2020年高考物理一轮复习 第十四单元 交变电流 第2讲 变压器 电能的输送课件 新人教版

变压器电能的输送1必备知识2关键能力第2讲1理想变压器变压器由铁芯、原线圈、副线圈组成,如图所示。当原线圈中通入交变电流时,由于互感作用,变压器原、副线圈中磁通量变化率相同,由法拉第电磁感应定律有E=nΔ𝛷Δ𝑡,则𝐸1𝐸2=𝑛1𝑛2。由于理想变压器忽略铜损和铁损,则E=U,P1=P2,故而得出𝑈1𝑈2=𝑛1𝑛2,𝐼1𝐼2=𝑛2𝑛1。(2)理想变压器原、副线圈基本量的关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,即P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,即U1U2=n1n2,与副线圈的个数无关电流关系①只有一个副线圈时:I1I2=n2n1②有多个副线圈时:由P入=P出得U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn频率关系f1=f2,变压器不改变交流电的频率1电势能、电势(3)理想变压器的制约关系①电压:原决定副。根据变压器的原理可知,输入电压U1决定输出电压U2,U2=𝑛2𝑛1U1。当U1不变时,不论负载电阻如何变化,U2都不会改变。②电流:副决定原。输出电流I2决定输入电流I1。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,在使用变压器时变压器副线圈不能短路。③功率:副决定原。输出功率P2决定输入功率P1。理想变压器的输出功率与输入功率相等,即P2=P1。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P2=I2U2减小,P1也将相应减小;当R减小时,I2增大,P2=I2U2增大,则P1也将增大。答案1D电势能、电势1.1(2018江西检测)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻RL=6Ω,A、B两端电压u1=122sin100πt(V)。下列说法正确的是()。A.电流频率为100HzB.的示数为24VC.的示数为0.5AD.变压器输入功率为6W答案1BC电势能、电势1.2(2019荆州模拟)(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡变亮,可以采取的方法有()。A.向下滑动PB.增大交流电源的电压C.增大交流电源的频率D.减小电容器C的电容答案1BC电势能、电势1.3(2019海南联考)(多选)图甲是某燃气炉点火装置的原理图,转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是()。A.电压表的示数为5VB.电压表的示数为52VC.实现点火的条件是𝑛2𝑛11000D.实现点火的条件是𝑛2𝑛11000答案1AD电势能、电势1.4(2018安徽检测)(多选)有一种调压变压器的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C、D之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压。图中为交流电流表,为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C、D两端接正弦交流电源,变压器可视为理想变压器,则下列说法正确的是()。A.当R3不变,滑动触头P顺时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小B.当R3不变,滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小C.当P不动,滑动变阻器滑片向上滑动时,电流表读数变小,电压表读数变小D.当P不动,滑动变阻器滑片向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变小答案1AC电势能、电势1.5(2018陕西模拟)(多选)如图甲所示,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R=10Ω。从某时刻开始,在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,则下列说法中正确的是()。A.当S与a连接后,理想电流表的示数为2.2AB.当S与a连接后,t=0.01s时理想电流表示数为零C.当S由a拨到b后,原线圈的输入功率变为原来的4倍D.当S由a拨到b后,副线圈输出电压的频率变为25Hz2远距离输电(1)采用高压输电的原因输电线上损耗的功率:ΔP=I线ΔU=𝐼线2R线=𝑃2𝑈22R线。当输送的电功率一定时,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的1𝑛2。(2)远距离输电相关的问题①输电电路图②基本关系电流关系:n1I1=n2I2,n3I3=n4I4,I2=I3。电压关系:𝑈1𝑛1=𝑈2𝑛2,𝑈3𝑛3=𝑈4𝑛4,U2=U3+ΔU。功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P3+ΔP。2远距离输电(3)电压损失ΔU①电压损失:输电线路始端电压U2与输电线路末端电压U3的差值,ΔU=U2-U3=IR线(R线为输电线路电阻)。②减小输电线路电压损失的两种方法减小输电线路电阻:由R=ρ𝑙𝑆可知,间距一定时,使用电阻率小的材料或增大导体横截面积均可减小电阻。减小输电电流I:由P=UI可知,当输送功率一定时,升高电压可以减小电流。注意:①明确U和ΔU的区别,U是输电电压,ΔU是输电导线上的电压损失。②高中阶段的计算中,只考虑电线电阻所造成的电压损失,而忽略因容抗、感抗造成的电压损失。2远距离输电(4)功率损失ΔP①输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是ΔP=P-P'(P为输送功率,P'为用户所得功率)。②除了利用ΔP=P-P'计算输电线路上的功率损失外,还可用下列方法计算:ΔP=I2R线,I为输电线路上的电流,R线为线路电阻。ΔP=Δ𝑈2𝑅线,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻。ΔP=ΔUI,ΔU为输电线路上损失的电压,I为线路上的电流。2A答案2.1(2018广东调研)如图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,流入用户端的电流为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𝐼12rD.输电线路上损失的电功率为I1U远距离输电2BC答案2.2(2019郑州联考)(多选)某水电站,用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户,其输出电功率是3×106kW,现用500kV电压输电,则下列说法正确的是()。A.输电线上输送的电流大小为2.0×105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108kWD.输电线上损失的功率ΔP=𝑈2𝑟,U为输电电压,r为输电线的电阻远距离输电理想变压器的动态分析题型一处理变压器的动态分析问题,首先应明确“不变量”和“变化量”,对变化量要把握它们之间的制约关系,依据程序分析的思想,从主动变化量开始,依据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况。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。题型一答案解析B【例1】如图所示的电路中,有一变压器,左侧并联一只理想电压表后接在稳定的交流电源上;右侧串联灯泡L和滑动变阻器R,R上并联一只理想电压表。下列说法中正确的是()。A.当F不动,P向下滑动时,示数变大,示数变小B.当F不动,P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小C.当P不动,F向下移动时,、的示数均变小D.当P不动,F向下移动时,灯泡消耗的功率变大理想变压器的动态分析题型一解析当F不动,P向下滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻变大,则副线圈回路中总电阻变大,回路中电流减小,灯泡两端电压减小,功率变小,滑动变阻器两端电压变大,的示数变大,而原线圈两端电压不变,则A项错误,B项正确;当P不动,F向下移动时,根据理想变压器特点可知原线圈两端电压不变,副线圈两端电压减小,则副线圈回路中电流变小,灯泡L消耗的功率减小,电压表的示数变小,C、D两项错误。理想变压器的动态分析题型一方法变压器动态分析中的制约思路(1)电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比𝑛1𝑛2一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=𝑛2𝑈1𝑛1,可简述为“原制约副”。(2)电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比𝑛1𝑛2一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=𝑛2𝐼2𝑛1,可简述为“副制约原”。(3)负载制约:①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2=𝑃2𝑈2;③总功率P总=P线+P2。动态分析问题的思路可表示为:U1U2I2I1P1理想变压器的动态分析题型一答案解析BD【变式训练1】(2019山东检测)(多选)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,RT为电阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。下列说法正确的是()。A.变压器输入、输出功率之比为4∶1B.变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4C.u随t变化的规律为u=51sin50πt(V)D.若热敏电阻RT的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大理想变压器的动态分析题型一解析由题意知,变压器是理想变压器,故变压器输入、输出功率之比为1∶1,A项错误;变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比,即𝐼1𝐼2=𝑛2𝑛1=14,故B项正确;由图乙可知交流电压最大值Um=51V,周期T=0.02s,可由周期求出角速度ω=100πrad/s,则可得交流电压u的表达式u=51sin100πt(V),C项错误;RT处温度升高时,阻值减小,电流表的示数变大,电压表示数不变,故D项正确。理想变压器的动态分析两种特殊的变压器题型二1.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。2.互感器:分为电压互感器和电流互感器,主要是用于测量高电压和强电流。题型二答案解析AD【例2】(多选)电流互感器和电压互感器如图所示。其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数,a、b为两只交流电表,则()。A.为电流互感器,且n1n2,a是电流表B.为电压互感器,且n1n2,a是电压表C.N为电流互感器,且n3n4,b是电流表D.N为电压互感器,且n3n4,b是电压表两种特殊的变压器题型二解析由题图可知M为电流互感器,N为电压互感器,因此a是电流表,b是电压表。在M中,有I1n1=I2n2,要把大电流变为小电流,有n2n1;在N中,有𝑈3𝑈4=𝑛3𝑛4,要把高电压变成低电压,则有n3n4。综上所述可知,A、D两项正确。两种特殊的变压器题型二方法类型比较项目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待测大电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U1U2=n1n2I1n1=I2n2两种特殊的变压器题型二答案解析D【变式训练2】(2018临州月考)如图所示,接在照明电路中的自耦变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2和L3,输电线的等效电阻为R。当滑动触头P向上移动一段距离后,下列说法正确的是()。A.等效电阻R上消耗的功率变大B.三个灯泡都变亮C.原线圈两端的输入电压减小D.原线圈中电流表示数减小两种特殊的变压器题型二解析自耦变压器的原、副线圈是同一个线圈,只是匝数不同而已。由题意知原线圈是副线圈的一部分,𝑈2𝑈1=𝑛2𝑛1,当P上移时,U1、n2不变,n1变大,U2变小,因负载电路结构不变,因此负载上的总电流I2=𝑈2𝑅总应变小,R上消耗的功率变小,由串、并联电路特点知三个灯泡都变暗,A、B两项错误。由于原线圈的输入电压由外部电路决定,是不变的,C项错误;由P入