（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第十章 第2讲 变压器 电能的输送课件

第2讲变压器电能的输送基础过关知识梳理1.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,下列说法中正确的是 (BD)A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1基础自测答案对于理想变压器,认为无磁通量损失,因而穿过原、副线圈每一匝的磁通量相同,磁通量的变化率相等,每匝线圈产生的感应电动势相等,电压与匝数成正比。理想变压器没有能量损失,故输入功率等于输出功率。2.如图是远距离输电的示意图,下列说法正确的是 (A)A.a是升压变压器,b是降压变压器B.a是降压变压器,b是升压变压器C.a的输出电压等于b的输入电压D.a的输出电压等于输电线上损失的电压答案远距离输电需要升高电压,故a是升压变压器,b是降压变压器,A项正确,B项错误;由于输电线上有电压损失,a的输出电压等于输电线上损失的电压与b的输入电压之和,C、D项错误。考点一理想变压器考点二理想变压器的动态分析考点突破考点三远距离输电考点一理想变压器变压器的工作原理例1(多选)(2018苏州调研)如图甲所示,理想变压器原副线圈数比为2􀏑1,原线圈两端的交变电压随时间变化规律如图乙所示,灯泡L的额定功率为22W;闭合开关后,灯泡恰能正常发光。则 () A.原线圈输入电压的瞬时表达式为u=220 sin100πtVB.灯泡的额定电压为110VC.副线圈输出交流电的频率为100HzD.电压表读数为220V,电流表读数为0.2A2答案AB由图乙可知,原线圈交变电压的峰值Um=220 V,周期T=0.02s,可得ω= =100πrad/s,故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=220 sin100πt(V),A正确;根据变压器原、副线圈电压关系 = ,其中U1= =220V,可得U2=110V,由于灯泡恰能正常发光,故灯泡的额定电压为110V,B正确;变压器原、副线圈交流电的频率一致,均为f= =50Hz,C错误;电压表和电流表示数为有效值,故原线圈一侧的电压表读数为22T212UU12nnm2U1T220V,副线圈电压为110V,根据I= ,可知副线圈电流为I2= A=0.2A,再根据 = ,可得原线圈一侧电流表示数为I1=0.1A(或根据P1=P2,解得I1=0.1A),D错误。PU2211012II21nn例2(多选)(2019运河中学月考)如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的8倍时,两灯泡均能正常发光。则(AD)A.原、副线圈匝数之比为7∶1B.原、副线圈匝数之比为8∶1C.此时a和b的电功率之比为1∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶7解析灯泡正常发光,则其电压均为额定电压U额,则说明原线圈两端电压为7U额,副线圈两端电压为U额,则可知,原、副线圈匝数之比为7∶1,故A项正确,B项错误;根据公式 = 可得原、副线圈电流之比为1∶7,由于小灯泡两端的电压相等,所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为1∶7,故C项错误,D项正确。12II21nn例3(2018苏州调研)如图所示,电路中变压器原线圈匝数n1=1000,两个副线圈匝数分别为n2=500、n3=200,分别接一个R=55Ω的电阻,在原线圈上接入U1=220V的交流电源。则两副线圈输出电功率之比 和原线圈中的电流I1分别是 (C) 23PPA. = ,I1=2.8AB. = ,I1=2.8AC. = ,I1=1.16AD. = ,I1=1.16A23PP5223PP2523PP25423PP425解析对两个副线圈有 = , = ,所以U2=110V,U3=44V,又P= ,所以 = = ;由欧姆定律I2= =2A,I3= =0.8A,对有两个副线圈的变压器有n1I1=n2I2+n3I3,得I1=1.16A,选项C正确。12UU12nn13UU13nnUR23PP2223UU2542UR3UR方法技巧计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系:(1)电压关系: = = =…(2)电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+…(3)功率关系:P1=P2+P3+…11Un22Un33Un考点二理想变压器的动态分析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变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化12UU12nn12nn22UR例4(多选)(2018南通一调)如图所示,理想变压器原线圈接电压为220V的正弦交流电,开关S接1时,原副线圈的匝数比为11􀏑1,滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω,电压表和电流表均为理想电表,下列说法正确的有 (AC) A.变压器输入功率与输出功率之比为1：1B.1min内滑动变阻器产生的热量为40JC.仅将S从1拨到2,电流表示数减小D.仅将滑动变阻器的滑片向下滑动,两电流表示数均减小解析根据理想变压器的特点可知,变压器的输入功率与输出功率之比为1􀏑1,故A项正确;原、副线圈的电压与匝数成正比,所以副线圈两端电压为U2= U1= ×220V=20V,则1min内产生的热量为Q= t= ×60J=2400J,故B项错误;若只将S从1拨到2,副线圈的电压减小,副线圈电流减小,原线圈电流即电流表示数减小,故C项正确;将滑动变阻器滑片向下滑动,接入电路中的阻值变大,电流表的读数变小,但对原、副线圈两端的电压无影响,即电压表的读数不变,故D项错误。21nn11122UR22010方法技巧理想变压器的三个制约关系制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1考点三远距离输电远距离输电问题的“三二一”1.理清三个回路在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。2.抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是 = , = ,P1=P2。(2)理想的降压变压器联系着回路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 = , = ,P3=P4。12UU12nn12II21nn34UU34nn34II43nn3.掌握一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4。例5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 (D) A. = B.I2= 12II12nn2URC.I1U1= RD.I1U1=I2U222I解析根据变压器的工作原理可知 = ,选项A错误;因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系,选项B错误;U1I1=U2I2,但U2I2≠ R,选项C错误,D正确。12II21nn22I三种特殊的变压器加油小站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)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,如图所示。 例6(2016江苏单科)一自耦变压器如图所示,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点顺时针旋转到N点的过程中 (C) A.U2U1,U2降低B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低D.U2U1,U2升高解析a、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数,在滑动触头由M点移动到N点的过程中,副线圈的匝数进一步减小,由变压器工作原理 = 知,U2U1,且U2降低,选项C正确。12UU12nn2.互感器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交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 = I1n1=I2n212UU12nn例7(2018苏锡常镇四市调研)钳形电流测量仪的结构图如图所示,其铁芯在捏紧扳手时会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,则关于该钳形电流测量仪的说法正确的是 (C) A.该测量仪可测量直流电的电流B.载流导线中电流大小I0= C.若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流将小于实际电流D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数将变小In解析该测量仪是根据电磁感应原理制成的,故只可测量交流电的电流,选项A错误;根据I0×1=In,则载流导线中电流大小I0=In,选项B错误;若钳形部分铁芯没有完全闭合,由于穿过铁芯的磁通量会减小,故测量出的电流将小于实际电流,选项C正确;若将载流导线在铁芯上多绕几匝,根据I0n'=In,则I变大,即钳形电流测量仪的示数将变大,选项D错误;故选C。随堂巩固1.(多选)(2018南京、盐城一模)变压器线圈中的电流越大,所用的导线应当越粗。如图所示是降压变压器,假设它只有一个原线圈和一个副线圈,匝数分别为n1和n2。下列说法中不正确的是 (ACD)A.n1n2,原线圈比副线圈的导线粗B.n1n2,原线圈比副线圈的导线细C.n1n2,原线圈比副线圈的导线粗D.n1n2,原线圈比副线圈的导线细解析由变压器原理可知 = ,图为降压变压器,即有U1U2,所以n1n2,C、D错误;由 = 可知I1I2,所以原线圈比副线圈的导线细,A错误,B正确。12UU12nn12II21nn2.(2018江苏单科)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 ,输电电压应变为 (C)A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV14解析由P=UI得I= ,再由P损=I2r得P损= r,可知选项C正确。PU2PU3.(2018扬州期末)如图所示为一理想变压器,原线圈接在输出电压为u=U0sinωt的交流电源两端,电路中R0为定值电阻,V1、V2为理想交流电压表,A1、A2为理想交流电流表;现使滑动变阻器R的滑动触头P向上滑动,下列说法正确的是 (C)A.电压表V1与V2示数的比值将变大B.电流表A1与A2示数的比值将变小C.电压表V1与电流表A1示数的比值变大D.电压表V2与电流表A2示数的比值变小解析由于变压器电压之比等于线圈匝数之比,因此电压表之比一定等于线圈匝数之比,故A项错误;由于只有一个副线圈,因此电流之比一定等于线圈匝数的反比,故两电流表的比值不变,故B项错误;滑动变阻器R的滑动触头P向上滑动,则滑动变阻器接入电阻增大,由欧姆定律可知,电流表A2示数减小,电流表A1示数也减小,而电压表V1示数不变,与电流表A1示数的比值变大,故C项正确;滑动变阻器R的滑动触头P向上滑动,则滑动变阻器接入电阻增大,由欧姆定律可知,电压表V2与电流表A2示数的比值变大,故D项错误。4.(多选)(2018苏州一模)如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=4∶1,电阻R=25Ω,C为电容器,原线圈接u1=200 sin100πtV的交流电。则 (AD)A.该交流电的频率为50HzB.交流电流表