2020版高考物理一轮复习 第十一章 交变电流（第2课时）课件

第十一章交变电流返回导航一、变压器原理1．构造如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的__________组成的．两个线圈返回导航(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫______线圈．(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫_______线圈．2．原理电流磁效应、______________．3．理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)初级次级电磁感应返回导航基本关系功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝____电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：U1U2＝n1n2，与负载、副线圈的个数无关P出返回导航电流关系(1)只有一个副线圈时：I1I2＝n2n1(2)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(变压器不改变交变电流的_______)频率返回导航4.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示．返回导航(2)互感器电压互感器（（n1n2）：把高压变成_______，如图丙所示.电流互感器（n1n2）：把大电流变成________，如图丁所示.二、电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R.低电压小电流返回导航1．输出电流I＝PU＝P′U′＝UU′R.2．电压损失(1)ΔU＝U－U′(2)ΔU＝IR3．功率损失(1)ΔP＝P－P′(2)ΔP＝I2R＝(PU)2R返回导航4．减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρlS知，可加大导线的_________、采用____________的材料做导线．(2)减小输电线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高___________．横截面积电阻率小输电电压返回导航考点一理想变压器的原理和基本关系【例1】(2015全国新课标理综Ⅰ)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()A．U＝66V，k＝19B．U＝22V，k＝19C．U＝66V，k＝13D．U＝22V，k＝13返回导航A解析：设原线圈中电流为I，由I1I2＝n2n1知副线圈中的电流I2＝3I，由题意知副线圈中电阻两端的电压U＝3IR，则原线圈回路中R两端的电压U′＝IR＝U3，原线圈两端的电压U1＝3U，由闭合电路中电压关系可知U1＋U′＝220V，即3U＋U3＝220V，解得U＝66V，原线圈回路中电阻消耗的功率P1＝I2R，副线圈回路中电阻消耗的功率P2＝(3I)2R，k＝P1P2＝I2R（3I）2R＝19，选项A正确．返回导航【变式1】(2016全国卷Ⅰ16题)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返回导航B解析：设理想变压器原、副线圈匝数比值为k，根据题述，当开关S断开时，电流表示数为I，则由闭合电路欧姆定律得，U＝IR1＋U1.由变压公式U1/U2＝k及功率关系U1I＝U2I2，可得I2/I＝k，即副线圈输出电流为I2＝kI，U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3)．当开关S闭合时，电流表示数为4I，则有U＝4IR1＋U′1.由变压器公式U′1/U′2＝k及功率关系U′1·4I＝U′2I′2，可得I′2/(4I)＝k，即副线圈输出电流为I′2＝4kI，U′2＝I′2R2＝4kIR2；联立解得k＝3，选项B正确．返回导航考点二理想变压器的动态分析【例2】(2015天津理综)(多选)如图所示，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()A．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，电流表读数变小返回导航解析：保持Q位置不动，则副线圈两端电压U2不变，P向上滑动，则R增大，副线圈电流I2减小，由P1＝UI1＝U2I2，可知I1减小，电流表读数减小，A错误，B正确；保持P位置不动，则R不变，Q向上滑动，n2变大，根据Un1＝U2n2，得U2＝n2n1U，则U2增大，由I2＝U2R＋R0，知I2增大，由UI1＝U2I2，U不变，知I1增大，电流表读数变大，所以C正确，D错误．答案：BC返回导航【例3】(2016天津卷)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是()A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大返回导航B解题思路：当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，变压器副线圈的总负载的等效电阻增大，R1中电流减小，R1两端电压减小，电压表示数变大，R1消耗的电功率变小，选项A错误，B正确．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，变压器副线圈输出电流减小，输出功率减小，根据变压器输入功率等于输出功率，变压器输入功率减小，电流表A1示数变小，选项C错误．若闭合开关S，变压器副线圈的总负载的等效电阻减小，则R1中电流增大，R1两端电压增大，电压表示数减小，电流表A2示数减小，电流表A1示数变大，选项D错误．返回导航【变式2】(多选)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是()A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大返回导航BD解析：P向上或向下滑动时，由变压器的电压特点U1U2＝n1n2可知，U2不变，灯L的亮度也不变，A项错误，B项正确；P向上滑动时，滑动变阻器的阻值减小，副线圈电路总电阻减小，由P＝U2R可知，变压器的输出功率P2变大，又理想变压器的输入功率等于输出功率，则输入功率P1也变大，由P1＝U1I1及U1不变可知，变压器的输入电流变大，C项错误，D项正确．返回导航拓展点含二极管的电路动态分析【例4】(2017·河南六市一联)如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈与二极管(正向电阻为零，相当于导线；反向电阻为无穷大，相当于断路)、定值电阻R0、热敏电阻Rt(阻值随温度的升高而减小)及报警器P(电流增加到一定值时报警器P将发出警报声)组成闭合电路，电压表、电流表均为理想电表．则以下判断正确的是()返回导航A．变压器线圈输出交流电的频率为25HzB．电压表的示数为222VC．Rt处温度减小到一定值时，报警器P将发出警报声D．报警器报警时，变压器的输入功率比报警前小返回导航B解析：由题图乙可知f＝1T＝50Hz，而理想变压器不改变交流电的频率，A项错误．由题图乙可知原线圈输入电压的有效值U1＝220V，则副线圈两端电压有效值U2＝n2n1U1＝44V，设电压表示数为U，由于二极管作用，副线圈回路在一个周期内只有半个周期的时间有电流，则由有效值定义有U22R·T2＝U2R·T，解得U＝U22＝222V，B项正确．由题给条件可知，Rt处温度升高到一定值时，报警器会发出警报声，C项错误．因报警器报警时回路中电流比报警前大，则报警时副线圈回路的总功率比报警前大，而输入功率与输出功率相等，D项错误．返回导航考点三远距离输电1．理清三个回路远距离输电电网间的基本结构如图所示．输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路．在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁．返回导航2．抓住两个物理量的联系(1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：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，I1n1＝I2n2，P1＝P2.(2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：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，I3n3＝I4n4，P3＝P4.返回导航3．掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户．返回导航【例5】(2015福建理综)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，则输电线上损失的电功率为()A.n1n2U2m4rB.n2n1U2m4rC．4n1n22PUm2rD．4n2n12PUm2r返回导航C解析：T的输入电压U1＝Um2，则P＝U1I1，I1＝PU1＝2PUm，又因为I1I2＝n2n1，所以I2＝n1n2I1＝2n1Pn2Um，则输电线上损失的电功率P损＝I22·2r＝4n1n22PUm2r，C项正确．返回导航【变式3】(多选)(2017·湖南六校联考)某大型光伏电站的功率是500kW，电压为12V，送往外地时，先通过逆变器转化为220V的交流电(转化效率为80%)，然后经变压器Ⅰ升压为20000V，通过总电阻为20Ω的输电线路送往某地，再经变压器Ⅱ降为220V，电压供用户使用，下列说法正确的是()A．变压器Ⅱ的原、副线圈匝数比为1000∶11B．变压器Ⅰ的原、副线圈匝数比为11∶1000C．用户最多可使用的功率为392kWD．用户负载越多，线路上损耗的功率越小返回导航BC解析：变压器Ⅰ的原、副线圈匝数比为n1n2＝U1U2＝111000，B项正确．变压器Ⅰ的输出功率P2＝P1＝500kW×80%＝400kW，输电电流I＝P2U2＝400kW20000V＝20A，则输电线上损失的电压ΔU＝IR线＝400V，变压器Ⅱ的输入电压U1′＝U2－ΔU＝19600V，则变压器Ⅱ的原、副线圈匝数比为n1n2＝U1U2＝98011，A项错误．用户最多可使用的功率为P用＝P2－I2R线＝4×105W－8000W＝392kW，C项正确．用户负载越多，线路上电流越大，线路上损耗的功率越大，D项错误．返回导航考点四两种特殊的变压器模型1．自耦变压器自耦变压器(又称调压变压器)，它只有一个线圈，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，如图所示．返回导航2．电压互感器和电流互感器利用变压器原理设计制造的测量高电压或大电流的仪器.类型比较项目电压互感器电流互感器原理图n1比n2大得多n2比n1大得多返回导航原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测大电流的交流电路中互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流测量结果U1＝n1n2U2I1＝n2n1I2返回导航【例6】如图甲