高中物理 10.2变压器 电能的输送课件 教科版.ppt

第2讲变压器电能的输送 考点1理想变压器 1 构造 如图所示理想变压器由 和闭合铁芯组成 原线圈 副线圈 2 原理 电流磁效应 电磁感应 现象 3 基本关系 1 电压关系 2 功率关系 p入 3 电流关系 只有一个副线圈时 有多个副线圈时 u1i1 互感 p出 u2i2 u3i3 unin 4 几种常用的变压器 1 自耦变压器 也叫 变压器 2 互感器 电压互感器 用来把高电压变成 电流互感器 用来把大电流变成 调压 低电压 小电流 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 理想变压器的三个制约关系 1 输入电压u1决定输出电压u2 2 输出电流i2决定输入电流i1 3 输出功率p2决定输入功率p1 2011 新课标全国卷 如图 一理想变压器原副线圈的匝数比为1 2 副线圈电路中接有灯泡 灯泡的额定电压为220v 额定功率为22w 原线圈电路中接有电压表和电流表 现闭合开关 灯泡正常发光 若用u和i分别表示此时电压表和电流表的读数 则 解析 选a 在副线圈电路中 再根据及 得u1 110v i1 0 2a 故b c d错误 a正确 1 输电过程 如图所示 考点2远距离输电 2 电压损失 1 u u u 2 u 3 功率损失 1 p p p 2 p 4 输送电流 1 2 ir i2r 1 降低输电损耗的两个途径 1 减小输电线的电阻 由电阻定律可知 在输电距离一定的情况下 为减小电阻 应采用电阻率小的材料 也可以增加导线的横截面积 2 减小输电导线中的输电电流 由p ui可知 当输送功率一定时 提高输电电压 可以减小输电电流 2 远距离输电问题的四个关键 1 画出一个模型 远距离输电模型图 2 抓住输电的两端 电源和用电器 3 分析两条导线 输电导线 4 研究两次电压变换 升压和降压 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 下列说法中正确的有 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 选c d 由题意可知升压变压器的输入电压不变 则输出电压不变 a错误 在电能输出过程中有 u线 i2r线 u3 u2 u线 因p变大 i2变大 所以u线变大 所以降压变压器初级电压u3变小 则降压变压器的输出电压变小 b错误 根据 因p变大 所以p线变大 c正确 根据 因p变大 所以比值变大 d正确 理想变压器基本规律的应用 例证1 2011 江苏高考 15分 图 a 为一理想变压器 ab为原线圈 ce为副线圈 d为副线圈引出的一个接头 原线圈输入正弦式交变电压的u t图像如图 b 所示 若只在ce间接一只rce 400 的电阻 或只在de间接一只rde 225 的电阻 两种情况下电阻消耗的功率均为80w 1 请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式 2 求只在ce间接400 电阻时 原线圈中的电流i1 3 求ce和de间线圈的匝数比 解题指南 解答本题时应注意以下三点 1 根据图像得出瞬时值表达式 电压最大值和有效值 2 利用理想变压器的p u i的关系计算原线圈中的电流 3 根据电压关系求线圈的匝数比 规范解答 1 由原线圈中交变电流的u t图像可知 200 rad s 电压瞬时值uab 400sin200 t v 3分 2 电压有效值 2分 理想变压器p1 p2 2分 原线圈中的电流 2分 3 设ab间匝数为n1 根据变压器规律有 4分 由题意有 联立可得 2分 答案 1 uab 400sin200 t v 2 0 28a 3 总结提升 理想变压器问题的规范求解1 一般解题思路 1 分析题干条件找出不变量和变量 2 利用原 副线圈之间的功率关系确定原 副线圈中的电流 3 根据电磁感应原理 分析电压 电流与原 副线圈匝数比之间的关系 2 应注意的问题 1 对于电源 原线圈相当于用电器 对于用电器 副线圈相当于电源 2 解决变压器问题的三种切入法 电压切入法 变压器原 副线圈的电压之比为 当变压器有多个副线圈时 功率切入法 理想变压器的输入 输出功率为p入 p出 当变压器有多个副线圈时 p1 p2 p3 电流切入法 由知 对只有一个副线圈的变压器有 当变压器有多个副线圈时有n1i1 n2i2 n3i3 变式训练 2011 广东高考 图 a 左侧的调压装置可视为理想变压器 负载电路中r 55 为理想电流表和电压表 若原线圈接入如图 b 所示的正弦交变电压 电压表的示数为110v 下列表述正确的是 a 电流表的示数为2ab 原 副线圈匝数比为1 2c 电压表的示数为电压的有效值d 原线圈中交变电压的频率为100hz 解析 选a c 电流表的示数为 a正确 原 副线圈的电压比等于匝数比 所以匝数比为2 1 b错误 电压表的示数指交变电流的有效值 c正确 由 b 图知交流电的周期为0 02s 故频率为50hz d错误 变式备选 2012 青岛模拟 如图所示为一理想变压器 原 副线圈的匝数之比为1 n 副线圈接一定值电阻r 则 a 若ab之间接直流电压u 则r中的电流为b 若ab之间接直流电压u 则原 副线圈中的电流均为零c 若ab之间接交流电压u 则原线圈中的电流为d 若ab之间接交流电压u 则副线圈中的电流为 解析 选c 若ab之间接直流电压u 则副线圈两端的电压为零 则r中的电流为零 但原线圈中的电流不为零 选项a b均错 若ab之间接交流电压u 则副线圈两端的电压为u2 nu 副线圈中的电流为 则原线圈中的电流为 选项c正确而d错误 变压器的动态分析 例证2 如图所示是街头变压器给用户供电的示意图 变压器的输入电压是市电网的电压 不会有很大的波动 输出电压通过输电线输送给用户 输电线的电阻用r0表示 变阻器r表示用户用电器的总电阻 当滑动变阻器触头p向下移动时 下列说法中正确的是 a 与增加用电器的数目达到的效果相同b a1表的示数随a2表的示数的增大而增大c v1表的示数随v2表的示数的增大而增大d 变压器的输入功率增大 解题指南 解答本题应注意以下三点 1 所有用户的用电器应为并联关系 2 滑动变阻器使负载电阻变化 会改变输出功率 3 要弄清原 副线圈的电压 电流的因果关系 自主解答 选a b d 当滑动变阻器触头p向下移动时 用电器的总电阻减小 相当于并联的用电器数目增加 同时变压器的输入功率增大 a d对 电网供电是 用多少供多少 输出电流增大则输入电流增大 b正确 但变压器的输出电压则由输入电压决定 当输入电压和变压器的匝数比一定时 输出电压一定 c错 总结提升 解答本题关键在于理解变压器原 副线圈的电路结构及电压 电流的因果关系 然后根据理想变压器动态分析的思路 即来分析和判断 对本题易错选项及错误原因分析如下 变式训练 2011 福建高考 图甲中理想变压器原 副线圈的匝数之比n1 n2 5 1 电阻r 20 l1 l2为规格相同的两只小灯泡 s1为单刀双掷开关 原线圈接正弦交变电源 输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示 现将s1接1 s2闭合 此时l2正常发光 下列说法正确的是 a 输入电压u的表达式b 只断开s2后 l1 l2均正常发光c 只断开s2后 原线圈的输入功率增大d 若s1换接到2后 r消耗的电功率为0 8w 解析 选d 由图乙知周期为0 02s 因此输入电压的表达式 a错 只断开s2 l1 l2两端的电压小于额定电压 都不能正常发光 b错 只断开s2 负载电阻变大 功率变小 c错 s1换接到2后 据和得r消耗的功率为0 8w 故选d 模型法 处理远距离输电问题 例证3 一台发电机最大输出功率为4000kw 电压为4000v 经变压器t1升压后向远方输电 输电线路总电阻为r 1k 到目的地经变压器t2降压 负载为多个正常发光的灯泡 220v 60w 若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10 变压器t1和t2的耗损可忽略 发电机处于满负荷工作状态 则 a t1原 副线圈电流分别为103a和20ab t2原 副线圈电压分别为1 8 105v和220vc t1和t2的变压比分别为1 50和40 1d 有6 104盏灯泡 220v 60w 正常发光 解题指南 解答本题应从以下三点重点把握 1 画出远距离输电的模型图 并在图上标出各个参量 2 根据p ui计算输电电流 3 根据升压变压器和降压变压器原 副线圈的电压 电流和功率关系列式求解 自主解答 选a b d 远距离输电的模型如图所示 t1原线圈的电流为输电线上损失的功率为p损 i22r 10 p1 所以选项a正确 t1的匝数比为t1上副线圈的电压为u2 50u1 2 105v t2原线圈的电压为u3 u2 i2r 2 105v 20 103v 1 8 105v 选项b正确 t2上原 副线圈的变压比为选项c错误 能正常发光的灯泡的盏数为 选项d正确 总结提升 应用 模型法 解题时应注意的问题模型法是分析 解决物理问题的常见方法 该方法是舍去表面的 次要的条件 抓住主要的本质因素 得出一种能反映原事件本质特性的理想模型 理想过程 理想状态等 能使一些复杂的问题简单化 形象化 具体化 在使用模型法处理问题时 需注意以下三点 1 要熟练掌握各种常见的物理模型 2 能判断出所遇到的问题属于哪种物理模型 3 能把物理模型和实际问题正确地结合起来 变式训练 2012 济南模拟 为了减少输电线路中电力损失 发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送 再经变电所将高压变为低压 某变电所将电压的交流电降为220v供居民小区用电 则变电所变压器 a 原 副线圈匝数比为50 1b 副线圈中电流的频率是50hzc 原线圈的导线比副线圈的要粗d 输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和 解析 选a b 中的指的是电压的最大值 有效值为11000v 则原 副线圈的匝数之比等于两线圈的电压之比 即50 1 a正确 由 100 得频率为50hz 变压器不改变电流的频率 因此 副线圈中电流的频率也是50hz b正确 电流与匝数成反比 即原线圈的电流比副线圈电流要小 因此 副线圈的导线要比原线圈粗 c错误 居民小区各个用电器都是并联的 它们的电流总和等于副线圈中的电流 d错误 例证 如图所示 接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光 那么 理想变压器的匝数比n1 n2 n3为多少 规范解答 灯泡正常发光 可得ua ub uc ud 所以u2 2u3 由变压器的电压比公式 所以n2 2n3 同理 灯泡正常发光 功率相等 即pa pb pc pd 由p i2r 得ia ib ic id 即i1 i2 i3 由u1i1 u2i2 u3i3得n1i1 n2i2 n3i3 即n1 n2 n3 2n3 n3 3n3 所以n1 n2 n3 3 2 1 答案 3 2 1 1 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为11 2 原线圈两端的输入电压 电表均为理想电表 滑动变阻器r接入电路部分的阻值为10 下列叙述中正确的是 a 该交流电的频率为50hzb 电压表的读数为vc 电流表的读数为4ad 若滑动变阻器的滑片p向a端移动 电流表的读数变大 解析 选a c 根据原线圈两端输入电压的表达式可知 交流电的频率 a正确 变压器原线圈电压的有效值为u1 220v 利用变压器的变压比u1 u2 n1 n2 可求得u2 40v 电压表的读数为40v b错误 电流表的读数为 c正确 若滑动变阻器的滑片p向a端移动 接入电路的电阻增大 而u2不变 电流表示数变小 d错误 2 2012 汕头模拟 如图甲 一理想变压器原 副线圈匝数比n1 n2 11 5 原线圈与正弦交变电源连接 输入电压u随时间t的变化规律如图乙所示 副线圈仅接入一个10 的电阻 则 a 变压器的输入电压最大值是b 正弦交变电流的周期是1 10 3sc 变压器的输入功率是1 103wd 电压表的示数是 解析 选a c 由图乙可知 输入电压最大值为 有效值为220v 周期为2 10 2s 故a正确 b错误 根据变压器原副线圈电压关系得输出电压有效值为u2 100v 则电压表的示数为100v d错误 变压器的输入功率为 c正确 3 2012 黄山模拟 如图所示 有一理想变压器 原 副线圈的匝数比为n 原线圈接正弦交流电压u 输出端接有一个交流电流表和一个电动机 电动机线圈电阻为r 当输入端接通电源后 电流表读数为i 电动机带动一重物匀速上升 下列判断正确的是 a 电动机两端电压为irb 电动机消耗的功率为i2rc 原线圈中的电流为nid 变压器的输入功率为 解析 选d 因为电动机是非纯电阻电路 u ir p i2r a b错误 电动机两端电压为 故电动机消耗的功率为 即为变压器的输入功率 原线圈中的电流 d正确 c错误 4 利用如图所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流 若互感器原 副线圈的匝数比n1 n2 1 100 交流电流表a的示数为50ma 则 a 被测电路的电流有效值为0 5ab 被测电路的电流平均值为0 5ac 被测电路的电流最大值为ad 原 副线圈中的电流同时达到最大值 解析 选c 交流电流表示数为副线圈中电流的有效值 即i2 50ma 0 05a 根据得 i1 5a a b均错误 原线圈 被测电路 中电流的最大值 c项正确 原线圈中电流最大时 线圈中磁通量的变化率等于零 此时副线圈中的电流最小 原线圈中电流等于0时