高考物理一轮复习 专题十 交变电流 第2讲 变压器 电能的输送课件.ppt

第2讲 变压器电能的输送 考点1 理想变压器 闭合铁芯 两个线圈 1 变压器的构造 如图10 2 1所示 变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的 初级 负载 次级 1 原线圈 与交流电源连接的线圈 也叫 线圈 2 副线圈 与 连接的线圈 也叫 线圈 构造图图10 2 1 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 大小 方向 感应电动势 3 理想变压器中的参数关系 互感现象 理想变压器 不考虑铜损 线圈电阻产生的焦耳热 铁损 涡流产生的焦耳热 和磁漏的变压器 它的输入功率 输出 功率 等于 4 基本关系式 1 功率关系 对于理想变压器不考虑能量损失 总有p入 2 电压关系 在同一铁芯上只有一组副线圈时 u1u2 p出 n1n2 3 电流关系 在同一铁芯上有多组副线圈时 由p入 p出知i1u1 i2u2 i3u3 n2n1 考点2 远距离输电 1 根据p损 降低输电损耗有两种方法 1 减小输电线的 2 减小输电导线中的电流 在输送功率一定的情况下 根 据p ui 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 输电线上损失的1u2远距离输电中的功率关系 p输 功率p损 i2r线 可知p损 i2r线 电阻 输电电压 p损 p用户 基础自测 1 2016年江苏卷 一自耦变压器如图10 2 2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 图10 2 2 a u2 u1 u2降低b u2 u1 u2升高c u2 u1 u2降低d u2 u1 u2升高答案 c 2 2016年四川卷 如图10 2 3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 图10 2 3 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答案 b 3 多选 如图10 2 4所示 理想变压器原 副线圈的匝数比 p为滑动变阻器的滑片 当副线圈上的滑片m处于图示位置时 灯泡a能发光 操作过程中 小灯泡两端的电压均未超过其额定 值 且认为灯泡的电阻不受温度的影响 则 图10 2 4 a 副线圈输出电压的有效值为22v b 滑片p向左移动时 变压器的输出功率增加 c 滑片p向右移动时 为保证灯泡亮度不变 需将滑片m 向上移 d 滑片m向上移动时 为保证灯泡亮度不变 需将滑片p 向左移 答案 ad 4 远距离输电的原理图如图10 2 5所示 升压变压器原 副线圈的匝数分别为n1 n2 电压分别为u1 u2 电流分别为i1 i2 输电线上的电阻为r 变压器为理想变压器 则下列关系 式中正确的是 图10 2 5 答案 d 热点1 理想变压器原 副线圈基本量的关系 热点归纳 续表 考向1 基本关系的应用 典题1 2017年北京卷 如图10 2 6所示 理想变压器有r 55 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 w a 原线圈的输入功率为220b 电流表的读数为1a c 电压表的读数为110 v d 副线圈输出交流电的周期为50s 图10 2 6 解析 电表的读数均为有效值 原线圈两端电压有效值为220v 由理想变压器原 副线圈两端电压与线圈匝数成正比可知 副线圈两端电压有效值为110v c错误 流过电阻r的电流为2a 可知负载消耗的功率为220w 根据能量守恒定律可知 原线圈的输入功率为220w a错误 由p ui可知 电流表的读数为1a 选项b正确 由交变电压瞬时值表达式可知 100 rad s 周期t 0 02s d错误 答案 b 方法技巧 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 考向2 变压器原线圈与用电器串联的问题 典题2 多选 2016年新课标 卷 如图10 2 7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 1 d 此时a和b的电功率之比为1 9 图10 2 7 解析 设灯泡的额定电压为u0 则输入电压u 10u0 由于两灯泡均正常发光 故原线圈两端的电压u1 u u0 9u0 副线圈两端的电压u2 u0 所以原 副线圈的匝数比n1 n2 u1 u2 9 1 a项正确 b项错误 原 副线圈的电流之比i1 i2 n2 n1 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 答案 ad 考向3 变压器副线圈含二极管的问题 典题3 多选 如图10 2 8所示 一理想变压器原 副线 圈的匝数分别为n1 n2 原线圈通过一理想电流表 接正弦式交 流电源 一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端 假设该二极管的正向电阻为零 反向电阻为无穷大 用交流电压表测得a b端和c d端的电压分别为uab和ucd 则 图10 2 8 a uab ucd n1 n2 b 增大负载电阻的阻值r 电流表的读数变小c 负载电阻的阻值越小 c d间的电压ucd越大d 将二极管短路 电流表的读数加倍 解析 经交流电压表 交流电流表测得的值分别为交变电 电压u2 而输出电压u2不等于c d端电压 因二极管具有单向导电性 输出电压经二极管整流后有效值发生变化 ucd 功率减小 根据理想变压器的输入功率等于输出功率可知 输 入功率必减小 故电流表读数变小 b项正确 c项错误 二极 输入功率p1也加倍 而输入电压u1不变 根据p1 u1i1得电流表读数加倍 d项正确 答案 bd 热点2考向1 理想变压器的动态分析匝数比不变的情况 如图10 2 9所示 图10 2 9 典题4 2016年天津卷 如图10 2 10所示 理想变压器原线圈接在交流电源上 图中各电表均为理想电表 下列说法正 确的是 a 当滑动变阻器的滑动触头p向上滑动时 r1消耗的功率变大 示数 变大 b 当滑动变阻器的滑动触头p向上滑动时 电压表c 当滑动变阻器的滑动触头p向上 滑动时 电流表 示数变大 d 若闭合开关s 则电流表 示数 变大 示数变大 图10 2 10 解析 滑动变阻器的滑动触头p向上滑动时 滑动变阻器接入电路的阻值变大 总电阻也变大 而副线圈两端的电压没有变化 所以干路中的电流减小 r1消耗的功率变小 a项错误 干路中的电流变小 r1两端的电压变小 并联电路的电压 变大 即电压表 示数变大 b项正确 由于变压器副线圈干 路中的电流变小 所以原线圈中的电流变小 即电流表 的示 数变小 c项错误 闭合开关s后 并联电路的阻值变小 总电阻也变小 干路中的电流变大 r1两端的电压变大 并联电 路的电压变小 通过r2的电流变小 即电流表 示数变小 示数变大 d项错误 因变压器的功率变大 故电流表答案 b 考向2 负载电阻不变的情况 如图10 2 11所示 图10 2 11 典题5 如图10 2 12所示 发电机的电动势为e 678sin100 t v 变压器的副线圈匝数可调 滑片p置于a处时 用户恰好得到220v的电压 r表示输电线的电阻 下列说法正确 的是 a 电流的频率为100hz b 电压表 的示数为220v c 电压表 的示数为678v 图10 2 12 d 当滑片p向上滑时 的示数变大 解析 电流的频率为f 2 100 2 hz 50hz 选项a错 误 因用户恰好得到220v的电压 即电压表 的示数大于 220v 选项b错误 电压表 的示数等于交流电的有效值 答案 d 热点3 远距离输电问题 热点归纳 远距离输电问题的 三二一 1 理清三个回路 如图10 2 13所示 图10 2 13在回路2中 u2 u u3 i2 i线 i3 2 抓住两个联系 典题6 如图10 2 14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u umsin 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 图10 2 14 答案 c 方法技巧 输电线路功率损失的计算方法 迁移拓展 多选 2017年广东江门模拟 某小型水电站的电能输送示意图如图10 2 15所示 已知输电线的总电阻r 10 降压变压器t2的原 副线圈匝数之比为4 1 电阻r0 11 若t1 t2均为理想变压器 t2的副线圈两端电压表达式 为u 220sin100 t v 下列说法正确的是 图10 2 15a 发电机中的电流变化频率为100hzb 通过r0的电流的有效值为20ac 升压变压器t1的输入功率为4650wd 若r0的电阻减小 发电机的输出功率也减小 解析 变压器不能改变交变电流的频率 交变电流的频率 f 2 50hz 选项a错误 降压变压器副线圈两端交变电压 的有效值为220v 负载电阻为11 所以通过r0的电流的有效值是i 20a 选项b正确 根据电流与匝数成反比可知 输电线上的电流为i 5a 所以输电线上消耗的功率为i 2r 250w 用电器消耗的功率为i2r0 4400w 所以升压变压器的输入功率为4650w 选项c正确 当用电器的电阻r0减小时 通过用电器的电流增大 通过输电线的电流增大 用电器的功率增大 输电线损耗的功率增大 则发电机的输出功率也增大 选项d错误 答案 bc 特殊的变压器模型 考向1 自耦变压器 自耦变压器又称为调压变压器 它只有一个线圈 把全部线圈作为原线圈或副线圈 线圈的一部分作为副线圈或原线圈 由此自耦变压器可以降压 也可以升压 变压器的基本规律对自耦变压器均适用 典题7 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈 原 副线圈都只取该线圈的某部分 一升压式自耦调压变压器的电路如图10 2 16所示 其副线圈匝数可调 已知变压器线圈的总匝数为1900匝 原线圈为1100匝 接在有效值为220v的交流电源上 当变压器输出电压调至最大时 负载r上的功率为2kw 设此时原线圈中电流的有效值为i1 负载两端电压的有效值为 u2 且变压器是理想的 则u2和i1分别约为 图10 2 16 b 380v和9 1ad 240v和9 1a a 380v和5 3ac 240v和5 3a答案 b 考向2 双副线圈变压器 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 典题8 如图10 2 17所示 接在理想变压器回路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 图10 2 17 a 1 1 1c 6 2 1 b 3 2 1d 2 2 1 答案 b 考向3 互感器 互感器分为电压互感器和电流互感器 比较如下表所示 典题9 2017年福建龙岩质检 l1和l2是高压输电的两条输电线 现要通过变压器测量l1和l2之间的电压 下列四种 电路连接正确的是 ac bd 解析 通