（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第十一章 第2节 变压器 电能的输送课件

第十一章交变电流传感器第2节变压器电能的输送【基础梳理】提示：原线圈副线圈闭合铁芯互感P出＝P入U1U2＝n1n2n1I1＝n2I2＋n3I3＋…把高电压变成低电压把大电流变成小电流升压变压器降压变压器P—P′I2RΔU2RPUU—U′R【自我诊断】判一判(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)理想变压器的基本关系式中，电压和电流可以均为有效值．()(3)变压器只能使交变电流的电压减小．()(4)高压输电的目的是增大输电的电流．()(5)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输送过程中损失的功率越小．()(6)变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定．()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√做一做(人教版选修3－2·P44·T2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匝提示：选C.由题意知U1＝380V，U2＝36V，n1＝1140，则U1U2＝n1n2得n2＝U2U1n1＝108，选项C正确．做一做(多选)如图所示是通过变压器给用户供电的示意图，变压器的输入电压是电网电压，基本稳定，输出电压通过输电线输送给用户．输电线的电阻用R0表示，用变阻器的电阻R表示用户用电器的总电阻，当变阻器的滑动触头P向上移动时，以下说法正确的是()A．相当于增加用电器的个数B．V1的示数随V2示数的增大而增大C．A1的示数随A2示数的减小而减小D．变压器的输入功率减小提示：选CD.当变阻器的滑动触头P向上移动时，用电器的总电阻增大，相当于并联的用电器数目减少，故选项A错误，同时变压器的输入功率减小，D正确；由于电网电压u不变，所以两个电压表的示数不变，故选项B错误；由于变压器的输出功率决定输入功率，所以A1的示数随A2示数的减小而减小，故选项C正确．理想变压器基本关系的应用【知识提炼】1．理想变压器的制约关系制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定：U2＝n2n1U1功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定：P入＝P出电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定：I1＝n2n1I22.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图A、B所示．(2)互感器电压互感器：把高电压变成低电压，如图C所示.电流互感器：把大电流变成小电流，如图D所示.【题组突破】1．一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()A．U2U1，U2降低B．U2U1，U2升高C．U2U1，U2降低D．U2U1，U2升高解析：选C.由变压器的变压公式U1U2＝n1n2可知，由于原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2，因此有U1U2，当滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，n2减小，因此U2降低，C项正确．2.(多选)(2016·高考全国卷Ⅲ)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、副线圈匝数比为9∶1B．原、副线圈匝数比为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∶9解析：选AD.因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为9∶1，A项正确，B项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C项错误，D项正确．3．(2017·高考北京卷)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：选B.由交流电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为2202V，故有效值为U1＝220V，由U1U2＝n1n2，故副线圈电压的有效值为U2＝110V，故输出功率P2＝U22R＝220W，再由输入功率等于输出功率知，P1＝P2＝220W，A项错误；根据欧姆定律知，I2＝U2R＝2A，I1I2＝n2n1，得I1＝1A，故电流表读数为1A，所以B项正确；电压表的读数为有效值，即U2＝110V，C项错误；由交流电压的表达式可知，ω＝100π(rad/s)，又T＝2πω，解得T＝0.02s，所以D项错误．4．(2018·高考天津卷)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解析：选B.交流发电机产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，且有ω＝2πn，所以当发电机线圈转速减半后，感应电动势最大值减半，有效值减半，又理想变压器原、副线圈电压有效值之比等于原、副线圈匝数比，故电压表示数减为原来的一半，B项正确；由电功率P＝U2R可知，变压器输出功率即R消耗的功率变为原来的14，A项错误；由P＝UI可知，原线圈中电流减为原来的一半，C项错误；交流电的频率与发电机线圈转动角速度成正比，故D项错误．理想变压器的动态分析【知识提炼】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．【题组突破】1．(多选)(2019·广西南宁一模)如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝55∶1，原线圈接电压u＝2202sin100πt(V)的交流电源，电表均为理想电表．闭合开关后，在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中，下列说法正确的是()A．副线圈交变电流的频率是100HzB．电压表的示数为4VC．滑动变阻器两端的电压先变大后变小D．电流表的示数变大解析：选BD.由电压表达式知交变电流的角速度为ω＝100πrad/s，则频率f＝ω2π＝50Hz，变压器不改变电流的频率，故副线圈交变电流的频率是50Hz，选项A错误；原线圈两端的输入电压有效值为220V，由U1U2＝n1n2知，副线圈两端电压为U2＝4V，即为电压表的读数，故选项B正确；在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律可知，变压器的输出电流增大，则输入的电流也增大，即电流表的示数变大，故选项D正确；定值电阻R两端的电压变大，副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压变小，故选项C错误．2．(2019·山东济宁一模)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解析：选A.开关S闭合，副线圈电路增加一并联电路，总电阻减小，所以副线圈中的电流增大，根据变压器规律I1I2＝n2n1，可知原线圈电流I1增大，L1变亮，所以选项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，可知原线圈两端的电压U1减小，则副线圈两端电压U2随着减小，L2变暗，所以选项B、C、D错误．3．(多选)如图所示，发电机中线圈的匝数为N，面积为S，做匀速圆周运动的角速度为ω，匀强磁场的磁感应强度为B；电流表和电压表为理想电表，定值电阻的阻值为R，其余电阻均不计；当变压器副线圈上的滑片P在图示位置时，变压器的匝数比n1∶n2＝1∶2；开始时发电机线圈与磁场垂直．下列判断正确的是()A．电压表的读数为2NBSωB．电流表的读数为22NBSωRC．发电机线圈由图示位置旋转14周，通过电流表的电荷量为4NBSRD．P向上移动时，电压表的示数变小，电流表示数变大解析：选BC.感应电动势的最大值为Em＝NBSω，有效值U1＝NBSω2，由U1U2＝n1n2可得，电压表读数U2＝2NBSω，选项A错误；副线圈电流I2＝U2R＝2NBSωR，通过电流表的电流为22NBSωR，选项B正确；设变压器及左边电路等效电阻为R0，U1＝12U2，I1＝2I2，R＝U2I2，R0＝U1I1＝12U22I1＝14R，线圈由图示位置旋转14周，通过电流表的电荷量为Q＝NΔΦR0＝NBSR0＝4NBSR，选项C正确；P向上移动时，副线圈匝数变少，电压表的示数变小，电流表示数也变小，选项D错误．4．(多选)(2019·广东东莞联考)如图所示，电源输出电压不变，要使电路中电流表示数变大，可采用的方法有()A．将R上的滑片向上移动B．将R上的滑片向下移动C．将开关S掷向1D．将开关S掷向2解析：选AD.输入的电压和匝数比不变，输出的电压也不变，当滑片向上移动时，副线圈所在电路的电阻变小，所以电流要增加，电流表示数增大，故选项A正确；当滑片向下移动时，副线圈所在电路的电阻变大，所以电流要变小，故选项B错误；将开关S掷向1，原线圈的匝数变大，由电压与匝数成正比可得，副线圈的输出电压要减小，副线圈所在电路的电阻不变，所以电流要减小，故选项C错误；将开关S掷向2时，原线圈的匝数减小，副线圈的输出电压要变大，副线圈所在电路的电阻不变，所以电流要增大，故选项D正确．变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法(1)分清不变量和变量．(2)弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系．(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定．远距离输电问题【知识提炼】远距离输电问题的“三二一”(1)理清三个回路．(2)抓住两个联系．①理想的升压变压器联系了回路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了回路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)掌握一个守恒，能量守恒关系式P1＝P损＋P3.【题组突破】1．(2018·高考江苏卷)采用220kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，输电电压应变为()A．55kVB．110kVC．440kVD．880kV解析：选C.设输送功率为P，则有P＝UI，其中U为输电电压，I为输电电流．为使输电线上损耗的功率减小为原来的四分之一，由P损＝I2R(R为输电线的电阻，恒定不变)可知应使I变为原来的二分之一，又输送功率不变，则输电电压应变为原来的2倍，即440kV，选项C正确．2．一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示．发电机到安置区的距离是400m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型号导线单位长度的电阻为2.5×10－4Ω，安置区家用电器的总功率为44kW，当这些额定电压为220V的家用电器都正常工作时()型号AED6500S输出电压范围220～300V最大输出功率60kWA.输电线路中的电流为20AB．发电机的实际输出电压为300VC．在输电线路上损失的电功率为8kWD．如果该柴油发电机发出的是正弦式交变电流，则其输出电压最大值是300V解析：选C.当这些额定电压为220V的家用电器都正常工作时，输电线路中的电流为I＝PU＝200A，选项A错误；导线电阻为