【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第十一章 第一单元 第2课时 变压器 电能的输送课件 选修32.ppt

第一单元交变电流第2课时变压器电能的输送 选修3 2第十一章交变电流传感器 基础回顾 1 变压器 变压器是一种能改变 电压的设备 它是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的 跟电源相连的叫 或叫初级线圈 跟负载相连的叫 或叫次级线圈 其工作原理是 故它不能改变恒定电流 2 理想变压器 没有漏磁和能量损失的变压器 1 输入功率与输出功率的关系是 答案 1 交流原线圈副线圈电磁感应2 1 p1 p2 2 电压与匝数的关系是 适用于绕在同一铁芯上的多个线圈的变压器 3 电流与匝数的关系是 仅适用于只有一个副线圈的变压器 4 原 副线圈交流电的频率关系是 3 两种常见的变压器 1 自耦变压器 如调压变压器 铁芯上只绕 线圈 可升压 可降压 答案 2 3 1 一个 2 高压低压大电流小电流外壳副线圈 要点深化 1 理想变压器的理想化条件及工作原理理想变压器的理想化条件一般指的是 忽略原 副线圈内阻上的分压 忽略原 副线圈磁通量的差别 即磁漏 工作原理 利用了法拉第电磁感应定律和楞次定律 闭合铁芯把在铁芯上具有的磁通量导在铁芯之内而不外漏 这样 通过绕在铁芯上所有线圈的磁通量的变化率相同 利用法拉第电磁感应定律可知 线圈上的电压与其匝数成正比 根据楞次定律可知 原 副线圈上的电流呈现出正弦对余弦的关系 2 多个副线圈电流关系的推导电流与匝数成反比的关系仅适用于只有一个副线圈的变压器 如果副线圈有多个则不适用了 可以根据输入功率等于输出功率的关系推导出 u1i1 u2i2 u3i3 再根据可得出 n1i1 n2i2 n3i3 根据以上关系知 匝数比一定时 u2由u1决定 输入电流由输出电流决定 输入功率由输出功率决定 基础回顾 1 输电线上电能的损失 在输电导线上 由于电流的 效应 必然有一部分 转化成 而损失掉 2 减小输电线上损耗电能的方法根据焦耳定律表达式 可知 1 减小输送电路的 2 减小输送电路的 答案 1 热电能内能2 q i2rt 1 电流 2 电阻 3 高压输电的原理由输送功率p ui 其中u为 i为 由于输送功率是有限的 因而可以通过提高 以减小 则线路上的损耗p损 i2r可大幅度减小 这是行之有效的办法 答案 输送电压输送电流输送电压输送电流 要点深化 1 远距离输电的电路构成如下图所示 2 远距离输电功率 电压 电流之间的关系 1 功率之间的关系是 p1 p2 p3 p4 p2 p3 pr 2 电压之间的关系是 3 电流之间的关系是 可见其中电流之间的关系最简单 i2 ir i3中只要知道一个 另两个总跟它相等 因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口 3 输电线上的电阻 功率损失和电压损失的计算 1 输电线的电阻可能分两条导线长度给 也可能总的给 审题要谨慎 2 计算时都必须用pr ir ur irr 而不能用pr 特别重要的是要会分析输电线上的功率损失 减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积 两者相比 当然选择前者 若输电线功率损失已经确定 那么升高输电电压能减小输电线截面积 从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥 还能少占用土地 如图所示 动态分析问题的思路程序可表示为 如图所示为一理想变压器 s为双掷开关 p为滑动变阻器的滑动触头 u1为加在原线圈两端的交变电压 i1 i2分别为原 副线圈中的电流 p1表示原线圈的输入功率 则 a s接在a处 保持u1不变 p向下移动时 u2增大b s接在a处 保持u1不变 p向下移动时 p1增大c 保持u1及p的位置不变 s由b接到a时 r的功率减小d 保持u1及p的位置不变 s由b接到a时 r的功率增大 解析 输出电压u2 u1 当 u1不变时 无论负载电阻r变化与否 u2不会改变 a错误 但由于r变小 i2变大 副线圈的输出功率变大 故p1增大 b正确 保持u1及p的位置不变 s由b接到a时 变小 则u2变小 由pr 可知 r消耗的功率减小 c正确d错误 答案 bc 点评 1 输入电压u1决定输出电压u2 当u1不变时 不论负载电阻r变化与否 u2不会改变 2 输出电流i2决定输入电流i1 在u1不变时 输出电压u2被确定 当负载电阻r增大时 i2减小 则i1相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 则i1相应增大 因此在使用变压器时 不能使变压器次级线圈短路 3 输出功率p2决定输入功率p1 理想变压器的输入功率与输出功率相等 即p1 p2 当p2变化时 p1同样变化 题型训练 1 如图所示 一理想变压器原线圈接入一交流电源 副线圈电路中r1 r2 r3均为固定电阻 开关s是闭合的 v1和 v2为理想电压表 读数分别为u1和u2 a1 a2和 a3为理想电流表 读数分别为i1 i2和i3 现断开s u1数值不变 下列推断中正确的是 a u2不变 i2变小b i1变小 i3变小c i2变小 i3变大d u2变小 i2变大 解析 因为变压器的匝数与u1不变 故u2不变 当s断开时 因负载电阻增大 故i2减小 a正确 由于u1i1 u2i2 故i1也将减小 因为r1的电压减小 故r2 r3两端的电压将增大 i3变大 c正确 答案 ac 求解远距离输电问题的关键是 1 熟悉 交流发电机 升压变压器 输电线 降压变压器 用电户 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 2 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 一直推算到升压变压器的输入端 3 利用输电线消耗电能和输电电流情况向两边推算 也是经常应用到的 发电厂输出的功率为p0 若发电厂通过两条输电线直接向远处的用电设备供电时 额定电压为u的用电设备消耗的功率为p1 若发电厂用一台升压变压器t1先把电压升高 仍通过原来的输电线供电 到达用电设备所在地 再通过一台降压变压器t2把电压降到用电设备的额定电压u 用电设备可获得的功率增加至p2 1 试根据题意画出二次变压输电全过程的原理图 2 试求升压变压器t1的原线圈与副线圈的匝数比n1 n2以及降压变压器的原线圈与副线圈的匝数比n1 n2 解析 1 画出二次变压输电全过程的原理图如下图所示 2 设输电线的总电阻为r 当发电厂变压器直接向用电设备供电时 输电线中的电流强度为i1 则有p1 i1u p0 p1 ir解得 设降压变压器t2的输入电流为i2 输出电流为i2 则有p2 i2u p0 p2 i r 由此得故降压变压器t2原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比设电源输出电压为u0 根据直接输电的情况可得u0 p0 i1 由此可知 通过变压器之前电源的输出电流为p0 u0 i i1 即与直接输电的电流相等 故升压变压器t1的原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比 答案 1 图见解析 2 点评 本题通过线路上消耗的电功率找出两种情况下线路上的电流强度 从而确定升压变压器的匝数比n1 n2 再求用电设备增加了功率后的电流强度 就可以求出降压变压器的匝数比n1 n2 希望同学们能够掌握这个思路 题型训练 2 一水电站的发电机输出功率100kw 采用11kv的电压向远处的山村送电 输电线路上损耗功率为4 为了适应发展的要求 计划在原址对电站进行扩容 对输电线路进行相应的改造 扩容后电站在发电能力提高的原来的3倍 问 1 如果仍采用原有规格的输电导线 又要保证发电机满负荷工作时线路的输电效率不低于96 则输电电压至少要提高到多少伏 2 如果将输电电压提高到22kv 则线路的输电效率是多少 此是用户得到的功率又是多少 解析 1 电站扩容后使用原有导线而输电效率又保持不变 应有 联立 两式 则扩容后的最小电压 2 如果输电电压提高到u3 22kv 则有 联立 两式 可解得线路的输电效率为 97 用户得到的功率为3p 97 291kw 答案 1 19 1kv 2 97 291kw 如图所示 收音机的变压器的初级线圈i有1210匝 接在u1 220v的交流电源上 变压器有两个次级线圈 次级线圈 的匝数为35匝 次级线圈 的匝数是1925匝 如果不计变压器自身的能量损耗 当变压器工作时 线圈 的电流是0 3a时 初级线圈的电流i1