高考物理一轮复习 第10单元交变电流 传感器第2讲　变压器 电能的输送课件 新人教版.ppt

第2讲变压器电能的输送 知识建构 技能建构 1 基本结构 闭合铁芯和线圈 如图所示 一 理想变压器 知识建构 技能建构 2 理想变压器的原理 穿过原 副线圈的磁通量 bs和磁通量的变化率 相同 结果原 副线圈中交变电流的t f都 相同 感应电动势与它们各自的线圈匝数成正比 3 变压器的主要规律 1 在磁损不计的情况下 电压关系 当n1 n2时 有u1 u2 叫做 降压器 当n1 n2 则u1 u2 叫做 升压器 知识建构 技能建构 3 电流关系 只有一组副线圈 则 有几组副线圈 则 i1u1 i2u2 i3u3 二 远距离输电 2 在能损不计的情况下 输出功率 等于输入功率 知识建构 技能建构 1 输电线上的功率损失 由导线上发热损失功率的公式p损 i2r可知 减小输电线上的电流是减小发热损失的可行办法 在输送功率一定的情况下 由p送 ui及p损 i2r可知 可以采用 提高输送电压的办法减小输送电流 从而达到减小导线上发热损失的目的 知识建构 技能建构 2 输送过程示意图及基本关系 1 输电过程的电压关系 知识建构 技能建构 2 输电过程的功率关系 p出 p损 p用 知识建构 技能建构 1 2012年山东济南模拟 如图所示 理想变压器的原 副线圈分别接着定值电阻r1 r2 且r1 r2 原 副线圈的匝数比n1 n2 2 1 交流电源电压为u 则 a r1两端的电压为 b r1两端的电压为 c r2两端的电压为 d r2两端的电压为 知识建构 技能建构 确 答案 ac 解析 输入的交流电源电压u应等于原线圈两端电压加上r1两端电压 即u u1 则通过原线圈的电流i1 而i2 又因为 r1 r2 所以代入可求得 a c正 知识建构 技能建构 2 2012年河北衡水模拟 如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压 时间图象 原 副线圈匝数比n1 n2 10 1 串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1a 则 a 变压器原线圈所接交流电压的有效值为220v b 变压器输出端所接电压表的示数为22v c 变压器输出端交变电流的频率为50hz 知识建构 技能建构 d 变压器的输出功率为220w 解析 由交流电的有效值与最大值的关系可得u 220v a正确 变压器输出电压u2 u 22v 电压表示数即为有效值 为22v b错误 由图可知 交变电流的周期t 0 02s 则频率f 50hz 且变压器工作时交变电流的频率不变 c正确 变压器的输出功率等于输入功率p iu 220w d错误 答案 ac 知识建构 技能建构 3 2012年吉林长春模拟 用电高峰期 电灯往往会变暗 其原理可简化为如下物理问题 如图所示 理想变压器的副线圈上 通过输电线连接两只相同的灯泡l1和l2 输电线的等效电阻为r 原线圈输入有效值恒定的交流电压 当开关s闭合时 以下说法正确的是 a 原线圈中电流减小 b r两端的电压增大 c 副线圈输出电压减小 知识建构 技能建构 d 原线圈输入功率减小 解析 由于变压器原 副线圈的匝数不变 原线圈输入有效值恒定的交流电压 则副线圈两端的输出电压也是不变的 当s闭合 并联了一个灯泡 电路的电阻减小 流过r的电流增加 则r两端的电压增加 原线圈中的电流也增加 原线圈输入功率增大 答案 b 知识建构 技能建构 4 2012年安徽淮北模拟 如图所示 一理想变压器的原线圈匝数n1 1000匝 副线圈匝数n2 200匝 电阻r 88 原线圈接入一电压u 220sin100 t v 的交流电源 电压表和电流表对电路的影响可忽略不计 则 a t 1s的时刻 电压表的示数为0 b 电流表的示数为2 5a c 变压器的输入功率为22w 知识建构 技能建构 d 副线圈交变电流的频率是100 hz 解析 电压表示数应该为有效值 由 可得 u2 44v a错误 i2 0 5a 故i1 i2 0 1a 即电流表示数为0 1a b错误 对于理想变压器 电源的输入功率与输出功率相等 由p ui可知c正确 根据f hz 50hz可知d错误 答案 c 知识建构 技能建构 一 理想变压器及其原 副线圈基本量的关系 知识建构 技能建构 例1如图所示 理想变压器b的原线圈跟副线圈的匝数比n1 n2 2 1 交流电源电压u 311sin100 tv f为熔断电流i0 1 0a的保险丝 负载r为一可变电阻 知识建构 技能建构 2 要使保险丝不被熔断 电阻r的阻值应不小于多少 变压器输出的电功率不能超过多少 名师点金 根据保险丝熔断电流的大小 利用变压器原 副线圈的电流 电压的关系计算出电阻r的临界阻值 1 当电阻r 100 时 保险丝能否被熔断 知识建构 技能建构 规范全解 原线圈电压的有效值 u1 v 220v 由 得副线圈两端的电压 u2 u1 220v 110v 知识建构 技能建构 1 当r 100 时 副线圈中电流 i2 a 1 10a 由u1i1 u2i2得原线圈中的电流 i1 i2 1 10a 0 55a 由于i1 i0 熔断电流 故保险丝不会熔断 知识建构 技能建构 2 设电阻r取某一值r0时 原线圈中的电流i1刚好到达熔断电流i0 即i1 1 0a 则副线圈中的电流 i2 i1 i1 2 1 0a 2 0a 可变电阻阻值 r0 55 此时变压器的输出功率为 p2 i2 u2 2 0 110w 220w 可见 要使保险丝f不被熔断 电阻r的阻值不能小于55 输出的电功率不能大于220w 知识建构 技能建构 答案 1 保险丝不会熔断 2 电阻r的阻值不能小于55 电功率不能大于220w 知识建构 技能建构 方法概述 理想变压器原 副线圈基本量的关系 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 例2如图所示 理想变压器输入端pq接稳定的交流电源 通过单刀双掷开关s可改变变压器初级线圈的匝数 图中电压表及电流表皆为理想电表 则下列说法中正确的是 a 当滑片c向b端移动时 变压器输入功率变大 b 当滑片c向a端移动时 电流表的示数将减小 电压表的示数不变 二 理想变压器动态问题分析 知识建构 技能建构 c 当滑片c向b端移动时 电流表的示数将变大 电压表的示数也变大 d 滑片c不动 将开关s由1掷向2时 三个电表 的示数都变大 名师点金 滑片c移动 是改变负载电阻的大小 从而改变副线圈电流 功率 进而改变原线圈的电流 开关s由1掷向2 是减少原线圈匝数 从而改变其他各物理量 知识建构 技能建构 规范全解 c向b端移动时 r变大 输出功率p2 又因u2不变 则p2减小 所以输入功率减小 a项错误 答案 d 知识建构 技能建构 1 匝数比不变的情况 如图甲所示 甲 方法概述 知识建构 技能建构 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也不变 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 p1 p2 故p1发生变化 知识建构 技能建构 2 负载电阻不变的情况如图乙所示 乙 知识建构 技能建构 2 r不变 u2改变 故i2发生变化 1 u1不变 发生变化 故u2变化 3 根据p2 p2发生变化 再根据p1 p2 故p1变化 p1 u1i1 u1不变 故i1发生变化 知识建构 技能建构 3 分析动态问题的思路可表示为 u1u2i2i1p1 变式训练1一理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 原线圈输入电压的变化规律如图甲所示 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 a 副线圈输出电压的频率为50hz 知识建构 技能建构 b 副线圈输出电压的有效值为31v c p向右移动时 原 副线圈的电流比减小 d p向右移动时 变压器的输出功率增加 知识建构 技能建构 规范全解 由图象可知原线圈输入电压的最大值 um 310v t 2 10 2s 则原线圈输入电压的有效值 u1 220v f hz 50hz 选项a正确 由 可得 u2 u1 22v b错误 p向右移动时 副线圈所接电路的电阻减小 又副线圈输出电压不变 所以副线圈的电流增大 原线圈的电流也增大 而匝数比不变 所以原 副线圈的电流比不变 又副线圈输出电压不变 则变压器的输出功率增加 d正确 c错误 答案 ad 知识建构 技能建构 例3某小型发电站的发电机输出交流电压为500v 输出电功率为50kw 如果用电阻为3 的输电线向远处用户送电 这时用户获得的电压和电功率是多少 假如 要求输电线上损失的电功率是输送功率的0 6 则发电站要安装一个升压变压器 到达用户前再用降压变压器变为220v供用户使用 不考虑变压器的能量损失 这两个变压器原 副线圈的匝数比各是多少 三 远距离输电问题 知识建构 技能建构 名师点金 先画出输电线路图 然后以变压器为界 分成几个独立的闭合电路 应用欧姆定律和串 并联电路的特点及电功 电功率等有关公式分析各自的电流 电压和功率关系 各独立回路之间可通过变压器的 及理想变压器p入 p出等联系起来 知识建构 技能建构 规范全解 用500v电压送电时的示意图如图甲所示 50kw的电功率在输电线上的电流为 i0 a 100a 用户获得的电压为 u1 u0 i0r 500 100 3 v 200v 用户获得的功率p1 i0u1 2 104w 改用高压输送时 示意图如图乙所示 要求p损 0 6 p 即p损 50 103 0 6 w 300w 甲 知识建构 技能建构 乙 答案 200v2 104w1 10497 22 知识建构 技能建构 1 解通过升压 降压变压器进行远距离送电问题的关键是分清各部分输入 输出的各个物理量及其相互关系 方法概述 2 输电导线将升压变压器与降压变压器连接起来 即升压变压器副线圈中的电流 输电线上的电流与降压变压器原线圈中的电流三者相等 3 电压是由发电站控制的 送电单位通过控制用户的使用 同时用户也可以通过电流或功率影响送电单位电能的输送 知识建构 技能建构 4 还需注意以下几点 因为输电距离不变 所以输电线长度一定 要考虑双线输电 发电机的输出功率通常认为是恒定的 输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值 熟记两个基本公式 电压关系 u升 u降 u u降 ir线 能量关系 p出 p损 p降 r线 i2u降 i1u升 变式训练2某发电站的输出功率为1 104kw 输出电压为4kv 通过理想变压器升压后向80km远处供电 已知输电导线的电阻率 2 4 10 8 m 导线横截面积为1 5 10 4m2 输电线路损失的功率为输出 功率的4 求 知识建构 技能建构 2 输电线路上的电压损失 规范全解 1 导线电阻r 2 4 10 8 25 6 输电线路损失的功率为输出功率的4 则4 p i2r 代入数据得 i 125a 由理想变压器p入 p出及p ui得 输出电压u v 8 104v 1 升压变压器的输出电压 知识建构 技能建构 2 输电线路上电压损失 u ir 125 25 6v 3 2 103v 答案 1 80000v 2 3200v 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 福建理综卷 图甲中理想变压器原 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 甲乙 a 输入电压u的表达式u 20sin 50 t v b 只断开s2后 l1 l2均正常发光 知识建构 技能建构 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 命题分析 本题考查正弦交变电流的变化规律及变压器动态问题分析 难度中等 将交变电流图象与变压器结合起来是近几年高考的热点 解析提示 首先由图象得出有效值和瞬时值表达式 再根据变压器原 副线圈各量的关系判断电路变化前后各量的变化情况 知识建构 技能建构 规范全解 由图乙可知输入电压最大值um 20v 100 输入电压表达式u 20sin 100 t v 选项a错误 只断开s2后 l1 l2的电压均为正常工作电压的一半 两灯泡均不能正常发光 选项b错误 只断开s2后 副线圈接入电阻变大 输出功率减小 原线圈的输入功率也变小 选项c错误 s1换接到2后 由 及p 可知p 0 8w 选项d正确 答案 d 知识建构 技能建构 考向预测1如图甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为20 1 r1 10 r2 20 电容器电容c 100 f 已知电阻r1两端的正弦交流电压如图乙所示 则 a 原线圈输入电压的最大值为400v b 交流电的频率为100hz c 电容器所带电荷量恒为2 10 3c 知识建构 技能建构 d 电阻r1消耗的电功率为20w 解析 由图乙可知变压器输出的电压最大值为20v 有效值为10v 变压器原 副线圈的匝数比为20 1 所以原线圈输入电压的最大值为400v a选项正确 副线圈交流电的周期为0 02s 频率为50hz 原 副线圈交流电的频率一致 b选项错误 电容器所带电荷量随电压变化而变化 c选项错误 r1消耗的电功率p 20w d选项正确 答案 ad 知识建构 技能建构 高考真题2 2010年高考 天津理综卷 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 和理想交流电流表 导线电阻不计 如图所示 当开关s闭合后 a