最新人教版高中物理一轮复习课件：10.2变压器--电能的输送

第2讲变压器电能的输送1.构造(如图所示)理想变压器由________、_______和闭合铁芯组成2.原理：电流磁效应、电磁感应(_______现象)考点1理想变压器原线圈副线圈互感3.基本关系(1)电压关系：=_____.(2)功率关系：P入=_______.(3)电流关系：①只有一个副线圈时:=_____.②有多个副线圈时：U1I1=_____________________.4.几种常用的变压器(1)自耦变压器——也叫_______变压器.(2)互感器.①电压互感器，用来把高电压变成__________.②电流互感器，用来把大电流变成_________.12UU12nnP出12II21nnU2I2+U3I3+…+UnIn调压低电压小电流1.四点说明(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.2.三个制约关系(1)输入电压U1决定输出电压U2.(2)输出电流I2决定输入电流I1.(3)输出功率P2决定输入功率P1.(新课标全国卷)如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表.现闭合开关，灯泡正常发光.若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()A.U=110V,I=0.2AB.U=110V,I=0.05AC.U=110V,I=0.2AD.U=110V,I=0.2A222【解析】选A.在副线圈电路中，再根据及得U1=110V，I1=0.2A，故B、C、D错误，A正确.22P22WI===0.1A,U220V1122Un=Un2112In=,In考点2远距离输电1.输电过程(如图所示)2.电压损失:(1)ΔU=U-U′.(2)ΔU=______.3.功率损失:(1)ΔP=P-P′.(2)ΔP=______=________.4.输送电流:(1)(2)IRI2R2P()RUPI=.UU-UI=.R1.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻，由电阻定律可知，在输电距离一定的情况下，为减小电阻，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.R=Sl2.远距离输电的四个关键(1)画出一个模型——远距离输电模型图.(2)抓住输电的两端——电源和用电器.(3)分析两条导线——输电导线.(4)研究两次电压变换——升压和降压.(多选)在如图所示的远距离输电电路图中，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()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C、D.由题意可知升压变压器的输入电压不变，则输出电压不变，A错误；在电能输出过程中有：I2=，U线=I2R线,U3=U2-U线，因P变大，I2变大，所以U线变大，所以降压变压器初级电压U3变小，则降压变压器的输出电压变小，B错误；根据P线=R线，因P变大，所以P线变大，C正确；根据因P变大，所以比值变大，D正确.2PU22P()U2222P()RPPRU==PPU线线线，理想变压器基本规律的应用【例证1】(江苏高考)(15分)图(a)为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如图(b)所示.若只在ce间接一只Rce＝400Ω的电阻，或只在de间接一只Rde＝225Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80W.(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；(2)求只在ce间接400Ω电阻时，原线圈中的电流I1；(3)求ce和de间线圈的匝数比ceden.n【解题指南】解答本题时应注意以下三点：(1)根据图象得出瞬时值表达式、电压最大值和有效值.(2)利用理想变压器的P、U、I的关系计算原线圈中的电流.(3)根据电压关系求线圈的匝数比.【规范解答】(1)由原线圈中交变电流的u-t图象可知ω=200πrad/s，电压瞬时值uab=400sin200πt(V)(3分)(2)电压有效值(2分)理想变压器P1=P2(2分)m1UU==2002(V)2原线圈中的电流A(2分)(3)设ab间匝数为n1，根据变压器规律有(4分)由题意有：联立可得：(2分)答案：(1)uab=400sin200πt(V)(2)0.28A(3)111PI==0.28Ucede111ce1deUUUU==nnnn，22cedecedeUU=RR，ceden4=n343【总结提升】理想变压器问题的规范求解1.一般思路(1)分析题干条件找出不变量和变量.(2)利用原、副线圈之间的功率关系确定原、副线圈中的电流.(3)根据电磁感应原理，分析电压、电流与原、副线圈匝数比之间的关系.2.三种切入法(1)电压切入法：变压器原、副线圈的电压之比为；当变压器有多个副线圈时，=…1122Un=Un312123UUU==nnn(2)功率切入法：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)电流切入法：由知，对只有一个副线圈的变压器有，当变压器有多个副线圈时有n1I1=n2I2+n3I3+…1221In=InPIU变压器的动态分析【例证2】(多选)如图所示是街头变压器给用户供电的示意图.变压器的输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动，输出电压通过输电线输送给用户.输电线的电阻用R0表示，变阻器R表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器触头P向下移动时，下列说法中正确的是()A.与增加用电器的数目达到的效果相同B.A1表的示数随A2表的示数的增大而增大C.V1表的示数随V2表的示数的增大而增大D.变压器的输入功率增大【解题指南】解答本题应注意以下三点：(1)所有用户的用电器应为并联关系.(2)滑动变阻器使负载电阻变化，会改变输出功率.(3)要弄清原、副线圈的电压、电流的制约关系.【自主解答】选A、B、D.当滑动变阻器触头P向下移动时，用电器的总电阻减小，相当于并联的用电器数目增加，同时变压器的输入功率增大，A、D对；电网供电是“用多少供多少”，输出电流增大则输入电流增大，B正确；但变压器的输出电压由输入电压决定，当输入电压和变压器的匝数比一定时，输出电压一定，C错.【总结提升】解答本题关键在于理解变压器原、副线圈的电路结构及电压、电流的因果关系，然后根据理想变压器动态分析的思路，即来分析和判断.对本题易错选项及错误原因分析如下：211222121122111UUnI==RUnP=P(IU=IU)P=IU12211UUIIP负载决定决定决定决定易错角度错误原因易漏选A对滑动变阻器阻值变化与负载的关系理解错误，误认为R减小负载减小，即用电器的数目减少.而实际上当R减小时，由于并联关系，用电器的数目会增加易漏选B不理解变压器原、副线圈电流的因果关系，误认为由输入电流决定输出电流，即“送多少用多少”，从而漏选B易错选C不理解变压器原、副线圈的电压关系，误认为变压器的输出电压随负载的变化而变化，并且输出电压决定输入电压.而实际上输入电压决定输出电压，且输出电压与负载无关“模型法”处理远距离输电问题【例证3】(多选)一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电.输电线路总电阻为R=1kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W).若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()A.T1原、副线圈电流分别为103A和20AB.T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D.有6×104盏灯泡(220V、60W)正常发光【解题指南】解答本题应从以下三点重点把握：(1)画出远距离输电的模型图，并在图上标出各个参量.(2)根据P=UI计算输电电流.(3)根据升压变压器和降压变压器原、副线圈的电压、电流和功率关系列式求解.【自主解答】选A、B、D.远距离输电的模型如图所示.T1原线圈的电流为A,输电线上损失的功率为P损=I22R=10%P1,所以=20A，选项A正确；T1的匝数比为；T133111P400010I==A=110U4000312310%P4000100.1I==AR11012321nI201===nI1050上副线圈的电压为U2=50U1=2×105V,T2原线圈的电压为U3=U2-I2R=2×105V-20×103V=1.8×105V,选项B正确；T2上原、副线圈的变压比为选项C错误；能正常发光的灯泡的盏数为：选项D正确.533344nU1.810910===,nU220114190%PN==610,60【总结提升】应用“模型法”解题时应注意的三个问题模型法是分析、解决物理问题的常见方法，该方法是舍去表面的、次要的条件，抓住主要的本质因素，得出一种能反映原事件本质特性的理想模型、理想过程、理想状态等，能使一些复杂的问题简单化、形象化、具体化，在使用模型法处理问题时，需注意以下三点：(1)要熟练掌握各种常见的物理模型.(2)能判断出所遇到的问题属于哪种物理模型.(3)能把物理模型和实际问题正确地结合起来.【例证】如图所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为多少？考查内容变压器有多个副线圈的情况【规范解答】灯泡正常发光，可得UA=UB=UC=UD,所以U2=2U3.由变压器的电压比公式所以n2=2n3.同理，灯泡正常发光，功率相等，即PA=PB=PC=PD.由P=I2R，得IA=IB=IC=ID，即I1=I2=I3.由U1I1=U2I2+U3I3得n1I1=n2I2+n3I3，即n1=n2+n3=2n3+n3=3n3,所以n1∶n2∶n3=3∶2∶1.答案：3∶2∶13223332UnU2===,nUU11.(宿迁模拟)一台理想变压器的输出端仅接一个标有“12V，6W”的灯泡，且正常发光，变压器输入端的电流表示数为0.2A,则变压器原、副线圈的匝数之比为()A.7∶2B.3∶1C.2∶1D.5∶2【解析】选D.因为I2==0.5A,I1=0.2A,所以n1∶n2=I2∶I1=5∶2,故D正确.PU2.(多选)(汕头模拟)如图甲，一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t的变化规律如图乙所示，副线圈仅接入一个10Ω的电阻.则()A.变压器的输入电压最大值是220VB.正弦交变电流的周期是1×10-3sC.变压器的输入功率是1×103WD.电压表的示数是100V22【解析】选A、C.由图乙可知，输入电压最大值为220V,有效值为220V，周期为2×10-2s,故A正确，B错误；根据变压器原副线圈电压关系得输出电压有效值为U2=100V,则电压表的示数为100V，D错误；变压器的输入功率为=1000W,C正确.222UR3.(黄山模拟)如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n.原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为R.当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升,下列判断正确的是()A.电动机两端电压为IRB.电动机消耗的功率为I2RC.原线圈中的电流为nID.变压器的输入功率为UIn【解析】选D.因为电动机是非纯电阻电路，U≠IR,P≠I2R，A、B错误；电动机两端电压为，故电动机消耗的功率为，即为变压器的输入功率，原线圈中的电流，D正确，C错误.UnIUn0II=n4.(多选)利用如图所示的电流互感器可以测量被测电路中