高考物理一轮复习 11.2 变压器 电能的输送同步课件.ppt

第2讲变压器电能的输送 一 变压器原理1 构造和原理如图10 2 1所示 1 主要构造 由 和组成 2 工作原理 电磁感应的现象 图10 2 1 原线圈 副线圈 闭合铁芯 互感 2 理想变压器的基本关系式 1 电压关系 若n1 n2 为变压器 若n1 n2 为变压器 2 电流关系 只适用于只有一个副线圈的情况 升压 降压 3 互感器 1 电压互感器 用来把电压变成电压 2 电流互感器 用来把电流变成电流 高 低 大 小 1 如果变压器没有漏磁和能量损失 这样的变压器就是理想变压器 2 变压器只能改变交变电流的电流和电压 不能改变恒定电流的电流和电压 二 电能的输送1 根据p损 i2r线 减少输电电能损失有两种方法 1 减小输电线的电阻 由r 可知 要减小输电线的电阻r线 在输电距离不变情况下 可采用减小材料的 增大导线的等方法 但是不实际 不容易实现 2 减小输电导线中的电流 在输电功率一定的情况下 根据p ui 要减小电流 必须提高 横截面积 电阻率 输电电压 2 远距离输电的功率损失输送功率一定时 线路电流i 输电线上损失功率p损 i2r线 可知p损 1 理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点 电流关系的推导应该以其为依据 2 变压器的以上关系都是根据 口 字型的变压器推出的 如果变压器不是 口 字型时 应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系 如图10 2 2所示的电路中 变压器初级线圈匝数n1 1000匝 次级线圈有两个 匝数分别为n2 500匝 n3 200匝 分别接一个r 55 的电阻 在初级线圈上接入u1 220v的交变电流 求 1 两次级线圈输出电功率之比 2 初级线圈中的电流 听课记录 1 对两个次级线圈有所以u2 u3 又p 所以 2 由欧姆定律得i2 2a i3 0 8a 对有两个次级线圈的变压器有n1i1 n2i2 n3i3所以i1 1 16a 答案 1 2 1 16a 名师归纳 对于有两组以上的副线圈的变压器 电压与匝数成正比关系仍成立 而电流与匝数成反比的规律不再成立 但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入功率等于输出功率进行求解 即u1i1 u2i2 u3i3 或n1i1 n2i2 n3i3 1 理想变压器的几个因果关系当理想变压器的匝数比不变时 如图10 2 3所示 各量相互关系如下 1 输入电压u1决定输出电压u2 这是因为输出电压u2 当u1不变时 不论负载电阻r变化与否 u2不会改变 图10 2 3 2 输出电流i2决定输入电流i1 在输入电压一定的情况下 输出电压u2也被完全确定 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 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 在输入电压u1一定的情况下 当负载电阻r增大时 i2减小 则变压器的输出功率p2 i2u2减小 输入功率p1也将相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 变压器的输出功率p2 i2u2增大 则输入功率p1也将增大 2 动态分析的思路程序可表示为 1 对于电源 原线圈相当于用电器 对于用电器 副线圈相当于电源 2 对理想变压器应注意能量守恒定律的应用 如图10 2 4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可改变变压器原线圈匝数 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 图10 2 4 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a1的示数将减小 电压表v的示数不变c 当滑片c向b端移动时 电流表a2的示数将变大 电压表v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a1 a2 v的示数都变大 滑片c移动改变负载电阻的大小 从而改变副线圈中的电流 功率 改变原线圈中的电流 开关s由1掷向2减少了原线圈的匝数 从而改变其他各物理量 解题指导 滑片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 滑片c向a端移动时 r变小 a2示数i2 变大 则a1示数变大 b项错 滑片c向b端移动时 r变大 由i2 知 a2示数变小 故c项错 当滑片c不动 开关s由1掷向2时 原线圈匝数n1减少 由u2 u1知u2变大 故a2示数变大 a1示数变大 故d项正确 答案 d 名师归纳 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也不变 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也不变 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 u2由u1和匝数比决定 i2由u2和负载电阻决定 i1由i2和匝数比决定 1 如图10 2 5所示 t为理想变压器 副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不可忽略 其余输电线电阻可不计 则当电键s闭合时 图10 2 5 a 交流电压表v1和v2的示数一定都变小b 交流电压表只有v2的示数变小c 交流电流表a1 a2和a3的示数一定都变大d 只有a1的示数变大 解析 闭合s时 输出电路电阻减小 副线圈中电流增大 v1示数不变 a2示数变大 则a1示数也变大 由于v1示数不变 a2示数变大 则v2示数变小 a3示数变小 综上所述 只有b项正确 答案 b 1 对高压输电问题 应按 发电机 升压变压器 远距离输电线 降压变压器 用电器 这样的顺序 或从 用电器 倒推到 发电机 一步一步进行分析 2 高压输电既能减少功率损失 也能减少电压损失 但在实际高压输电时 也并非输电电压越高越好 还需考虑各种因素 依照不同的情况选择合适的输电电压 图10 2 6 3 远距离高压输电的几个基本关系 以图10 2 6为例 1 功率关系 p1 p2 p3 p4 p2 p线 p3 2 电压 电流关系 u2 u线 u3 i2 i3 i线 3 输电电流 i线 4 输电线上损耗的功率 p损 i线u线 i线2r线 当输送的电功率一定时 输电电压增大到原来的n倍 输电线上损耗的功率就减少到原来的 15分 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 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 串联和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p1 p2等联系起来 满分指导 用500v电压送电时示意图如图10 2 7所示 50kw的电功率在输电线上的电流i0 a 100a 用户获得电压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11 2 8所示 要求p损 0 6 p 即p损 50 103 0 6 w 300w 图10 2 7 图10 2 8 输电电流i a 10a 发电站升压后输电电压升压变压器匝数比 输电线上损失的电压u ir 10 3v 30v 降压变压器的输入电压u2 u u 5000 30 v 4970v 1分 降压变压器的匝数比 2分 答案 200v2 104w1 10497 22 名师归纳 在远距离输电问题中 计算电路功率问题时常用关系式 其原因是i线较易由公式求出 而公式p损 u线i线或p损 则不常用 其原因是在一般情况下u线不易求出 且易把u线和u输相混淆造成错误 p损 i线2r线 2 某小型实验水电站输出功率是20kw 输电线总电阻为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 解析 1 输电线上的电流为i a 52 63a输电线路损耗的功率为p损 i2r 52 632 6w 16620w 16 62kw 2 改用高压输电后 输电线上的电流为i a 4a 用户端在变压器降压前获得的电压u1 u i r 5000 4 6 v 4976v根据用户得到的电压为u2 4976v 226 18v 答案 1 16 62kw 2 226 18v 随堂巩固 1 如图10 2 9所示为一理想变压器 在原线圈输入电压不变的条件下 要提高变压器的输入功率 可采用的方法是 a 只增加原线圈的匝数b 只增加副线圈的匝数c 只减小r1的电阻d 断开开关s 图10 2 9 解析 输入功率由输出功率决定 副线圈上的功率p2 增加副线圈的匝数 u2增加 p2增大 b正确 增加原线圈匝数 u2减小 p2减小 a错 减小r1的电阻 副线圈上的总电阻r变小 p2增大 c对 断开s 总电阻r增大 p2减小 d错 答案 bc 2 在家用交流稳压器中 变压器的原 副线圈都带有滑动头 如图10 2 10所示 当变压器输入电压发生变化时 可上下调节p1 p2的位置 使输出电压稳定在220v上 现发现输出电压低于220v 下列措施不正确的是 a p1不动 将p2向上移b p2不动 将p1向下移c 将p1向上移 同时p2向下移d 将p1向下移 同时p2向上移 图10 2 10 解析 由可知u2 要提高u2 可通过增大n2或减小n1或同时增大n2 减小n1的办法 故c的措施不正确 答案 c 3 如图10 2 11所示 理想变压器原 副线圈匝数之比n1 n2 4 1 原线圈两端连接光滑导轨 副线圈与电阻r相连组成闭合回路 当直导线ab在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时 安培表a1的读数是12毫安 那么安培表a2的读数是 a 0b 3毫安c 48毫安d 与r值大小有关 图10 2 11 解析 当直导线ab在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时 原线圈中产生恒定的电流 不能在铁芯中产生变化的磁场 副线圈中不会产生感应电流 a正确 答案 a 4 图10 2 12所示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 图10 2 12 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 解析 远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗 由p损 i2r可以看出 在保证输电功率的前提下有两种方式可减少输电中的能量损失 一是减小输电线的电阻 由r 知 a正确 二是减小输电电流 b正确 若输电电压一定 由p ui知输送的电功率越大 输电电流越大 则输电中能量损耗p损 i2r越大 c错误 电压越高 对输电线路绝缘性能的要求越高 变压器的要求相应提高 线路修建费用会多很多 d正确 答案 abd 5 收音机的变压器的原线圈有