高考物理一轮总复习 专题十一 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 1 构造 由一个闭合铁芯 原线圈及副线圈组成 如图11 2 1所示 图11 2 1 2 工作原理 根据电磁感应原理 即在同一铁芯上的磁通量的变化率处处相同 3 理想变压器中的参数关系理想变压器 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 1 功率关系 对于理想变压器不考虑能量损失 总有p入 p出 2 电压关系 在同一铁芯上只有一组副线圈时 i1u1 i2u2 得 在同一铁芯上只有一组副线圈时 u2 在同一铁芯上有多组副线圈时 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 得i1n1 i2n2 i3n3 u1 4 注意事项 1 变压器能改变交变电流电压 但不能改变恒定电流 直流电 的电压 如果原线圈接上直流电 则副线圈输出电压为零 2 变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小 用较细的导线绕制 变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大 用较粗的导线绕制 3 副线圈上的电流电压和原线圈上电流电压一样也是交 变的 且频率相同 4 相互制约关系 跟踪训练 a 电压表v1的示数为311vb 电压表v2的示数为62v c 电流表a1的示数为0 10ad 电流表a2的示数为0 35a 图11 2 2 解析 由瞬时电动势表达式可知电流频率为50hz 电压有效值约为220v 副线圈电压有效值约为44v 算得副线圈电流有效值约为0 50a 算得原线圈电流有效值约为0 10a 故答案为c 答案 c 论正确的是 a 副线圈中电压表的读数为55v 图11 2 3 ac 考点2 远距离输电 1 减少损耗的方法发电机的输出功率为一定值 p ui 在远距离输电的过程中 有相当一部分能量损耗在输电线上 设输电线的电阻为r 则损耗的电能 即转化为热能的部分为q i2rt 热功率为 p损 i2r 要减少线路上电能的损耗 有两种方法 1 减小电阻 减小电阻率 现有的导线多为铝导线 可改为铜 但价格太高 减小距离 但可行性不大 增大面积 有局限性 并且耗费材料 p热 2 减小电流 在输出功率不变的情况下 要减小电流 必 须提高u 即需采用高压输电 2 远距离输电 1 远距离输电的经典模型 如图11 2 4 2 远距离输电的三组关系及两种损耗如下 图11 2 4 跟踪训练 3 2011年广州一模 图11 2 5是远距离输电的示意图 下列说法正确的是 图11 2 5a a是升压变压器 b是降压变压器b a是降压变压器 b是升压变压器c a的输出电压等于b的输入电压d a的输出电压等于输电线上损失的电压 a 4 双选 惠州2012届高三一模 某发电厂通过远距离向某学校输电 输送的电功率为p 当输电线的电阻和输送的电 功率不变时 则下列说法正确的是 a 输送的电压越高 输电线路上损失的电压越大b 输电线路上损失的电压与输送电流成正比c 输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成正比d 输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 解析 根据输电线路上损失的功率p额 i2r以及输电线上的电流与输出功率 电压的关系p ui可知 当输电线的电阻和输送的电功率不变时 输送的电压越高 输电线上的电流越 小 输电线路上损失的电压越小 且输电线路上损失的功率跟 输送电压的平方成反比 选项a错误 选项d正确 根据欧姆定律可知 输电线路上损失的电压与输送电流成正比 选项c错误 b正确 答案 bd 热点1 交变电流的图象 变压器及其简单综合 例1 双选 2011年广东卷 图11 2 6甲左侧的调压装置可视为理想变压器 负载电路中r 55 a v为理想电流表和电压表 若原线圈接入如图乙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 图11 2 6 a 电流表的示数为2ab 原 副线圈的匝数比为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 答案 ac 备考策略 这类问题往往综合考查交变电流的图象 变压器 欧姆定律等知识 题目的难度并不大 要求考生全面掌握基础知识 此外 由于变压器与日常生活联系较紧密 近年已经成为全国各地高考的主要考查对象 考生应引起注意 触类旁通 1 双选 2011年汕头一模 如图11 2 7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 图11 2 7 答案 ac 热点2 理想变压器的动态变化问题 方法简介 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 原副线圈的电压u1 u2 电流i1 i2 功率p1 p2随匝数比变化而变化 2 匝数比不变 原副线圈的电压u1 u2 电流i1 i2 功率p1 p2随负载电阻的变化而变化 无论哪种情况 处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量 弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系 输出功率决定输入功率 输入电压u1和匝数比决定输出电压u2 输出电压u2和负载电阻决定i2 i2和匝数比决定i1 例2 2011年福建卷 图11 2 8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 图11 2 8 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 答案 d 例3 双选 2010年潍坊一模 如图11 2 9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 u1为加在原线圈两端的交变电压 i1 i2分别为原线圈和副线 圈中的电流 下列说法正确的是 a 保持p的位置及u1不变 s由b切换到a 则r上消耗的功率减小b 保持p的位置及u1不变 s由a切换到b 则i2减小c 保持p的位置及u1不变 s由b切换到a 则i1增大d 保持u1不变 s接在b端 将p向上滑动 则i1减小 图11 2 9 解析 本题考查了变压器电路的动态分析 由于不能正确理解变压器原副线圈电流 电压与功率的制约关系很容易错解 s由b切换到a时 副线圈匝数增多 则输出电压u2增大 r消耗的功率增大 由变压器功率关系可知 其输入功率也增大 故i1增大 所以a错c对 s由a切换到b时 副线圈匝数减少 则输出电压u2减小 i2减小 b对 p向上滑动时 r减小 i2增大 由电流与匝数的关系可知 i1增大 d错 答案 bc 同类延伸 要用类直流电路动态问题的方法分析变压器动态变化问题 具体思路是 要把副线圈上的电压作为副线圈负载的电源电动势 根据分析直流电路动态问题的方法分析副线圈上的电流 电压和功率变化 一般分析的思路是 u1 u2 i2 i1 p2 p1 分析过程中要根据题意分清变量与不变量 要明确变量之间的相互制约关系 应用变压器的几个决定关系 触类旁通 2 双选 2010年天津卷 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 11 2 10所示 当开关s闭合后 a a1示数变大 a1与a2示数的比值不变b a1示数变大 a1与a2示数的比值变大c v2示数变小 v1与v2示数的比值变大d v2示数不变 v1与v2示数的比值不变 图11 2 10 答案 ad 3 双选 理想变压器的原线圈连接电流表 副线圈接入电路的匝数可以通过触头q调节 在副线圈输出端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r 在原线圈上加一电压为u的交流电 如图11 2 11 所示 若 a q位置不变 将p向上滑动 u 变大b q位置不变 将p向上滑动 电流表的读数变小c p位置不变 将q向上滑动 电流表的读数变大d p位置不变 将q向上滑动 变压器的输入功率不变 图11 2 11 解析 q位置不变时 u 不变 将p向上滑动 因电阻增大 故i2减小 电流表的示数减小 若p位置不变 将q向上滑动 u 增大 i2增大 电流表的示数增大 变压器的输入功率增大 答案 bc 热点3 远距离输电的计算 方法简介 处理远距离输电问题 关键是正确建立并画出输电流程图 把需要的物理量都标在图中相应的位置上 输电电流一般为联系各物理量的重要线索 从 输电线 开始 或从 发电 或从 用户 开始 把握好各物理量之间的相互关系 抓住输电的两端 电源与用电器 分析一条线 输电线 研究两次电压变换 升压和降压 然后以升压变压器的副线圈 输电线 降压变压器的原线圈构成回路 利用电路知识如欧姆定律等分析三者的电流 电压和功率关系 即 1 由输电功率和输电电压确定输电线中的电流 2 计算输电线路的电压损失 功率损失 确定降压变压器 的输入电压 输入功率 3 计算升压变压器 降压变压器的变压比 例4 双选 2010年江苏卷 在如图11 2 12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 图11 2 12 答案 cd 同类延伸 在计算远距离输电问题过程中 计算输电线路上功率损失和电压损失时需要特别注意 分析和计算时必须用 触类旁通 4 2010年福建卷 中国已投产运行的1000kv特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程 假设甲 乙两地原采用500kv的超高压输电 输电线上损耗的电功率为p 在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下 现改用1000kv特高压输电 若不考虑其他因素的影响 则输电线上损耗的电功率将变为 a p4 b p2 c 2p d 4p 解析 本题以高压输电这一生活情境为背景 响应了 两会 提出的节能减排的建议 考查了用远程高压输电减少能耗的知识点 具有实际意义 由p ui可知当输出电压由500kv升高到1000kv时 电路中的电流将减为原来的一半 由p损 答案 a 易错点 理想变压器的应用 例题 图11 2 13中 降压变压器的变压系数是3 即初级线圈匝数与次级线圈的匝数之比是3 初级线圈的输入电压是660v 次级线圈的电阻为0 2 这台变压器供给100盏 220v 60w 的电灯用电 求 1 空载时次级线圈的路端电压和输出功率 2 接通时次级线圈的路端电压 3 每盏灯的实际功率 图11 2 13 理解能力的高低表现在把握文字的物理意义上 题文中说 次级线圈的电阻为0 2 可见文中所述的变压器有内耗 不是理想变压器 类比直流电路的知识