（江苏专用）2020版高考物理总复习 第十章 交变电流 第2讲 变压器 电能的输送 传感器课件（选修

第2讲变压器电能的输送传感器知识排查理想变压器1.工作原理：电磁感应的______现象。2.基本关系式(1)功率关系：____________。(2)电压关系：______________。(3)电流关系：只有一个副线圈时I1I2＝n2n1。互感P入＝P出U1n1＝U2n2(1)自耦变压器——调压变压器，如图A、B所示。3.几种常用的变压器(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。低电压小电流远距离输电图11.输电过程(如图1所示)：2.输送电流：I＝PU＝__________。3.电压损失：ΔU＝________＝IR。4.功率损失：ΔP＝P－P′＝_______＝PU2R＝________。U－U′RU－U′I2RΔU2R传感器的工作原理及应用(1)传感器是能够将感受到的物理量（力、热、光、声等非电学量），转换成便于__________（一般是电学量）的一类元件。(2)工作原理其工作过程是利用某一元件对某一物理量敏感，按一定规律将这一物理量转换成便于利用的信号，从而方便________或自动化控制。1.传感器及其工作原理测量的量检测(1)传感器元件2.传感器元件及常用实例电阻光照强弱电阻温度磁感应强度(2)常用实例小题速练(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。()(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。()(7)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大。()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√(7)√1.思考判断答案C2.[人教版选修3－2P44第2题改编]有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1140匝，副线圈是()A.1081匝B.1800匝C.108匝D.8010匝解析由题意知U1＝380V，U2＝36V，n1＝1140，则U1U2＝n1n2得n2＝U2U1n1＝108，选项C正确。图23.[人教选修3－2P44第5题改编]如图2所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2A，电流表A2的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是()A.电压表V1示数增大B.电压表V2、V3示数均增大C.该变压器起升压作用D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动答案D解析由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表V1示数不变，选项A错误；由理想变压器原理公式U1U2＝n1n2且U1、n1、n2不变，则U2不变，即V2的示数不变，V3的示数U3＝U2－I2R0应减小，故选项B错误；由公式I1I2＝n2n1得：n1n2＝ΔI2ΔI1＝0.80.2＝4，则n1＞n2，该变压器起降压作用，故选项C错误；又I2＝U2R0＋R，I2增大，R应减小，故滑片应沿c→d方向滑动，故选项D正确。答案A4.[人教版选修3－2P50第3题改编]从发电站输出的功率为220kW，输电线的总电阻为0.05Ω，用110V和11kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A.100∶1B.1∶100C.1∶10D.10∶1解析由题意知输电线上的电流I＝PU，则输电线的总电阻造成的电压损失ΔU＝Ir＝PrU，故ΔU1ΔU2＝1U11U2＝U2U1＝11×103110＝1001，故选项A正确。理想变压器的分析与计算1.关于理想变压器(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.理想变压器的基本关系基本关系功率关系P入＝P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比：U1U2＝n1n2电流关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比：I1I2＝n2n1频率关系原、副线圈中电流的频率相等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图3【例1】(2019·苏州市高三上学期期初调研)(多选)如图3甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为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＝2202sin(100πt)VB.灯泡的额定电压为110VC.副线圈输出交变电流的频率为100HzD.电压表读数为220V，电流表读数为0.2A解析由图乙可知，原线圈交变电压的峰值Um＝2202V，周期T＝0.02s，可得ω＝2πT＝100πrad/s，故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u＝2202sin(100πt)V，A正确；根据变压器原、副线圈电压关系U1U2＝n1n2，其中U1＝Um2＝220V，可得U2＝110V，由于灯泡恰能正常光发，故灯光的额定电压为110V，B正确；答案AB变压器原、副线圈交变电流的频率一致，均为f＝1T＝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220V，副线圈电压为110V，根据I＝PU，可知副线圈电流为I2＝22110A＝0.2A，再根据I1I2＝n2n1，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。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。图4【例2】(2019·江苏南通高三上学期第一次调研)(多选)如图4所示，理想变压器原线圈接电压为220V的正弦交变电流，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()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，两电表示数均减小答案AC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＝n2n1U1＝111×220V＝20V，则1min内产生的热量为Q＝U22Rt＝20210×60J＝2400J，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。含有变压器的动态电路问题的解题思路远距离输电问题远距离输电问题的“三二二”1.理清三个回路回路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。图5【例3】(2018·扬州模拟)如图5所示为远距离输电的示意图，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。闭合开关S后()A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电流减小C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上交变电流的频率减小解析根据输入电压决定输出电压，闭合开关S后，升压变压器的输出电压不变，选项A错误；闭合开关S后，负载增加，负载总电阻减小，降压变压器的输出电流增大，输电线上电流增大，输电线上损耗的功率增大，选项B错误，C正确；根据变压器不改变交变电流的频率可知，输电线上交变电流的频率不变，选项D错误。答案C传感器的应用1.热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。2.光敏电阻被光照射时其电阻值发生变化，光照强度增大，电阻值变小，光照强度减弱，电阻值变大。【例4】(2018·江苏泰州中学5月质检)关于传感器，下列说法正确的是()A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断C.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量D.光敏电阻在光照射下其电阻会显著变大解析话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故A项错误；热双金属片传感器和干簧管在电路中相当于开关，可以控制电路的通断，故B项正确；霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C项错误；光敏电阻在光照射下其电阻会显著变小，D项错误。答案B科学态度与责任的培养——互感器的应用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＝I2n2U1U2＝n1n2图6A.a为电流表，b为电压表B.a为电压表，b为电流表C.线路输送电功率是220kWD.输电线路总电阻为22Ω【典例】(2018·江苏四市联考)(多选)如图6所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶100，图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22V，电流表的示数为1A则()答案BC解析左侧的互感器原线圈并联在输电线路上，测量的是输电电压，所以a为电压表；右侧的互感器原线圈串联在输电线路上，测量的是输电电流，b为电流表，选项B正确，A错误；电压表的示数为22V，根据变压公式，U1U2＝100，输电电压为U1＝100×22V＝2200V；电流表的示数为1A，根据变流公式，I1I2＝n2n1＝100，输电电流I1＝100×1A＝100A，线路输送电功率为P＝U1I1＝220kW，选项C正确；根据题述条件，不能求出输电线路总电阻，选项D错误。