2017高考物理一轮复习第10章交变电流传感器交变电流传感器基础课时27变压器远距离输电课件

基础课时27变压器远距离输电[知识梳理]知识点一、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。闭合铁芯两个线圈图1(2)原理：电磁感应的互感现象。2.基本关系式(1)功率关系：________。(2)电压关系：________。有多个副线圈时U1n1＝___________。(3)电流关系：只有一个副线圈时I1I2＝n2n1。由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝____________________。U2I2＋U3I3＋…＋UnInU2n2＝U3n3＝…U1n1＝U2n2P入＝P出3.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图A、B所示。(2)互感器电压互感器：把高电压变成_______，如图C所示。电流互感器：把大电流变成_______，如图D所示。低电压小电流知识点二、远距离输电1.输电过程(如图2所示)：图22.电压损失(1)ΔU＝U－U′。(2)ΔU＝___。3.功率损失(1)ΔP＝P－P′。IR(2)ΔP＝____＝ΔU2R。I2R4.输送电流(1)I＝PU。(2)I＝U－U′R。[思考](1)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端有无电压？(2)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输送过程中损失的功率是越小还是越大？[诊断自测]1.(2015·江苏单科，1)一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220V交变电流改变为110V。已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为()A.200B.400C.1600D.3200解析根据变压器的变压规律U1U2＝n1n2得，n2＝U2U1n1＝110220×800＝400匝，选项B正确。答案B2.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3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()图3A.380V和5.3AB.380V和9.1AC.240V和5.3AD.240V和9.1A解析对理想变压器有U2＝n2n1U1＝380V，由P2＝I2U2得I2＝P2U2＝2000380A≈5.3A。依据I1I2＝n2n1得I1＝n2n1I2＝19001100×5.3A≈9.1A，故只有选项B正确。答案B3.如图4，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器，V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是()图4A.I1和I2表示电流的瞬时值B.U1和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D.滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小解析交流电表的示数表示交流电的有效值，选项A、B错误；滑片P向下滑动过程中，原、副线圈的匝数n1、n2不变，U1不变，则U2＝n2n1U1不变；R连入电路的电阻减小，则流过副线圈的电流I2＝U2R＋R0变大，根据U1I1＝U2I2，可知I1变大，选项C正确，D错误。答案C4.(多选)在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么()A.输电线路上损失的电压与输送电流成正比B.输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D.输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比解析输电线路上损失电压ΔU＝IR，在R一定时，ΔU和I成正比，A正确；若U越高，I＝PU，I越小，那么ΔU越小，B错误；输电线路上损失的功率ΔP＝I2R，当P一定时，I＝PU，所以ΔP＝PU2R，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故C正确，D错误。答案AC5.如图5甲所示，交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.2m，ad＝bc＝0.4m，线圈匝数为50匝，线圈的总电阻r＝1Ω，线圈在磁感应强度B＝0.2T的匀强磁场中绕垂直磁场的虚线轴以100πr/s的转速匀速转动，外接电阻R＝9Ω，电压表为理想交流电表，则()图5A.图甲中交流电压表的示数为802VB.图甲中电阻R上消耗的电功率为11522WC.如图乙所示，在外电路接上原、副线圈匝数比N1∶N2＝3∶1的理想变压器时，电阻R上消耗的电功率最大D.如图乙所示，在外电路接上原、副线圈匝数比N1∶N2＝1∶3的理想变压器时，电阻R上消耗的电功率最大解析线圈转动的角速度ω＝2πn＝200rad/s，发电机产生正弦式交流电，电动势最大值Em＝NBSω＝160V，电动势的有效值E＝22Em＝802V，交流电压表V的示数为外电压的有效值U＝RER＋r＝722V，选项A错误；电阻R上消耗的电功率P＝U2R＝1152W，选项B错误；将理想变压器和电阻R等效为电路中的一个电阻R′，R′R＝U1I1U2I2＝n21n22，电源的输出功率P出＝(ER′＋r)2R′，当R′＝r＝1Ω时，P出最大，n1n2＝R′R＝13，选项C错误，D正确。答案D考点一理想变压器基本规律的应用理想变压器以及原、副线圈基本量的关系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，U1∶U2＝n1∶n2，与负载的多少无关电流关系只有一个副线圈时，I1∶I2＝n2∶n1；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)【例1】(2016·河北保定一模)如图6所示，匝数为100匝的矩形线圈abcd位于磁感应强度B＝6225πT的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5m2，内阻不计。线圈绕垂直于磁场的轴以角速度ω＝10πrad/s匀速转动。线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈接入一只“12V12W”的灯泡，灯泡正常发光，下列说法中正确的是()图6A.通过灯泡的交变电流的频率是50HzB.变压器原、副线圈匝数之比为10∶1C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120VD.若将灯泡更换为“12V24W”且保证其正常发光，需要增大矩形线圈的转速解析由ω＝2πf可得通过灯泡的交变电流的频率是5Hz，选项A错误；矩形线圈在水平匀强磁场中转动产生感应电动势最大值为Em＝NBSω＝100×6225π×0.5×10πV＝1202V，变压器输入电压为120V，由变压器变压公式可知，变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，选项B正确，C错误；因副线圈电压仍为12V，故将灯泡更换为“12V24W”能保证其正常发光，不需要增大矩形线圈的转速，选项D错误。答案B【拓展延伸】(1)在【例1】中，若将变压器的副线圈接入一只“12V24W”的灯泡，且保证其正常发光，则原线圈的输入功率为多少？(2)在【例1】中若将灯泡更换为耐压值为12V的电容器，能否正常工作？解析(1)因更换灯泡后，灯泡仍能正常发光，消耗的电功率为24W，根据理想变压器规律P入＝P出，可知原线圈的输入功率也为24W。(2)副线圈的电压U＝12V为有效值，其最大值为122V，大于电容器的耐压值，电容器将被击穿，故电容器不能正常工作。答案(1)24W(2)不能正常工作【变式训练】1.(2015·新课标全国卷Ⅰ，16)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，如图7所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()图7A.U＝66V，k＝19B.U＝22V，k＝19C.U＝66V，k＝13D.U＝22V，k＝13解析原、副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U，可知副线圈电压为U，原线圈电压为3U，副线圈电流I2＝UR，根据I1I2＝n2n1得原线圈电流I1＝U3R，那么原线圈输入电压220V＝3U＋U3R·R，整理可得U＝66V；原、副线圈电阻消耗的功率根据P＝I2R，电阻相等，I1∶I2＝1∶3，可得功率之比为P1∶P2＝1∶9，即k＝19。根据以上分析可知选项A正确。答案A考点二理想变压器的动态分析常见的两种情况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。【例2】(多选)(2015·天津理综，6)如图8所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()图8A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小解析Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝U22R＋R0可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由U2U1＝n2n1知U2增大，同理分析原线圈电流I1增大，故C正确，D错误。答案BC方法提炼含有变压器的动态电路问题的解题思路：【变式训练】2.(多选)(2016·江西南昌质检)如图9所示的电路中，T为一降压式自耦调压变压器。开始时灯泡L正常发光，现在电源电压U略降低，为使灯L仍能正常发光，可采用的措施是()图9A.将自耦调压变压器的滑片P适当上滑B.将自耦调压变压器的滑片P适当下滑C.适当增大滑动变阻器R2的阻值D.适当减小滑动变阻器R2的阻值解析保持负载总电阻不变，电源电压U略降低，为使L仍能正常发光，只需输出电压U2保持不变。根据变压比UU2＝n1n2，可得U2＝n2n1U，由此可知，n2应增大，滑片P应适当上滑，选项A正确，B错误；保持匝数比不变，根据变压比UU2＝n1n2，可得U2减小，为使L仍能正常发光，加在L两端的电压应不变，则加在R1两端的电压应减小，总电流应减小，负载总电阻应增大，R2应增大，选项C正确，D错误。答案AC考点三远距离输电远距离输电问题的“三二二”1.理清三个回路图10回路1：发电机回路。该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。回路2：输送电路。I2＝I3＝IR，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3。回路3：输出电路。I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用。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U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，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U3U4＝n3n4，I3I4＝n4n3，P3＝P4。3.掌握两种损耗(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU＝U2－U3＝IRR线。(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP＝P2－P3＝I2RR线。输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式ΔP＝I2RR线或ΔP＝ΔU2R线。【例3】(2015·福建理综，15)图11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T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsinωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率为()图11A.(n1n2)U2m4rB.(n2n1)U2m4rC.4(n1n2)