【步步高】高考物理大一轮 第十章 第2课时 变压器　电能的输送 新人教版选修32.doc

第2课时变压器电能的输送导学目标 1.理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算.2.能够对变压器进行动态分析.3.会分析计算远距离输电问题一、理想变压器基础导引变压器原理图如图1所示，思考并回答以下问题：图1(1)变压器的工作原理是什么？(2)原、副线圈的电流、电压、电流的频率有什么关系？(3)副线圈的电压u2由谁决定？(4)原线圈的电流i1及输入功率p1由谁决定？知识梳理1变压器的构造：如图2所示，变压器是由_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_线圈图2(2)副线圈：与_连接的线圈，也叫_线圈2变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的_、_在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化变化的磁场在副线圈中产生_，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流_是变压器工作的基础3理想变压器：没有_的变压器，即_功率等于_功率4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_.：变压器能否改变恒定电流的电压？能否改变交流电的频率？二、远距离输电基础导引在远距离输电时，输送的电功率为p，输电电压为u，所用导线电阻率为，横截面积为s，总长度为l，输电线损失的电功率为p，用户得到的电功率为p用，则下列关系式中正确的是 ()ap bpcp用p dp用p(1)知识梳理1根据p损_，降低输电损耗有两种方法(1)减小输电线的电阻(2)减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下，根据pui，要减小电流，必须提高_2远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流i_，输电线上的损失功率p损i2r线_，可知p损.远距离输电中的功率关系：p输_.考点一理想变压器原、副线圈基本量的关系考点解读理想变压器没有能量损失(铜损、铁损)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系p入p出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压u2由原线圈电压u1和匝数比决定功率原线圈的输入功率p1由副线圈的输出功率p2决定电流原线圈电流i1由副线圈电流i2和匝数比决定特别提醒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，电流关系的推导应该以其为依据2变压器的以上关系都是根据“口”字型的变压器推出的如果变压器不是“口”字型时，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典例剖析图3例1如图3所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表v的示数为220 v，负载电阻r44 ，电流表a1的示数为0.20 a下列判断中正确的是 ()a原线圈和副线圈的匝数比为21b原线圈和副线圈的匝数比为51c电流表a2的示数为1.0 ad电流表a2的示数为0.4 a跟踪训练1(2011广东理综19)图4(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中r55 ，、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110 v，下列表述正确的是 ()图4a电流表的示数2 ab原、副线圈匝数比为12c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100 hz考点二理想变压器的动态分析考点解读1匝数比不变的情况(如图5所示)(1)u1不变，根据，输入电压u1决定输出电压u2，不论负载电阻r如何变化，u2不变图5(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，p1p2，故p1发生变化2负载电阻不变的情况(如图6所示)(1)u1不变，发生变化，故u2变化(2)r不变，u2变化，故i2发生变化图6(3)根据p2，p2发生变化，再根据p1p2，故p1变化，p1 u1i1，u1不变，故i1发生变化3分析动态问题的思路程序可表示为典例剖析例2(2010山东理综19)一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈输入电压的变化规律如图7甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，p为滑动变阻器的触头下列说法正确的是 ()图7a副线圈输出电压的频率为50 hzb副线圈输出电压的有效值为31 vcp向右移动时，原、副线圈的电流比减小dp向右移动时，变压器的输出功率增加思维突破1.关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：(1)负载电阻不变，原线圈的电压u1不变，副线圈的电压u2、电流i1、i2及功率p1、p2都随匝数比的变化而变化；(2)匝数比不变，原、副线圈的电压u1、u2不变，电流i1、i2及功率p1、p2都随负载电阻的变化而变化2无论哪种情况，处理此类问题的关键都是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约的关系图8跟踪训练2如图8所示电路中的变压器为理想变压器，s为单刀双掷开关，p是滑动变阻器r的滑动触头，原线圈两端接交变电流，输入电压不变，则能使原线圈的输入功率变大的是 ()a保持p的位置不变，s由b切换到ab保持p的位置不变，s由a切换到bcs掷于b位置不动，p向上滑动ds掷于b位置不动，p向下滑动考点三远距离输电问题考点解读1远距离输电的处理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2远距离高压输电的几个基本关系(以图9为例)：图9(1)功率关系：p1p2，p3p4，p2p损p3.(2)电压、电流关系：，u2uu3，i2i3i线(3)输电电流：i线.(4)输电线上损耗的电功率：p损i线uir线()2r线当输送功率一定时，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.典例剖析例3(2010浙江理综17)某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kw，现用500 kv电压输电，则下列说法正确的是 ()a输电线上输送的电流大小为2.0105 ab输电线上由电阻造成的损失电压为15 kvc若改用5 kv电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kwd输电线上损失的功率为pu2/r，u为输电电压，r为输电线的电阻思维突破在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用p损ir线，其原因是i线可以由公式p输入i线u输入求出，而p损u线i线和p损则不常用，其原因是在一般情况下，u线不易求出，且易将u线和u输入相混而造成错误跟踪训练3如图10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，当用户消耗的电功率变大时，有()图10au2减小，u4变大 bu2不变，u3变小cp1变小，p2变小 dp2变大，p3变大16.对远距离输电过程中各量的制约关系不明确造成错误图11例4(2010江苏7)在如图11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误区警示错解1：不清楚升压变压器的输入电压由发电机本身决定，而认为只要发电机功率变大，电压就变大，而误选a.错解2：由于不能写出输电线上损耗的功率占总功率的比例的表达式，而漏选d.正确解析由u1u2n1n2可知，匝数比和输入电压不变，则输出电压，故a错误；由i，u损ir，u3u2u损可知，因p变大，则i 变大，u损变大，因此降压变压器的输入电压u3变小，而降压变压器的匝数比不变，故降压变压器的输出电压变小，b错误；由p损()2r可知，因u不变、p变大，所以p损变大，故c正确；由可知，因u不变、p变大，所以比值变大，故d正确答案cd正本清源本题属于程序性比较强的题目，稍有不慎，很容易出现错误，要想正确地求解本题，应从输出功率增大这一变化开始，得出输出电流增大这一关系，然后按照远距离输电的过程图，由左到右，逐步分析，减少失误的机会.跟踪训练42008年1月10日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重，为消除高压输电线上的冰，事后有人设计了利用电流的热效应除冰的融冰思路若在正常供电时，高压线上送电电压为u，电流为i，热耗功率为p；除冰时，在输电功率、用户的输入电压和输电线电阻不变的情况下，通过自动调节高压输电变压器的变压比，使输电线上的热耗功率变为16p，则除冰时 ()a输电电流为4i b输电电流为16ic输电电压为4u d输电电压为a组理想变压器基本规律的应用图121(2011课标全国17) 如图12所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为12，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220v，额定功率为22 w；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 ()au110 v，i0.2 a bu110 v，i0.05 acu110 v，i0.2 a du110 v，i0.2 a2如图13所示，一理想变压器原线圈的匝数n11 100匝，副线圈的匝数n2220匝，交流电源的电压u220sin 100t v，电阻r44 ，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法错误的是 ()图13a交流电的频率为50 hz b电流表的示数为0.2 ac电流表的示数为 a d电压表的示数为44 vb组理想变压器的动态分析图143如图14所示，一理想自耦变压器线圈ab绕在一个圆环形的闭合铁芯上，输入端ab间加一正弦式交流电压，在输出端bp间连接了理想交流电流表、灯泡和滑动变阻器，移动p的位置，可改变副线圈的匝数，变阻器的滑动触头标记为q，则 ()a只将q向下移动时，灯泡的亮度变大b只将q向下移动时，电流表的读数变大c只将p沿顺时针方向移动时，电流表的读数变大d只提高输入端的电压u时，电流表的读数变大4如图15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，下列说法不正确的是 ()图15a相当于在增加用电器的数目ba1表的示数随a2表的示数的增大而增大cv1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c组远距离输电问题5图16为某小型水电站的电能输送示意图，a为升压变压器，其输入功率为p1，输出功率为p2，输出电压为u2；b为降压变压器，其输入功率为p3，输入电压为u3.a、b均为理想变压器，输电线的总电阻为r，则下列关系式正确的是 ()图16ap1p2 bp2p3 cu2u3 du2u36随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为u1，输电导线总电阻为r，在某一时段用户需求的电功率为p0，用户的用电器正常工作的电压为u2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是 ()a输电线上损耗的功率为b输电线上损耗的功率为c若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电d采用更高的电压输电会降低输电的效率课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1理想变压器原、副线圈匝数比为101，以下说法中正确的是 ()a穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是101b穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等c原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为101d正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为112如图1甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻r10 ，其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是 ()图1a当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 vb当单刀双掷开关与a连接且t0.01 s时，电流表示数为零c当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大d当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25 hz3如图2所示为远距离高压输电的示意图关于远距离输电，下列表述正确的是()图2a增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失b高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗的c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d高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好图34如图3所示，一理想变压器原线圈匝数为n11 000匝，副线圈匝数为n2200匝，将原线圈接在u200 sin 120t v的交流电压上，电阻r100 ，电流表a为理想电表下列推断正确的是 ()a交变电流的频率为50 hzb穿过铁芯的磁通量的最大变化率为 wb/sc电流表a的示数为 ad变压器的输入功率是16 w5(2010天津理综7)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡l1、l2，电路中分别接了理想交流电压表v1、v2和理想交流电流表a1、a2，导线电阻不计，如图4所示当开关s闭合后 ()图4aa1示数变大，a1与a2示数的比值不变ba1示数变大，a1与a2示数的比值变大cv2示数变小，v1与v2示数的比值变大dv2示数不变，v1与v2示数的比值不变图56如图5所示，一理想变压器原线圈匝数n11 000匝，副线圈匝数n2200匝，原线圈中接一交变电源，交变电源电压u220sin 100t v副线圈中接一电动机，电阻为11 ，电流表a2示数为1 a电表对电路的影响忽略不计，则 ()a此交流电的频率为100 hzb电压表示数为220 vc电流表a1示数为5 ad此电动机输出功率为33 w7如图6所示为远距离输电的示意图，若电厂输出电压u14 400 sin 100t v，电流i11 000 a，不计变压器损耗，则下列判断正确的是 ()图6au14 400 vbi21 000 aci2u24.4106 wd用户得到的交流电频率为100 hz8如图7所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为n1n241，原线圈ab间接一电压为u220sin 100t v的交流电源，灯泡l标有“36 v18 w”，当滑动变阻器r的滑片处在某位置时，电流表示数为0.25 a，灯泡l刚好正常发光，则 ()图7a滑动变阻器r消耗的功率为36 wb定值电阻r0的电阻为19 c流过灯泡l的交变电流频率为25 hzd将滑动变阻器r的滑片向上滑时，灯泡l的亮度变暗9(2011浙江理综16)如图8所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1800和n2200的两个线圈，上线圈两端与u51sin 314t v的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是 ()图8a2.0 v b9.0 vc12.7 v d144.0 v10如图9所示，m是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u311sin 314t v的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中r2为用半导体热敏材料制成的传感器(r2的阻值随温度升高而减小)，电流表a2为值班室的显示器，显示通过r1的电流，电压表v2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，r3为一定值电阻当传感器r2所在位置处出现火警时，以下说法中正确的是 ()图9aa1的示数不变，a2的示数增大ba1的示数增大，a2的示数增大cv1的示数增大，v2的示数增大dv1的示数不变，v2