高考物理一轮复习第十章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送教案.docx

第2讲变压器电能的输送知识点一理想变压器1.构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由和绕在铁芯上的组成的.(2)原理：电磁感应的互感现象.2.基本关系式(1)功率关系：.(2)电压关系：.有多个副线圈时.(3)电流关系：只有一个副线圈时.由P入P出及PUI推出有多个副线圈时，U1I1.3.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器.(2)互感器答案：1.(1)闭合铁芯两个线圈2.(1)P入P出(2)(3)U2I2U3I3UnIn3.(2)低电压小电流知识点二远距离输电1.输电过程(如图所示)2.电压损失(1)UUU；(2)U.3.功率损失(1)PPP；(2)P.答案：2.(2)IR3.(2)I2R(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效值.()(2)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.()(3)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.()(4)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减小.()(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗.()(7)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大.()答案：(1)(2) (3) (4) (5)(6)(7)等效负载电阻等效电阻：，对于一原一副结构的变压器，又有，从输入端看，等效电阻R()2()2R2，R2是副线圈负载电阻.考点理想变压器基本关系的应用1.基本关系(1)P入P出(有多个副线圈时，PP2P3).(2)，有多个副线圈时，仍然成立.(3)，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈)，n1I1n2I2n3I3(多个副线圈).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1(2016新课标全国卷)(多选)如图所示，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91B.原、副线圈匝数比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19解题指导两灯均正常发光，UaUbU灯，UUaU110U灯，则U19U灯.解析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91，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为91，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19，由电功率PUI可知，a和b的电功率之比为19，C项错误，D项正确.答案AD变式1一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，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220 V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.U66 V，k B.U22 V，kC.U66 V，k D.U22 V，k答案：A解析：设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则，故k.设原线圈两端的电压为U1，则，故U13U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故3U220 V，解得U66 V.选项A正确.关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变恒定的直流电压.(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)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压.考点变压器电路的动态分析1.匝数比不变的情况(如图甲所示)(1)U1不变，根据可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变.(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据可以判断I1的变化情况.(3)I2变化引起P2变化，根据P1P2，可以判断P1的变化情况. 甲乙2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)(1)U1不变，发生变化，U2变化.(2)R不变，U2变化，I2发生变化.(3)根据P2和P1P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化.考向1变压器匝数比不变时的动态分析典例2(2016新课标全国卷)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 3 、1 和4 ，A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.5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，UIR1U1.由变压公式k及功率关系U1IU2I2，可得k，即副线圈输出电流为I2kI，U2I2(R2R3)kI(R2R3).当开关S闭合时，电流表示数为4I，则有U4IR1U1.由变压公式k及功率关系U14IU2I2，可得k，即副线圈输出电流为I24kI，U2I2R24kIR2；联立解得k3，选项B正确.答案B考向2变压器负载电阻不变时的动态分析典例3(2016四川卷)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变解析设原、副线圈减少的匝数均为n，则根据变压比有，得U2U1，U2U1，因此U2 小于U2，即副线圈两端的电压变小，小灯泡变暗，A项错误，B项正确；由于匝数比变化，因此原、副线圈两端电压的比值和通过原、副线圈电流的比值均发生变化，C、D项错误.答案B分析变压器的动态变化问题的注意事项(1)要明确变压器的各基本物理量之间的制约关系.(2)要明确“不变量”和“变化量”，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.考点远距离输电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，P1P2.(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)中各个量间的关系是，P3P4.3.掌握一个守恒：能量守恒关系式P2P损P3.考向1远距离输电的定性分析典例4(多选)如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的功率变大时，有()A.U2减小，U4变大 B.U2不变，U3变小C.P1变小，P2变小 D.P2变大，P3变大解析由理想变压器输出功率决定输入功率可得，当用户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P1增大，输入电压U1为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压U2不变，由于P1增大，由P1U1I1P2U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由闭合电路欧姆定律得U3U2I2R，故U3减小，降压变压器原、副线圈匝数不变，所以U4减小，故选项A错误，选项B正确；由于用户功率增加，即P4增加，理想变压器无功率损耗可得：P3P4，功率P3也增加，由以上分析可知P1、P2增大，故选项C错误，选项D正确.答案BD考向2远距离输电的定量计算典例5(2015福建卷)如图所示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uUmsin t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. B.C.422r D.422r解析T的输入电压U1，则PU1I1，I1，又因为，所以I2I1，则输电线上损失的电功率P损I2r422r，C项正确.答案C求解远距离输电问题必备技巧(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量.(2)抓住变压器变压前后各物理量间的关系，求出输电线上的电流.(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损IR线，注意输电线上的功率损失和电压损失.(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定.考点三种特殊的变压器模型考向1自耦变压器自耦变压器(又称调压器)，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.甲乙典例6如图甲所示为一自耦变压器，变压器的原线圈AB端输入电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻R011 ，电容器C的击穿电压为22 V，移动滑片P使电容器刚好不会被击穿，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是()甲乙A.电压表的示数为220 VB.原、副线圈的匝数比为101C.电流表的示数等于通过电阻R0的电流D.原线圈AB端输入电压的变化规律为u311sin t V解析由题图乙知电压的有效值即电压表的示数为220 V，A正确；电容器的耐压值为交流最大值，有效值为 V11 V，所以原、副线圈的匝数比为101，B错误；电容器通交流电，所以电流表的示数大于通过电阻R0的电流，C错误；由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以角速度为100 rad/s，原线圈AB端输入电压的变化规律为u311sin 100t V，D错误.答案A考向2互感器电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式I1n1I2n2典例7(多选)电流互感器和电压互感器如图所示.其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数，a、b为两只交流电表，则()A.A为电流互感器，且n1n2，a是电压表C.B为电流互感器，且n3n4，b是电压表解析由题图可知，A为电流互感器，B为电压互感器；a是电流表，b是电压表.在A中有I1n1I2n2，要求I2n1；在B中有，要求U4n4，所以本题B、C错误，A、D正确.答案AD考向3多副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：(1)电压关系：(2)电流关系：n1I1n2I2n3I3(3)功率关系：P1P2P3典例8如图所示，两种情况下变压器灯泡L2、L3的功率均为P，且L1、L2、L3为相同的灯泡，匝数比为n1n231，则图甲中L1的功率和图乙中L1的功率分别为()甲乙A.P、P B.9P、 C.、9P D.、P解析由题意可知，两种情况下变压器输出功率均为2P，设灯泡L2、L3的电压为U，电流为I，电阻为R，两种情况下变压器输入电压为3U，变压器输入电流为I；图甲中L1的功率为P19P；图乙中L1的功率为P22R，选项B正确.答案B对于副线圈有两个及以上的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立.但在任何情况下，电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即P入P出进行求解.1.理想变压器基本关系如图所示理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，V和A均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112sin 100t(V).下列说法正确的是()A.电流频率为100 HzB.V的读数为24 VC.A的读数为0.5 AD.变压器输入功率为6 W答案：D解析：由2f100 rad/s得：f50 Hz，选项A错误；有效值U112 V，又得：U26 V，I21 A，选项B、C错误；由能量守恒得P1P2U2I26 W，选项D正确.2.自耦变压器动态分析如图所示是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P是可移动的滑动触头，A、B间接交流电压U，输出端连接了两个相同的灯泡L1和L2，Q为滑动变阻器的滑动触头.当开关S闭合，P处于如图所示的位置时，两灯均能发光.下列说法正确的是()A.将P沿逆时针方向移动，两灯均变暗B.P不动，将Q向左移动，两灯均变亮C.P不动，将Q向右移动，输入功率变大D.断开开关S，L1将变暗答案：B解析：当P沿逆时针方向移动时，副线圈的匝数n2增大，由知，U2增大，L1、L2两端均变亮，A错；当P不动时，U2不变，Q向左移动，R减小，L1、L2两端的电压增大，两灯泡变亮，B对；当P不动、Q向右移动时，R增大，变压器的输出功率P2，R总增大，P2减小，而P1P2，故P1减小，C错；断开开关S，负载电阻增大，L1的电压增大，L1将变亮，D错.3.理想变压器动态分析如图所示，理想变压器的原线圈接有频率为f、电压为U的交流电，副线圈接有光敏电阻R1(光照增强时，电阻减小)、用电器R2.下列说法正确的是()A.当光照增强时，变压器的输入功率减小B.当滑动触头P向上滑动时，用电器消耗的功率增大C.当U增大时，用电器消耗的功率增大D.当f减小时，变压器的输入功率减小答案：C解析：光照增强时，光敏电阻的阻值减小，副线圈电路的总电阻减小，副线圈中的电流增大，变压器输出功率增大，因理想变压器输入功率等于输出功率，所以变压器输入功率增大，选项A错误；P上滑时，原线圈匝数增多，由知副线圈两端电压随之减小，用电器消耗的功率减小，选项B错误；原线圈电压U增大时，则知副线圈两端电压随之增大，则用电器功率增大，选项C正确；变压器的输入功率与交变电流的频率无关，选项D错误.4.理想变压器的相关计算一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为51，原线圈接入电压为220 V的正弦交流电，各元件正常工作，一只理想二极管和一个滑动变阻器R串联接在副线圈上，如图所示，电压表和电流表均为理想交流电表.则下列说法正确的是()A.原、副线圈