2020版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 2 变压器为什么能改变电压 3 电能的开发与利用课件

3.2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用一、变压器的结构1.变压器:能升高_____或降低_____的设备。2.变压器的构造:主要由闭合铁心和绕在铁心上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成。铁心由涂有绝缘漆的_______叠合而成,线圈一般用高强度的漆包线绕制。电压电压硅钢片3.变压器的符号:4.原线圈和副线圈:(1)原线圈:与_____相连的线圈。(2)副线圈:与_____相连的线圈。5.输入电压和输出电压:(1)输入电压:_______两端的电压。(2)输出电压:_______两端的电压。电源负载原线圈副线圈6.分类:按输出电压的升降,变压器分为_____变压器和_____变压器。升压降压【生活链接】变压器的闭合铁心可有可无吗?提示:变压器的闭合铁心起导磁作用,如果没有铁心,原线圈电流产生的磁通量只有少量通过副线圈,会有大量的能量损失,变压器效率会很低,故变压器的铁心不可缺少。二、变压器工作原理及变压规律1.工作原理:变压器工作的基本原理是_________。2.理想变压器与变压规律:理想变压器特点铁心_________、原副线圈_________、铁心没有能量损失电压与匝数关系=___电流与匝数关系=——功率关系P1=P2电磁感应没有漏磁没有电阻12UU12nn12II21nn【思考辨析】(1)我们所用的比较好的变压器就是理想变压器。()(2)理想变压器的输入功率和输出功率相等。()(3)输入交变电流的频率越高,输出交变电流的电压就越高。()提示:(1)×。任何实际的变压器都会有能量损失,所以理想变压器是不存在的。(2)√。理想变压器没有能量损失,所以输入功率和输出功率相等。(3)×。变压器的输出电压由输入电压和原、副线圈的匝数比决定,与交变电流的频率无关。三、常见变压器1.电力变压器:用于电力网,有升压变压器和降压变压器,功率通常_____。较大2.自耦变压器(或调压变压器):只有_____线圈,金属触头沿线圈刮去了绝缘漆的一边滑动,就改变了副线圈匝数,从而改变了输入电压,如图。一个3.互感器:(1)电压互感器:用来把高电压变成低电压,副线圈比原线圈_______,它的_______并联在高压电路上,副线圈接入交流电压表,根据电压表上的数值,利用已知的变压比,可计算原线路中的电压。如图甲。匝数少原线圈(2)电流互感器:用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈_______,_____在被测电路中,副线圈接入交流电流表,根据电流表上的数值,利用已知的电流比可计算原线路中的电流。如图乙。匝数多串联4.电源变压器:不同的用电器需要不同的电压,用电源变压器将220V_____电压变到用电器所需的电压。交流【生活链接】自耦变压器有什么优点和缺点?提示:优点是可以连续地调节输出电压。缺点是低压端和高压端直接有电的联系,使用不够安全。四、电能的优点及发展前景1.电能的优点:(1)电能与其他形式的能之间容易_____。(2)电能可以集中生产,便于_____和分配,易于_____和管理。(3)电能的转换_____高,电能是应用最广泛、最方便的二次能源。转换输送控制效率2.电能的发展前景:(1)现状:世界各国基本上是以_____发电和_____发电为主。火力发电要消耗煤炭等不可再生能源,且污染环境,水力发电受到地域环境的限制。(2)新能源发电途径。①_______发电;②核能发电;③_____发电;④地热发电;⑤海浪发电;⑥潮汐发电。火力水力太阳能风力一理想变压器的变压和变流【典例】(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,以下说法中正确的是世纪金榜导学号()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【解析】选B、D。对于理想变压器,穿过两个线圈的磁通量相同,磁通量变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,输入功率等于输出功率。【核心归纳】1.理想变压器的特点:(1)原、副线圈的电阻不计,不产生热量。(2)变压器的铁心不漏磁。(3)在铁心内产生的感应电流及产生的热量不计。理想变压器是一个没有能量损失的理想化模型。2.电动势关系:由于互感现象,且没有漏磁,原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的,根据法拉第电磁感应定律有E1=n1,E2=n2,所以=。ttt12EE12nn3.电压关系:由于不计原、副线圈的电阻,因此原线圈两端的电压U1=E1,副线圈两端的电压U2=E2,所以=。当有n组线圈时,则有:==……12UU12nn11Un22Un33Un4.功率关系:对于理想变压器,不考虑能量损失,P入=P出。5.电流关系:由功率关系,当只有一个副线圈时,I1U1=I2U2,得==。当有多个副线圈时,I1U1=I2U2+I3U3+…得I1n1=I2n2+I3n3+…12II21UU21nn【特别提醒】理想变压器的四点注意(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。【过关训练】1.如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin(100πt)V的交流电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表,下列说法正确的是()2A.原线圈中电流表的读数为1AB.原线圈中的输入功率为220WC.副线圈中电压表的读数为110VD.副线圈中输出交变电流的周期为50s22【解析】选A。因输入电压U1=220V,n1∶n2=2∶1,所以U2=U1=110V,I2==2A,I1==1A,所以A项正确;输入功率P入=U1I1=220W,B项错误;电压表读数U2=110V,C项错误;副线圈中输出交变电流的周期T=0.02s,D项错误。21nn2UR221nIn2.(多选)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd,则()A.Uab∶Ucd=n1∶n2B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大D.将二极管短路,电流表的读数加倍【解析】选B、D。若变压器原线圈电压为Uab,则副线圈电压为U2=Uab。由于二极管的单向导电性使得Ucd=U2,故=,A错误;增大负载电阻的阻值R,则变压器副线圈电流减小,原线圈电流也减小,即电流表的读数变小,B正确;cd间的电压由变压器的原线圈电压决定,与负载电阻无关,C错误;将二极管短路时,Ucd=U2,副线圈电流会加倍,所以原线圈电流也加倍,故D正确。21nn12abcdUU122nn二理想变压器的制约关系和动态分析【典例】(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的滑片。下列说法正确的是()世纪金榜导学号A.副线圈输出电压的频率为50HzB.副线圈输出电压的有效值为31VC.P向右移动时,原、副线圈的电流比减小D.P向右移动时,变压器的输出功率增加【解析】选A、D。由题图可知原线圈输入电压的最大值Um=311V,周期T=2×10-2s,则原线圈输入电压的有效值U1==220V,频率f===50Hz,A正确;由=可得U2=U1=22V,B错误;P向右移动时,副线圈的电阻减小,副线圈输出电压不变,所以副线圈的电流增大,原线圈的电流也增大,而匝数比不变,所以mU21T21210s12UU12nn21nn原、副线圈的电流比不变,C错误;P向右移动时,副线圈的电阻减小,副线圈输出电压不变,所以变压器的输出功率增加,D正确。【核心归纳】1.电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比()一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=。2.电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比()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=。12nn211nUn12nn221nIn3.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=。(3)总功率P入=P线+P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。22PU4.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况:(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。5.理想变压器动态问题的处理方法:(1)抓住三个决定原则:输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。【过关训练】1.如图所示,理想变压器原、副线圈回路中的输电线的电阻忽略不计。当S闭合时()A.电流表A1的读数变大,电流表A2的读数变小B.电流表A1的读数变大,电流表A2的读数变大C.电流表A1的读数变小,电流表A2的读数变小D.电流表A1的读数变小,电流表A2的读数变大【解析】选B。当S闭合后,变压器副线圈中的输电回路的电阻减小,而输出电压不变。由I2=得I2增大,即电流表A2的读数增大,即输出功率变大。由U1I1=U2I2可知,I1变大,即电流表A1的读数也增大,选项B正确。223123URRRRR2.普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则()世纪金榜导学号A.ab接MN、cd接PQ,IabIcdB.ab接MN、cd接PQ,IabIcdC.ab接PQ、cd接MN,IabIcdD.ab接PQ、cd接MN,IabIcd【解析】选B。根据变压器原、副线圈中电流与匝数间的关系=可知,IabIcd,所以ab接MN、cd接PQ,选项B正确。abcdIIcdabnn【补偿训练】1.(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【解析】选B、C。向下滑动滑片P,副线圈匝数减少,输出电压U2减小,经过灯泡的电流减小,灯泡变暗,选项A错误;增大交流电源的电压,则原线圈两端电压U1变大,副线圈的输出电压U2变大,经过灯泡的电流增大,灯泡变亮,选项B正确;增大交变电流的频率,电容器对交变电流的阻碍作用减小,经过灯泡的电流增大,灯泡变亮,选项C正确;减小电容器的电容,电容器对交变电流的阻碍作用增大,经过灯泡的电流减小,灯光变暗,选项D错误。2.如图所示,T为理想变压器,A1、A2为理想交流电流表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,原线圈两端接恒压交流电源,当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时()A.A1的读数变大,A2的读数变大B.A1的读数变大,A2的读数变小C.A1的读数变小,A2的读数变大D.A1的读数变小,A2的读数变小【解析】选A。当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时,R3电阻减小,输出端电阻减小,输出电流增大,由输入功率等于输出功率可知输入电流增大,R1分压增大,R2分压减小,通过R2的电流减小,所以通过R3的电流增大,电流表A2电流增大,A正确,其余均错误。三变压器与远距离输电【典