高考物理一轮总复习 第十章 第2讲 变压器 远距离输电配套课件 新人教版.ppt

第2讲变压器远距离输电 知识点1理想变压器 1 构造和原理 如图所示 1 主要构造 由 和 组成 2 工作原理 电磁感应的 现象 2 理想变压器的基本关系式 1 功率关系 2 电压关系 为 变压器 若n1 n2 为 变压器 3 电流关系 只有一个副线圈时 有多个副线圈时 u1i1 u2i2 u3i3 unin 原线圈 副线圈 闭合铁芯 互感 p入 p出 降压 升压 3 几种常用的变压器 1 自耦变压器 调压变压器 电压互感器 把 变成 电流互感器 把 变成 高电压 低电压 大电流 小电流 2 互感器 知识点2远距离输电 1 输电过程 如图所示 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 ir i2r 思考辨析 1 变压器只对变化的电流起作用 对恒定电流不起作用 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增大 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小 分析 变压器是依靠电磁感应工作的 恒定不变的电流不能产生变化的磁场 不满足产生感应电动势的条件 1 对 变压器变压的原理是互感原理 当原线圈变化一个周期时 副线圈也变化一个周期 故原 副线圈磁通量的变化率完全相同 原 副线圈交变电流的频率也完全相同 2 错 副线圈两端电压由原 副线圈匝数比和原线圈两端电压共同决定 与副线圈上所接负载无关 3 错 变压器副线圈并联更多的用 电器时 副线圈电流增加 原 副线圈电流之比由匝数比决定 因此原线圈电流相应增加 4 对 据p i2r可知 在电流i一定的情况下 减小电阻r可以减少电路上的电能损失 而所以增大输电线横截面积s可减小电阻r 5 对 由输送电功率p ui得输电线损失电功率 p i2r 可见减小输电电流可减小电路发热损耗 6 对 在输送电压一定时 输电线上损失电功率故输送的电功率p越大 电能损失越大 7 错 考点1理想变压器的工作原理和基本量的关系 考点解读 1 工作原理 深化理解 2 理想变压器及其原 副线圈基本量的关系 典例透析1 2012 山东高考改编 图甲是某燃气炉点火装置的原理图 转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压 并加在一理想变压器的原线圈上 变压器原 副线圈的匝数分别为n1 n2 为交流电压表 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000v时 就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体 以下判断正确的是 a 电压表的示数等于5vb 电压表的示数随时间变化 最大值为c 实现点火的条件是d 实现点火的条件是 解题探究 1 在交流电路中 交流电压表测量的是交流电压的 2 变压器原 副线圈电压与线圈匝数的关系 有效值 解析 选c 由u t图像可知最大电压值为5v 故有效值为交流电压表测量的是有效值 a b错 由变压器电压与线圈匝数的关系可知 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000v 即c对 d错 总结提升 基本量关系解题的两点提醒 1 理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点 电流关系的推导是以其为依据的 2 变压器的以上关系都是根据 口 字型铁芯的变压器推出的 如果变压器不是 口 字型铁芯 应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系 变式训练 2013 天津高考 普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流 通常要通过电流互感器来连接 图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少 工作时电流为iab cd一侧线圈的匝数较多 工作时电流为icd 为了使电流表能正常工作 则 a ab接mn cd接pq iabicdc ab接pq cd接mn iabicd 解析 选b 高压输电线上的电流大于交流电流表的量程 故应用电流互感器将高压输电线上的电流降低 由变压器原 副线圈电流与匝数成反比的关系 可以判断电流互感器与高压输电线相连的一侧匝数少 即ab一侧线圈与mn相连 cd一侧线圈与pq相连 iab icd 故b对 a c d错 变式备选 如图所示 理想变压器的原 副线圈匝数比为1 5 原线圈两端的交变电压为氖泡在两端电压达到100v时开始发光 下列说法中正确的有 a 开关接通后 氖泡的发光频率为50hzb 开关接通后 电压表的示数为50vc 开关断开后 电压表的示数变大d 开关断开后 变压器的输出功率不变 解析 选b 由于副线圈电压由原线圈决定 则不论负载如何变化 电压表的读数不变 始终为有效值100v b正确 c错误 交流电每个周期内氖泡发光两次 每秒发光100次 则氖泡发光频率为100hz a错误 开关断开后 负载电阻增大 电流减小 则变压器的输出功率减小 d错误 考点2理想变压器的动态分析 考点解读 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 解题技巧 1 匝数比不变的情况 如图所示 1 u1不变 根据输入电压u1决定输出电压u2 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 根据输出电流i2决定输入电流i1 可以判断i1的变化 3 i2变化引起p2变化 根据p1 p2 可以判断p1的变化 2 负载电阻不变的情况 如图所示 1 u1不变 发生变化 u2变化 2 r不变 u2变化 i2发生变化 3 根据和p1 p2 可以判断p2变化时 p1发生变化 u1不变时 i1发生变化 典例透析2 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 b是原线圈中心的抽头 电压表和电流表均为理想电表 从某时刻开始在原线圈c d两端加上交变电压 其瞬时值表达式为则 a 当单刀双掷开关与a连接时 电压表v1的示数为22vb 当时 电压表v0的读数为156vc 单刀双掷开关与a连接 当滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 电压表v1的示数增大 电流表示数变小d 当单刀双掷开关由a扳向b时 电压表v1和电流表的示数均变小 解题探究 1 请分析当开关接a时 滑片p上移 负载电阻如何变化 原 副线圈的电压如何变化 提示 负载电阻变大 原 副线圈电压不变 2 请分析当开关由a扳向b时 原 副线圈电压的变化 提示 原线圈电压不变 副线圈电压变大 解析 选c 原线圈输入电压的有效值为220v 由电压比及电表测得的有效值可知 当单刀双掷开关与a连接时 副线圈输出电压u2 22v 而u2 ur0 uv1 所以电压表v1的示数小于22v a错 由瞬时值表达式可知当时 电压瞬时值为v 即156v 而电压表示数为有效值 则电压表v0的读数为220v b错 单刀双掷开关与a连接 当滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 r接入电路的阻值增大 而u2不变 电流表示数减小 电压表v1示数增大 c对 当单刀双掷开关由a扳向b时 变压器原线圈匝数减小 所以副线圈输出电压增大 电压表v1和电流表的示数均变大 d错 总结提升 变压器动态问题分析的思路流程 变式训练 2014 漳州模拟 如图甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为5 1 原线圈接交流电源和交流电压表 副线圈通过电阻为r的导线与热水器 抽油烟机连接 已知原线圈两端的电压保持不变 副线圈上的电压按图乙所示规律变化 现闭合开关s接通抽油烟机 下列说法正确的是 a 电压表示数为220vb 抽油烟机上电压的瞬时值表达式为c 热水器的实际功率减小d 变压器的输入功率减小 解析 选c 由图乙知副线圈的电压峰值为则电压表测得原线圈的电压的有效值为1100v 故选项a错误 由图乙知 100 rad s 初相为0 故副线圈两端电压的瞬时值表达式为u umsin t 但导线电阻r会分得一部分电压 抽油烟机获得的电压会偏小 故b错误 对副线圈接通抽油烟机后 总电阻减小 总电流增大 热水器的电压u u2 i2r减小 故热水器的实际功率减小 选项c正确 由p1 p2 u2i2知 输出功率增大 则输入功率增大 故选项d错误 考点3远距离输电问题的分析 考点解读 1 远距离输电的分析思路对高压输电问题 应按 发电机 升压变压器 远距离输电线 降压变压器 用电器 或从 用电器 倒推到 发电机 的顺序一步一步进行分析 解题技巧 2 远距离高压输电的几个基本关系 以图为例 1 功率关系 p1 p2 p3 p4 p2 p损 p3 2 电压 电流关系 3 输电电流 4 输电线上损耗的电功率 当输送功率一定时 输电电压增大到原来的n倍 输电线上损耗的功率就减小到原来的 典例透析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 220v60w 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10ab 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8 104盏灯泡 220v60w 正常发光 解题探究 1 画出远距离输电的模型图 并在图上标出各个参量 提示 2 分析升压变压器和降压变压器的功率和电压关系 提示 功率关系 p1 p损 p2 电压关系 u2 u损 u3 3 写出变压器原 副线圈的电压比和电流比 提示 解析 选b 远距离输电的模型如图所示 t1原线圈的电流为输电线路上损失的功率为选项a错误 t1的原 副线圈匝数 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错误 总结提升 输电线路功率损失的四种计算方法 1 输送功率是指升压变压器输出的功率 损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率 两者关系是p损 p p p为输送功率 p 为用户所得功率 2 除了利用p损 p p 计算输电线路上的功率损耗外 还可用下列方法计算 为输电线路上的电流 r线为线路电阻 u为输电线路上损失的电压 r线为线路电阻 p损 ui线 u为输电线路上损失的电压 i线为线路上的电流 在远距离输电问题中 计算线路功率损耗时应用其原因是i线可以由公式p输出 i线u输出求出 而p损 ui线和则不常用 其原因是在一般情况下 u不易求出 且易将 u和u输出相混而造成错误 变式训练 2014 厦门模拟 如图甲为某水电站的电能输送示意图 升压变压器原 副线圈匝数比为1 10 降压变压器的副线圈接有负载r 升压 降压变压器之间的输电线路的电阻不能忽略 变压器均为理想变压器 升压变压器左侧输入如图乙的交变电压 下列说法中正确的是 a 交变电流的频率为100hzb 升压变压器副线圈输出电压为22vc 只增加升压变压器副线圈匝数可减少输电损失d 当r减小时 发电机的输出功率减小 解析 选c 由图像可知t 2 10 2s f 50hz a错 升压变压器的输入电压有效值u1 220v 由可知u2 2200v b错 增加升压变压器副线圈匝数 u2增大 输送电流减小 输电损失电能减小 c对 r减小 输出功率增大 变压器的输入功率增大 发电机的输出功率增大 d错 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 资源平台 多线圈变压器问题 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 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 原线圈电路中接有理想电压表和理想电流表 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 a u 110v i 0 2ab u 110v i 0 05ac u v i 0 2ad u v i 解析 选a 由变压原理即电压表示数为110v 由p入 p出 灯泡正常发光可得p入 u1i1 p出 22w 故a正确 2 2014 龙岩模拟 如图所示 理想变压器的原 副线圈的匝数比n1 n2 2 1 原线圈接正弦交变电流 副线圈接电动机 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 电动机带动一质量为m的重物以速度v匀速上升 若电动机因摩擦造成的能量损失不计 则图中电压表的读数为 解析 选a 变压器的输出功率p出 i22r mgv由p出 p入 i u1可得i2 2i u1 4ir a正确 3 2012 福建高考 如图 理想变压器原线圈输入电压u umsin t 副线圈电路中r0为定值电阻 r是滑动变阻器 v1和v2是理想交流电压表 示数分别用u1和u2表示 a1和a2是理想交流电流表 示数分别用i1和i2表示 下列说法正确的是 a i1和i2表示电流的瞬时值b u1和u2表示电压的最大值c 滑片p向下滑动过程中 u2不变 i1变大d 滑片p向下滑动过程中 u2变小 i1变小 解析 选c 交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值 a b错 由于输入端电压u1和理想变压器匝数比不变 所以u2不变 滑片p向下滑动过程中 电阻变小 电流i2变大 输出功率变大 则输入功率变大 电流