高考物理总复习 102变压器和电能的输送课件 新人教版.ppt

第2单元变压器和电能的输送 一 变压器的作用能够改变交流电压和电流的设备 例1 如图所示 a c两个线圈的匝数比为2 1 相距1m宽的平行金属导轨处在磁感应强度为1t的匀强磁场中 电阻不计的金属棒mn在导轨上以5m s的速度向左做匀速运动 则m n两端的电压为 v 灯泡l2两端的电压为 v 解析 m n两端的电压为u blv 1 1 5v 5v 由于m n间输出电压稳定 不能在副线圈中产生变化的磁通量 故灯泡l2两端的电压为0v 答案 50 二 变压器的主要构造由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成的闭合铁芯和两个或更多用漆包线绕制而成的线圈组成 三 变压器的工作原理互感现象是变压器工作的基础 可用法拉第电磁感应定律来解释 在原线圈上加交变电压u 原线圈中就有交流电通过 在铁芯中产生交变的磁通量 既然穿过副线圈 必然会在副线圈中引起感应电动势 所以这时的副线圈可以作为电源使用 且产生交变电压 一般用u2表示 当把用电器接在副线圈两端 则通过用电器的电压就是u2 例2 如图所示 理想变压器原线圈中输入电压u1 3300v 副线圈两端电压u2为220v 输出端连有完全相同的两个灯泡l1和l2 绕过铁芯的导线所接的电压表v的示数u 2v 求 1 原线圈n1等于多少匝 2 当开关s断开时 表a2的示数i2 5a 则表a1的示数i1为多少 3 当开关s闭合时 表a1的示数i 1等于多少 四 变压器的基本规律1 频率关系 f1 f2变压器不能改变交流电的频率 或周期 例3 一台理想变压器的原 副线圈匝数比等于10 1 这台变压器工作时 原线圈上的频率和副线圈上的频率之比等于 a 10 1b 1 10c 1 1d 100 1 解析 理想变压器 只能改变电压和电流 不能改变交流电的频率和功率 答案 c 2 功率关系 p1 p2变压器不能改变功率 更不能增加电能 p1 p2 p损 一般大型变压器效率可达97 99 5 所以实际上可认为变压器输入电功率p1 u1i1等于输出功率p2 u2i2 例4 2010 重庆 一输入电压为220v 输出电压为36v的变压器副线圈烧坏 为获知此变压器原副线圈匝数 某同学拆下烧坏的副线圈 用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈 如图所示 然后将原来线圈接到220v交流电源上 测得新绕线圈的端电压为1v 按理想变压器分析 该变压器烧坏前的原 副线数分别为 a 1100 360b 1100 180c 2200 180d 2200 360 答案 b 例5 如图是一个理想变压器的示意图 共有三个线圈 其中有两个副线圈 原 副线圈的匝数之比为n1 n2 n3 10 5 1 已知负载电阻r2 110 r3 11 在原线圈n1上加220v的交变电压时 求通过n1 n2 n3的电流i1 i2 i3的大小 答案 0 7a1a2a 五 变压器各量间的关系以下讨论的是原 副线圈一对一的情况 如图所示 1 u1和u2的关系原线圈两端电压u1由电源电压决定 与n1 n2 u2无关 u2取决于u1 n1 n2 2 p1和p2的关系原线圈对应功率p1 副线圈对应功率p2 p2由负载决定 当负载增多时 p2增大 p1也随之变大 在变压器额定功率允许的条件下 p1随p2的变化而变化 即p1决定于p2 p2决定于负载 例6 用理想变压器给负载电阻r供电 下列哪种办法会增加变压器的输入功率 a 减小负载电阻r的值b 增加原线圈的匝数c 加粗原线圈的导线d 减小副线圈的匝数 答案 a 3 i1和i2的关系i2是由u2和负载决定 当负载增多时 负载电阻减小 i2增大 i1增大 i1随i2的变化而变化 当i2 0时 即次级线圈断开时 称空载 对于实际变压器i1很小 对于理想变压器由p1 p2 u1i1 u2i2 而u1 0 故i1 0 例7 对实际降压变压器的输出端接有负载电阻 下列说法中正确的是 a 在副线圈和负载断路时 副线圈中的电流为零 根据u1i1 u2i2 可得i1 0 即原线圈中的电流也为零b 当副线圈和负载断路时 原线圈中的电流i1不为零 其值是很小的c 当副线圈和负载断路时 原线圈中的电流i1不为零 其值是很大的d 原线圈通过电流小 可用较细导线绕制 副线圈通过电流大 应用较粗的导线绕制 答案 bd 思考 有位同学说 节约用电是没有意义的 即使用户都不用电 发电机仍在转动 同样要消耗燃料 他的说法对吗 为什么 提示 不对 因为都不用电 相当于负载空载 如果是理想变压器 则i1 0 不需克服发电机线圈安培力做功 机械动力不消耗能量 对实际变压器 i1很小 这时对应的安培力也很小 动力机械带动发电机很轻 六 u1 u2指原 副线圈两端的电压 例8 如图所示 理想变压器的原副线圈的匝数比为n1 n2 2 1 a b为完全相同的灯泡 电源电压为u 则灯泡两端电压为 答案 d 七 变压器的额定功率u2由u1决定 i1由i2决定 p1由p2的变化引起变化 但p ui的值不能大于变压器的额定功率 例9 一理想变压器 它的初级线圈接在稳定的交流电源上 次级接在一阻值为r的用电器上 这时变压器恰好在额定功率下工作 对变压器来说 能够允许的做法是 a 换用电阻r较小的用电器b 换用阻值较大的用电器c 多并联一个用电器d 多串联一个用电器 答案 bd 八 几种常见的变压器1 自耦变压器 1 特点 铁芯上只有一个线圈 2 作用 可作升压变压器使用 也可作为降压变压器使用 如图所示 3 计算 遵循变压器的电压 电流关系 例10 在如图所示的电路中 t为理想的调压变压器 a v是理想的交流电表 在ab之间接上电压有效值保持不变的正弦交流电源 若将调压变压器的滑动触头p向上移动一些 则 a 电流表a的示数变小b 电流表a的示数不变c 电压表v的示数变大d 变压器的输入功率变大 答案 a 2 电压互感器 1 作用 将高电压变成低电压 便于仪表测量 保证人身安全 2 使用方法 把原线圈并在高压电路上 副线圈两端接入交流电压表 如图所示 3 电流互感器 1 作用 把大电流变成小电流 便于测量 2 使用方法 把原线圈串在待测电路中 副线圈接入交流电流表 如右图所示 名师点拨 电压互感器和电流互感器在构造上相似 电压互感器的n1 n2 电流互感器的n1 n2 使用时注意谁并联在高压电路 谁串联在高压电路 例11 如下图所示 m n为两条交流输电线 甲 乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图 以下说法正确的是 a 在乙图中 线圈n4的导线一定比线圈n3的导线粗b 甲图中的电表是交流电流表 乙图中的电表是交流电压表c 甲图中的电表是交流电压表 乙图中的电表是交流电流表d 甲 乙两图中的电表均为交流电流表 解析 甲图为电压互感器 乙图为电流互感器 由此判断c项正确 乙图中n3对应大电流 匝数少 可使用较粗导线绕制 减小能量损失 n4对应小电流 匝数多 相对n3来说 可使用细些导线绕制 故a项错 答案 c 学法指导 对于电流互感器初 次级线圈导线的粗细的选取 应本着相对的观点 当然 从减少能量损失上考虑 副线圈使用较粗导线 可减少能量损失 但相对制做成本增高 仪器的重量加大 因此 在考虑类似问题时要从实际出发 有相对观点 不能绝对化 九 远距离输电1 讨论的前提 输送功率一定 2 采用高压输电的原因能量损失q i2 r线 t 分析起来有三个方面可减少能量损失 减小输电线的电阻 减小输送的电流 减少输电时间 这是不可行的 例12 如下图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 a 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小电路的发热损耗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 答案 abd 一 对变压器工作原理的深化理解 例1 如图所示 在绕制变压器时 某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上 当通以交流电时 每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈 另一半通过中间的臂 已知线圈1 2的匝数比为n1 n2 2 1 在不接负载的情况下 a 当线圈1输入电压220v时 线圈2输出电压为110vb 当线圈1输入电压220v时 线圈2输出电压为55vc 当线圈2输入电压110v时 线圈1输出电压为220vd 当线圈2输入电压110v时 线圈1输出电压为110v 答案 bd 二 远距离输电的解题技巧1 远距离输电的模型明确原理图及各量之间的关系 例2 某发电厂发电机的输出功率p 100kw 发电机端电压u 250v 向远处送电的输电线的总电阻r 8 要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5 用户得到的电压又正好是220v 那么 1 应该怎样安装变压器 画出输电线路的示意图 2 求出所用的变压器的原 副线圈的匝数比 解析 1 只要安装一台升压变压器和一台降压变压器 输电线路示意图如图所示 答案 1 如上图所示 2 升压1 16 降压190 11 学法指导 求解远距离输电的关键是 熟悉 交流发电机 升压变压器 输电线 降压变压器 用户 这一过程 并画出这一过程的示意图 把需要的物理量都标在图中的相应位置上 利用逆算法解决电能的输送问题时往往比较方便 方法是先从负载的功率算起 一直倒推到升压变压器的输入端 触类旁通 某小型实验水电站输出功率是20kw 输电线路总电阻是6 1 若采用380v输电 求输电线路损耗的功率 2 若改用5000v高压输电 用户端利用n1 n2 22 1的变压器降压 求用户得到的电压 答案 1 16 62kw 2 226 18v 一 分压器与变压器 例1 如图所示 1 2 两电路中 当a b两端与e f两端分别加上220v的交流电压时 测得c d间与g h间的电压均为110v 若分别在c d两端与g h两端加上110v的交流电压 则a b间与e f间的电压分别为 a 220v220vb 220v110vc 110v110vd 220v0v 解析 首先要搞清变压器和滑动变阻器在改变电压原理上的本质不同 对于变压器 a b与c d间的电压比总是等于它们之间线圈的匝数比 与哪一个是原线圈无关 故a b间接220v交变电压 c d间电压为110v c d间改接110v 则a b间应输出电压220v 答案 b 二 实际电路的连接与分析 例2 为了测定和描绘 220v 60w 的白炽灯泡灯丝的伏安特性曲线 可以利用调压变压器供电 调压变压器是一种自耦变压器 它只有一组线圈l 绕在闭合铁芯上 输入端接在220v交流电源的火线和零线间 输出端有一个滑动触头p 移动它的位置 就可以使输出电压在0 250v之间连续变化 图中画出的是调压变压器的电路图符号 实验室内备有交流电压表 交流电流表 滑动变阻器 开关 导线等实验器材 1 在图中完成实验电路图 2 按你的实验电路图进行测量 如果电表内阻的影响不能忽略 在电压较高段与电压较低段进行比较 误差较大的是电压较 段 原因是 解析 1 如右图开关应接在火线一边 火线与公共端相连的也可以 电流表内接外接都可以 2 若采用电流表外接法 则电压较高段误差较大 因为电压越高 灯丝电阻越大 由于电压表分流而造成的误差越大 若采用电流表内接法 则电压较低段误差更大 因为电压越小 灯丝电阻越小 由于电流表分压造成的误差越大 名师点拨 本题属于与生活实际密切相关的问题 开关必须接在火线一边 以确保安全 这是用电常识 误差分析是高中阶段的难点 从本题看解题思路 本题涉及到由于内接法 外接法引起的误差 要注意分析伏安法测电阻误差的原因 是电压表的分流 还是电流表的分压造成的 找出与待测电阻比拟的量是电压表的内阻还是电流表的内阻 注意本题不需使用滑动变阻器 因为调压器已经能够使电压在0 250v之间连续变化 三 电路的动态变化分析 例3 如下图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图 变压器的输入电压是市区电网的电压 负载变化时输入电压不会有大的波动 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 当用电器增加时 相当于r的值减小 滑动片向下移 当用户的用电器增加时 图中各表的读数及输入和输出端的功率变化为 a a1表的示数变大 v2表的示数不变b a2表的示数变小 v1表的示数不变c a1表的示数变大 v2表的示数变大d 初级线圈输入功率变大 a2表的示数变大 解析 变压器的输入电压是市区电网的电压 负载变化时输入电压不会有大的波动 说明u1不随电路的变化而变化 由电源决定 由于变压器的匝数比不变 故副线圈两端的电压u2不变 这样就将问题转化为直流电路的动态变化问题了 答案 ad 名