2020版高考物理总复习 11 第2讲 变压器电能的输送课件 新人教版

必考部分第十一章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、变压器原理1．构造和原理(如图所示)(1)主要构造：由___________、__________和___________组成。(2)工作原理：电磁感应的___________现象。原线圈互感副线圈闭合铁芯2．理想变压器的基本关系式(1)电压关系：U1U2＝________，若n1＞n2，为________变压器；若n1＜n2，为________变压器。(2)电流关系：I1I2＝______，只适用于只有一个副线圈的情况。3．互感器(1)电压互感器，用来把________电压变成________电压。(2)电流互感器，用来把________电流变成________电流。n1n2降压升压n2n1高低大小特别提醒1如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器是理想变压器。2变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电流和电压。二、电能的输送1．输电损耗(1)功率损失：设输电电流为I，输电线的电阻为R，则功率损失为ΔP＝_____________。(2)降低输电损耗的两个途径。①一个途径是减小输电线的____________。由电阻定律R＝ρlS可知，在输电距离一定的情况下，为减小电阻，应当用____________的金属材料制造输电线。此外，还要尽可能增加导线的____________。②另一个途径是减小输电导线中的____________，由P＝UI可知，当输送功率一定时，提高___________可以减小输电电流。I2R电阻电阻率小横截面积电流输电电压2．远距离输电过程的示意图(如图所示)对理想变压器，各物理量的关系为①P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4＝P用。②U1U2＝n1n2，U2＝U3＋U线，U3U4＝n3n4。③n1I1＝n2I2，I2＝I线＝I3，n3I3＝n4I4。(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．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。()2．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。()3．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增大。()4．变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定。()5．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()×√×√√1．(变压器的工作原理及应用)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解析由变压器变压比U1U2＝n1n2，可知n2＝U2U1n1＝110220×800＝400，B项正确。答案B2．(远距离输电)(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本题考查变压器、远距离输电，意在考查考生的推理能力。设升压变压器的匝数比为N1，降压变压器的匝数比为N2，发电厂输出电压为U1，输出功率为P1，则升压变压器的输出电压为N1U1，输电线中的电流为P1N1U1，输电线损耗的功率为P21RN21U21，降压变压器输出电压为N1U1－P1RN1U1N2，输电线上损耗的功率占总功率的比例为P1RN21U21，可见，当输出功率P1增大时，比例增大，C、D两项正确。答案CD考点·深度研析核心考点分层突破考点1理想变压器基本关系的应用考|点|速|通1．关于理想变压器的四点说明(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．制约关系(1)电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定。(2)功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定。(3)电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定。典|例|微|探【例1】一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，为理想交流电流表，u为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比值为()A．2B．3C．4D．5答案B理想变压器的原线圈和副线圈中功率相等，电流的关系是依据此关系推导出来的，当副线圈有多组时，也应该依据此关系推导。题|组|冲|关1．(2017·北京高考)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin100πt(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()A．原线圈的输入功率为2202WB．电流表的读数为1AC．电压表的读数为1102VD．副线圈输出交流电的周期为50s解析电表的读数均为有效值，因此在原线圈两端电压有效值为220V，由理想变压器原副线圈两端电压与线圈匝数成正比，因此副线圈两端电压有效值为110V，故C项错误；流过电阻R的电流为2A，可知负载消耗的功率为220W，根据能量守恒可知，原线圈的输入功率为220W，故A项错误；由P＝UI可知，电流表的读数为1A，故B项正确；由交变电流瞬时值表达式可知ω＝100π，因此周期为T＝0.02s，故D项错误。答案B2．(多选)如图所示，一理想变压器的副线圈为双绕组，两灯泡L1、L2规格完全相同，额定电压为5V，原线圈中接入正弦式交变电压u＝102sin100πt(V)，若只闭合开关S1，电流表示数为0.2A，若只闭合开关S2，灯泡L2恰好正常发光，电流表示数为1.25A，则()A．两副线圈匝数比为n2∶n3＝2∶5B．只闭合开关S1时，灯泡L1消耗的功率为2.5WC．若两开关同时闭合，电路消耗的总功率为14.5WD．若两开关同时闭合，灯泡L1比灯泡L2亮解析开关分别闭合时，n1I1＝n2I2、n1I1′＝n3I3、I2＝U2R、I3＝U3R、U2U3＝n2n3，联立得n2n3＝I1I1′＝25，A项正确；由题知n1n3＝U1U3＝21，得n1n2＝51，所以只闭合开关S1时，灯泡L1两端电压为2V，通过的电流为1A，消耗的功率为2W，B项错误；若两开关同时闭合，满足U1I10＝U2I2＋U3I3，代入数据得I10＝I1＋I1′＝1.45A，即电路消耗的总功率为P＝U1I10＝14.5W，C项正确；若两开关同时闭合，通过两灯泡电流与原来相同，即灯泡L1比灯泡L2暗，D项错误。答案AC考点2理想变压器的动态分析考|点|速|通1．匝数比不变的情况(如图)(1)U1不变，根据U1U2＝n1n2，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2也不变。(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化。(3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化。2．负载电阻不变的情况(如图)(1)U1不变，n1n2发生变化，故U2变化。(2)R不变，U2改变，故I2发生变化。(3)根据P2＝U22R，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化。典|例|微|探【例2】如图所示电路中，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的方向滑动解析对于理想变压器，原线圈电压决定副线圈电压，所以V1、V2示数均不变，A、B两项错误；A1、A2中电流与原、副线圈中电流相同，由ΔI1∶ΔI2＝n2∶n1，可知n1＞n2，为降压变压器，C项错误；副线圈所连接的电路电压不变，电流变大，则电阻变小，即滑动变阻器沿c→d的方向滑动，D项正确。答案D分析动态问题的思路题|组|冲|关1．如图所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表V1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V2。下列说法正确的是()A．若F不动，滑片P向下滑动时，V1示数变大，V2示数变小B．若F不动，滑片P向下滑动时，灯泡消耗的功率变小C．若P不动，滑片F向下移动时，V1、V2的示数均变小D．若P不动，滑片F向下移动时，灯泡消耗的功率变大解析若F不动，滑片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，则回路中电流减小，灯泡两端电压减小，功率变小，滑动变阻器两端电压变大，V2的示数变大，而原线圈两端电压不变，则A项错误，B项正确；若P不动，滑片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V2的示数变小，C、D两项错误。答案B2.如图所示的电路中，R为光敏电阻(增大照射光的强度，电阻会减小)、C为电容器，灯泡L的额定电压为50V，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1。闭合开关S，在a、b两端输入正弦交变电流U＝1002sin10πt(V)，则下列说法正确的是()A．灯泡会正常发光B．光敏电阻中的电流和灯泡中的电流相等C．增大照射光的强度照射光敏电阻，灯泡会变亮D．断开开关S，灯泡会熄灭解析由题可知，原线圈两端的电压的有效值为100V，根据变压比，副线圈两端的电压为50V，由于电容器和电阻都会阻碍电流，因此灯泡两端的电压小于50V，不会正常发光，A项错误；由于电容器能通交流电，因此电阻R中的电流小于灯泡中的电流，B项错误；增大照射光的强度照射光敏电阻，光敏电阻的阻值减小，对电流的阻碍减小，因此灯泡中的电流增大，灯泡会变亮，C项正确；断开开关S，由于电容器能通过交流电，因此灯泡不会熄灭，D项错误。答案C考点3远距离输电考|点|速|通处理远距离输电问题的一般思路步骤1．画出电能输送的原理草图，如图所示。2．以变压器铁芯为界线区分各个回路，各回路独立，运用欧姆定律，分析回路中的电压、电流和功率等问题。3．各回路间通过变压器的匝数比、电压比、电流比和原、副线圈输入功率与输出功率相同的关系相联系。4．在计算输电线上的功率损失时，思路应该是P损＝I2R＝U2损R＝P送－P用，绝对不能用P损＝U2送R。典|例|微|探【例3】图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，不考虑其他因素的影响，则该电阻上损失的电功率为()A．n1n2U2m4rB．n2n1U2m4rC．4n1n22PUm2rD．4n2n12PUm2r解析电源提供的交流电最大值为Um，因此有效值U1＝Um2，经过升压变压器，根据U1U2＝n1n2，得U2＝n2Um2n1，输电电流I＝PU2＝2n1Pn2Um，所以输电线上损失的功率ΔP＝I2·2r＝4n1n22PUm2r，C项正确。答案C题|组|冲|关1．(多选)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且都有一个线圈可调，发电厂的输出电压及输电线的电阻均不变。在用电高峰期，随着用户耗电量的增大导致实际用户电压偏低，为使用户电压达到正常，下列说法正确的是()A．P1上调一点可使用户电压升高，线路损失减小B．P1下调一点可使用户电压升高，线路损失增大C．P2上调一点可使用户电压升高，线路损失增大D．P2下调一点可使用户电压升高，线路损失减小解析根据变