（课标通用版）2020版高考物理总复习 第十一章 02 第2讲 变压器 远距离输电课件

第2讲变压器远距离一变压器原理二远距离输电基础过关考点一理想变压器基本关系的应用考点二变压器的动态分析考点三远距离输电问题考点突破基础过关一、变压器原理1.工作原理:电磁感应的①互感现象。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: =② ,若n1n2,为③降压变压器;若n1n2,为④升压变压器。12UU12nn(3)电流关系:只有一个副线圈时, =⑤ ;有多个副线圈时,U1I1=U2I212II21nn+U3I3+…+UnIn。二、远距离输电1.输电线路(如图所示)2.输送电流:I= = 。PU'UUR3.电压损失:ΔU=U-U'=IR。4.功率损失:ΔP=P-P'=⑥I2R= ·R= 。2PU2()UR1.判断下列说法对错。(1)理想变压器的基本关系式中,电压和电流均为有效值。 (√)(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)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。 (✕)(4)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。 (✕)(5)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。 (√)(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。 (√)2.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1。电池和交变电源的电动势都为6V,内阻均不计。下列说法正确的是(BC)A.S与a接通的瞬间,R中无感应电流B.S与a接通稳定后,R两端的电压为0C.S与b接通稳定后,R两端的电压为3VD.S与b接通稳定后,原、副线圈中电流的频率之比为2∶13.(多选)(2018河北衡水中学月考)在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用输电导线的电阻率为ρ,横截面积为S,两地的距离为L,输电线上损耗的电功率为P1,用户得到的电功率为P2。下列关于P1和P2的表达式中正确的是 (AC)A.P2=P B.P2=P- C.P1= D.P1= 221PρLUS22USρL222PρLUS2USρL考点一理想变压器基本关系的应用考点突破1.变压器及其原理理想变压器没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,公式:U1/U2=n1/n2,与负载、副线圈的多少无关电流关系(1)只有一个副线圈时:I1/I2=n2/n1(2)有多个副线圈时:由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn频率关系f1=f2(变压器不改变交流电的频率)制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和原副线圈匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和原副线圈匝数比决定2.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器,如图甲、乙所示。 (2)互感器①电压互感器:把高电压变成低电压,如图丙所示。②电流互感器:把大电流变成小电流,如图丁所示。例1(2016课标Ⅰ,16,6分)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω, 为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 (B) A.2B.3C.4D.5解析设原、副线圈匝数比为n,根据能量守恒,当S断开时,UI=I2R1+(nI)2(R2+R3);当S闭合时,4UI=(4I)2R1+(4nI)2R2,联立解得n=3,所以B正确。考向1变压器原、副线圈基本关系的应用1.如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220 sin100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 (B)A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1A22C.电压表的读数为110 VD.副线圈输出交流电的周期为50s2解析由题知,变压器的输入电压U1= V=220V,所以U2= U1=110V;副线圈电流I2= =2A,原线圈电流I1= I2=1A。本题中电压表、电流表的读数为有效值,故B项正确,C项错误;原线圈输入功率P1=U1I1=220W,A项错误;交流电的周期T= = s=0.02s,D项错误。2202221nn2UR21nn2ω2100考向2自耦变压器原理2.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答案B解析对理想变压器有U2= U1=380V,由P2=I2U2得I2= ≈5.3A。依据 = 得I1= I2≈9.1A,故只有选项B正确。21nn22PU12II21nn21nn考向3互感器的应用3.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 (B)A.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解析在测量高压线路上的电流时,电流互感器的作用是减小测量支路的电流。根据变压器原理有 = ,I大n小,故ab端应接MN,cd端应接PQ,IabIcd,选项B正确。12II21nn考向4多个副线圈的变压器4.如图所示,两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P,且L1、L2、L3为相同的灯泡(灯泡电阻不变),匝数比为n1∶n2=3∶1,则图甲中L1的功率和图乙中L1的功率分别为 (B) 甲乙A.P、PB.9P、 C. 、9PD. 、P49P49P49P解析由题意可知,两种情况下变压器的输出功率均为2P。设灯泡L2、L3两端的电压为U,电流为I,电阻为R,两种情况下变压器的输入电压为3U,变压器的输入电流为 I,图甲中L1的功率为P1= =9P,图乙中L1的功率为P2= R= ,选项B正确。232(3)UR223I49P1.关于理想变压器的几点说明(1)变压器不能改变恒定的直流电压。(2)变压器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。(5)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时,U1为加在原线圈两端的电压,并不是电源的电压。2.多副线圈变压器对于副线圈有两个及以上的理想变压器,电压与匝数成正比是成立的,而电流比与匝数比成反比的规律不成立。但在任何情况下,电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即P入=P出,进行求解。方法总结考点二变压器的动态分析1.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。匝数比不变的情况负载电阻不变的情况  (1)U1不变,根据 = ,输入电压U1决定输出电压U2,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,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化。(3)I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化(1)U1不变, 发生变化,U2变化。(2)R不变,U2变化,I2发生变化。(3)根据P2= 和P1=P2,可以判断P2的变化,P1的变化,从而判断I1的变化12UU12nn12nn22UR2.分析含变压器电路的动态变化问题的一般思路:U1 U2 I2 I1考向1匝数比不变负载电阻变化时的动态分析1.如图所示,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 ()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解析由于原、副线圈两端电压不变,当滑动变阻器滑动触头P向上滑动时,连入电路的电阻变大,所在电路总电阻变大,副线圈中电流减小,R1中电流减小,R1消耗的功率减小,A项错误;R1中电流减小,则R1两端电压减小,而副线圈两端电压不变,所以滑动变阻器两端电压增大,电压表示数变大,B项正确;副线圈中电流减小,原线圈中电流随之减小,故C项错误;若闭合开关S,负载电路的总电阻减小,副线圈中电流增大,R1中电流增大,则R1两端电压升高,R2两端电压减小,A2示数变小,D项错误。考向2负载电阻不变匝数比变化时的动态分析2.(多选)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两端加上图乙所示的交变电压,下列说法正确的是 () 甲乙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,副线圈两端电压有效值为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,选项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,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C错误,选项D正确。考向3含二极管变压器的动态分析3.(多选)(2018辽宁沈阳模拟)如图,一理想变压器的原线圈接在电压为220V的正弦交流电源上,两副线圈匝数分别为n2=16匝、n3=144匝,通过理想二极管(具有单向导电性)、单刀双掷开关与一只“36V18W”的灯泡相连(灯泡电阻不变),当开关接1时,灯泡正常发光,则下列说法中正确的是 () A.原线圈的匝数为880匝B.当开关接2时,灯泡两端电压的有效值为20 VC.当开关接2时,原线圈的输入功率约为18WD.当开关接2时,原线圈的输入功率约为11W2答案ABD解析由 = 得n1=880匝,选项A正确。当开关接2时,有 = ,解得U=40V;设交流电的周期为T, · = T,U'=20 V,选项B正确。灯泡电阻为R= =72Ω,灯泡消耗的实际功率为P= = W≈11W,选项C错误,D正确。13nn1LUU123nnn1UU2UR2T2'UR22LLUP2'UR1009理想变压器的几个制约关系当理想变压器的匝数比不变时,如图所示,各量相互关系如下:(1)输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压U2= U1,当U1不变时,不论负载电阻R变化与否,U2都不会改变。(2)输出电流I2决定输入电流I1,在输入电压U1一定的情况下,输出电压U2也被完全确定。当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。因此在使用变压器时,不能使变压器副线圈短路。(3)输出功率P2决定输入功率P1,理想变压器的输入功率与输出功率相等,即P1=P2。在输入电压U1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器输出功率P2=I2U2减小,输入功率P1也将相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,变压器的输出功率P2=I2U2增大,则输入功率P1也将增大。21nn方法总结考点三远距离输电