（山东专用）2021高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第2讲 变压器、电能的输送课件

交变电流传感器第十一章第2讲变压器、电能的输送一、理想变压器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．(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、_________.01主干回顾·强化根基两个线圈初级次级电磁感应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)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＝___，与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时：I1I2＝___(2)有多个副线圈时：由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn基本关系频率关系f1＝f2(变压器不改变交变电流的_______)P出频率n1n2n2n14．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．(2)互感器电压互感器n1n2：把高电压变成________，如图丙所示.电流互感器n1n2：把大电流变成________，如图丁所示.低电压小电流二、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.1．输出电流I＝___＝P′U′＝U－U′R.PU2．电压损失(1)ΔU＝U－U′(2)ΔU＝_______3．功率损失(1)ΔP＝P－P′(2)ΔP＝________＝__________IRI2R(PU)2R4．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1．(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C2．(人教版选修3－2P44第5题改编)如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的变流电源两端，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D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＝U2U1＝11×103110＝1001.3．(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∶1A4．(2019·江苏南京、盐城一模)(多选)变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗．如图所示，是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，匝数分别为n1和n2.下列说法中正确的是()A．n1n2，原线圈比副线圈的导线粗B．n1n2，原线圈比副线圈的导线细C．n1n2，原线圈比副线圈的导线粗D．n1n2，原线圈比副线圈的导线细解析由于是降压变压器，所以原线圈匝数要比副线圈匝数多，即n1n2，故C、D错误；输入功率等于输出功率，所以副线圈中的电流大于原线圈中的电流，则较粗导线的线圈应该作为副线圈，故A错误，B正确．B02核心考点·探究突破考点一理想变压器工作原理和基本关系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．解析设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故U1U2＝91，根据U1U2＝n1n2＝91，A正确B错误；根据公式I1I2＝n2n1可得I1I2＝19，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得两者的电功率之比为1∶9，C错误，D正确．[例1](2016·全国卷Ⅲ)(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数之比为9∶1B．原、副线圈匝数之比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9AD1．(2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流．利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的12，则()A．R消耗的功率变为12PB．电压表V的读数变为12UC．电流表A的读数变为2ID．通过R的交变电流频率不变B解析发电机线圈的转速变为原来的12，由E＝nBSw2知，原线圈中输入电压变为原来的12，频率变为原来的12.根据U1U2＝n1n2，则U2变为原来的12，即U2＝12U，则通过R的电流变为原来的12，R消耗的功率P2＝U22R＝14P，根据I1I2＝n2n1，原线圈上的电流也变为原来的12，即电流表A的读数变为12I.2．(2016·全国卷Ⅰ)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、副线圈匝数比为()A．2B．3C．4D．5B解析设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.根据变压器的输入功率等于输出功率得UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2联立两式代入数据解得k＝3.选项B正确．考点二理想变压器的动态分析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，P2决定P1，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变化，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．[例2](2019·湖南湘潭模拟)(多选)如图是自耦变压器的示意图，负载变化时输入电压不会有大的变化．输电线的电阻用R0表示，如果变压器上的能量损失可以忽略．以下说法正确的是()A．开关S1接a，闭合开关S后，电压表V示数减小，电流表A示数增大B．开关S1接a，闭合开关S后，原线圈输入功率减小C．断开开关S，开关S1接a时电流表的示数为I1，开关S1接b时电流表的示数为I2，则I1I2D．断开开关S，开关S1接a时原线圈输入功率为P1，开关S1接b时原线圈输入功率为P2，则P1P2AD解析闭合开关S，不影响变压器副线圈两端电压，副线圈所接负载的电阻变小，根据欧姆定律，电流表的读数变大，输电线上的电压变大，导致电压表的读数变小，选项A正确；根据P＝UI，副线圈输出功率变大，理想变压器的输入功率等于输出功率，故原线圈输入功率增大，选项B错误；开关S1从接a变到接b，理想变压器的原线圈的匝数变小，副线圈两端电压变大，电流表的读数变大，选项C错误；根据P＝UI，副线圈输出功率变大，理想变压器的输入功率等于输出功率，故原线圈输入功率增大，选项D正确．1．变压器动态问题的“制约”关系(1)电压制约：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定．(2)电流制约：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定．(3)功率制约：原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定．(4)元件制约(由元件的特性制约负载电路)负载回路中若存在二极管，则负载回路中通过的将不再是交流电，而是脉冲电流．2．变压器动态问题分析思路程序3．(2019·山东济南一模)如图所示，理想变压器的输入端通过灯泡L1与输出电压稳定的正弦式交流电源相连，副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连，开始时开关S处于断开状态．当S闭合后，所有灯泡都能发光，下列说法中正确的是()A．灯泡L1变亮B．灯泡L2变亮C．原线圈两端电压不变D．副线圈两端电压变大A解析开关S闭合，原负载电路增加一并联电路，总电阻减小，所以副线圈电流增大，根据交变电流规律I1I2＝n2n1，可知原线圈电流I1增大，L1变亮，所以A正确；灯泡L1的电压UL1＝I1R增大，由于输入的正弦式交流电压稳定，根据U＝UL1＋U1，可知原线圈的电压U1减小，则副线圈电压U2随着减小，L2变暗，所以B、C、D错误．4．(2019·贵州贵阳一模)如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数之比为n1∶n2＝10∶1，原线圈接入u＝2202sin100πt(V)的交流电源，副线圈接有定值电阻R1、R2、R3，电路中的交流电流表和交流电压表均为理想电表，导线电阻不计，当开关S闭合后()A．电压表示数为22VB．电流表示数变小C．变压器的输入功率不变D．电压器的输入功率变大D解析电压表的示数为电路两端电压的有效值，原线圈的有效电压为220V，根据电压与匝数成正比知副线圈两端的电压为22V；电压表测R2两端的电压，根据串联电路的分压原理可知，电压表的示数一定小于22V，故A错误．当开关S闭合后，电路中的总电阻减小，总电流增大，故输入电流增大，故B错误．输入电压不变，输入电流增大，则输入功率一定增大，故C错误，D正确．5．某理想自耦变压器接入电路中的示意图如图甲所示，图乙是其输入电压u的变化规律．已知滑动触头在图示位置时原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，电阻R＝22Ω.下列说法正确的是()A．通过R的交流电的频率为100HzB．电流表A2的示数为2AC．此时变压器的输入功率为22WD．将P沿逆时针方向移动一些，电流表A1的示数变小C解析由图乙可知，该交流电的周期为T＝0.02s，其频率为f＝1T＝10.02Hz＝50Hz，故A项错误；由题图得知输入电压的最大值为Um＝2202V，所以有效值为U＝220V，则副线圈两端的电压为U′＝U×n2n1＝220V×110＝22V，所以通过电阻的电流(即为电流表A2的示数)为I＝U′R＝22V22Ω＝1A，故B项错误；变压器的输出功率为P′＝U′I＝22V×1A＝22W，理想变压器的输入功率等于输出功率，所以有P＝P′＝22W，故C项正确；将P沿逆时针方向移动一些，变压器的副线圈匝数变大，输出电压变大，输出功率变大，所以输入功率也变大，故电流表A1的示数将变大，故D项错误．考点三远距离输电问题远距离输电问题的“三、二、一”1．理清三个回路在回路2中，U2＝ΔU＋U3，I2＝I线＝I3.2．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