案C2.[人教版选修3－2·P44·T2改编]有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1140匝，副线圈是()A.1081匝B.1800匝C.108匝D.8010匝解析由题意知U1＝380V，U2＝36V，n1＝1140，则U1U2＝n1n2得n2＝U2U1n1＝108。选项C正确。答案A3.[人教版选修3－2·P50·T3改编]从发电站输出的功率为220kW，输电线的总电阻为0.05Ω，用110V和11kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A.100∶1B.1∶100C.1∶10D.10∶1解析由题意知输电线上的电流I＝PU，则输电线的总电阻造成的电压损失ΔU＝Ir＝PrU，故ΔU1ΔU2＝1U11U2＝U2U1＝11×103110＝1001，故选项A正确。图34.如图3所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I2。则()A.用户端的电压为I1U1I2B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I21rD.输电线路上损失的电功率为I1U答案A解析根据变压器的原理，U2U1＝n2n1，I2I1＝n1n2，所以用户端电压U2＝I1I2U1，选项A正确；输电线上的电压降ΔU＝I1r＜U，选项B错误；理想变压器的输入功率P1＝U1I1，选项C错误；输电线上损失的电功率P损＝I21r，选项D错误。理想变压器基本关系的理解与应用1.理想变压器的基本关系基本关系功率关系P入＝P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比U1U2＝n1n2电流关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比I1I2＝n2n1频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝n2n1U1功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝n2n1I22.含有多个副线圈的变压器计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系电压关系U1n1＝U2n2＝U3n3＝……功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋……电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋……图4【例1】(2018·天津理综，4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图4所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的12，则()A.R消耗的功率变为12PB.电压表V的读数变为12UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变答案B解析交流发电机产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，且有ω＝2πn，所以当发电机线圈转速减半后，感应电动势最大值减半，有效值减半，又理想变压器原、副线圈电压有效值之比等于原、副线圈匝数比，故电压表示数减为原来的一半，B项正确；由电功率P＝U2R可知，变压器输出功率即R消耗的功率变为原来的14，A项错误；由P＝UI可知，原线圈中电流减为原来的一半，C项错误；交流电的频率与发电机线圈转动角速度成正比，故D项错误。图51.(2016·江苏单科，4)一自耦变压器如图5所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中()A.U2U1，U2降低B.U2U1，U2升高C.U2U1，U2降低D.U2U1，U2升高解析由U1U2＝n1n2，n1n2知U2U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，选项C正确。答案C图62.如图6所示，一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝5∶1，其原线圈接一交流电源，电压u＝2202sin(100πt)V，副线圈接一电动机，电阻为11Ω。若电流表A2示数为1A，电表对电路的影响忽略不计，则()A.交流电的频率为100HzB.电动机输出功率为33WC.电流表A1示数为5AD.变压器原线圈的输入功率为33W答案B解析由ω＝100π＝2πf，解得f＝50Hz，选项A错误；由U1U2＝n1n2解得副线圈两端的电压U2＝44V，电动机的输出功率P出＝U2I2－I22R＝33W，选项B正确；由I1I2＝n2n1，解得I1＝0.2A，选项C错误；变压器原线圈的输入功率P＝U1I1＝220×0.2W＝44W，选项D错误。理想变压器的动态分析图7【例2】(2016·天津理综，5)如图7所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()类型一匝数比不变，负载变化的情况A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大答案B解析当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误。【例3】(多选)如图8甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，b是原线圈的中心抽头，S为单刀双掷开关，定值电阻R1、R2均为10Ω。在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，下列说法正确的是()图8类型二负载电阻不变，匝数比变化的情况解析由题图可以知道，交变电流的电压有效值为220V、周期为0.02s，频率为50Hz。当S接a时，由变压器的原理可以知道，n2两端电压有效值为22V，由闭合电路欧姆定律，得理想电压表的示数为22V，理想电流表示数为2.2A，故选项A正确，B错误；当S由a拨到b后，原线圈电压、频率不变，原线圈匝数减半，则副线圈频率不变，故选项C错误；副线圈两端电压加倍，负载电阻不变，副线圈的输出功率变为原来的4倍，原线圈的输入功率也变为原来的4倍，故选项D正确。A.当S与a连接后，理想电流表示数为2.2AB.当S与a连接后，理想电压表示数为11VC.当S由a拨到b后，副线圈输出电压的频率变为25HzD.当S由a拨到b后，原线圈的输入功率变为原来的4倍答案AD分析变压器动态问题的基本思路(多选)如图9所示，发电机中线圈的匝数为N，面积为S，做匀速圆周运动的角速度为ω，匀强磁场的磁感应强度为B；电流表和电压表为理想电表，定值电阻的阻值为R，其余电阻均不计；当变压器副线圈上的滑片P在图示位置时，变压器的匝数比n1∶n2＝1∶2；开始时发电机线圈与磁场垂直。下列判断正确的是()[针对训练]图9A.电压表的读数为2NBSωB.电流表的读数为22NBSωRC.发电机线圈由图示位置旋转14周，通过电流表的电荷量为NBSRD.P向上移动时，电压表的示数变小，电流表示数变大答案BC解析感应电动势的最大值为Em＝NBSω，有效值U1＝NBSω2，由U1U2＝n1n2可得，电压表读数U2＝2NBSω，选项A错误；副线圈电流I2＝U2R＝2NBSωR，通过电流表的电流为22NBSωR，选项B正确；线圈由图示位置旋转14周，通过电流表的电荷量为Q＝NΔΦR＝NBSR，选项C正确；P向上移动时，副线圈匝数变少，电压表的示数变小，电流表示数也变小，选项D错误。远距离输电问题1.理清三个回路3.掌握三个重要关联式(联系两个变压器的纽带)2.抓住六个基本关系(1)升压变压器的基本关系：U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，P1＝P2(2)降压变压器的基本关系：U3U4＝n3n4，I3I4＝n4n3，P3＝P4(1)功率关系：P2＝ΔP＋P3其中ΔP＝ΔUI线＝I2线R线＝ΔU2R线(2)电压关系：U2＝ΔU＋U3(3)电流关系：I2＝I线＝I3A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV解析设输送功率为P，则有P＝UI，其中U为输电电压，I为输电电流。为使输电线上损耗的功率减小为原来的四分之一，由P损＝I2R(R为输电线的电阻，恒定不变)可知应使I变为原来的二分之一，又输送功率不变，则输电电压应变为原来的2倍，即440kV，选项C正确。1.(2018·江苏单科，2)采用220kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，输电电压应变为()答案C图102.(多选)如图10为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器.升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝1∶10，在T1的原线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为2r＝2Ω，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4＝10∶1，若T2的“用电设备”两端的电压为U4＝200V且“用电设备”消耗的电功率为10kW，不考虑其他因素的影响，则()A.T1的副线圈两端电压的最大值为20102VB.T2的原线圈两端的电压为2000VC.输电线上损失的电功率为50WD.T1的原线圈输入的电功率为10.1kW答案ABC解析由题可以知道U4＝200V，根据n3n4＝U3U4，可得到U3＝2000V，再根据U3I3＝U4I4＝10kW，则I3＝5A，则U2＝U3＋2I3r＝2010V，