高考物理总复习 第2讲 变压器 电能的输送课件 新人教版选修32.ppt

对应学生用书p208 一 理想变压器1 变压器 1 主要构造变压器是由和绕在铁芯上的两个组成的 如右图 原线圈 与连接的线圈 也叫线圈 副线圈 与连接的线圈 也叫线圈 闭合铁芯 线圈 交流电源 负载 初级 次级 2 工作原理 1 电流通过原线圈时在铁芯中激发 由于电流的 在不断变化 铁芯中的磁场也在不断变化 2 变化的磁场在副线圈中产生 所以尽管两个线圈之间没有导线相连 副线圈也能够输出电流 3 是变压器工作的基础 磁场 大小 方向 感应电动势 互感现象 3 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 和漏磁的变压器 即它的输入功率和相等 4 基本关系式 1 电压关系 2 电流关系 只有一个副线圈时 输出功率 思考1变压器能否改变恒定电流的电压 能否改变交流电的频率 提示 1 变压器不能改变恒定电流的电压 由变压器的原理可知恒定电流通过原线圈时不能产生变化的磁场 副线圈中的铁芯中的磁通量就不会变化 副线圈中就不会有感应电动势 2 变压器也不能改变交流电的频率 因为原 副线圈中磁通量的变化情况相同 5 几种常用的变压器 1 自耦变压器的原 副线圈共用一个线圈 如下图a b所示 2 电压互感器 属降压变压器 并联在电路中 用于测高电压 如图c所示 3 电流互感器 属于升压变压器 串联在电路中 用于测大电流 如图d所示 二 电能的输送1 电路损失 1 功率损失 设输电电流为i 输电线的电阻为r 则功率损失为 p 2 电压损失 u 减小功率损失和电压损失 都要求提高 减小输电电流 i2r ir 输电电压 电阻 电阻率 横截面 积 电流 电压 3 远距离高压输电 如下图所示 由于发电机本身的输出电压不可能很高 所以采用高压输电时 在发电站内需用升压到几百千伏后再向远距离送电 到达用电区再用降到所需的电压 升压变压器 降压变压器 思考2采用高压输电之后导线中的电流为什么减小 这与部分电路欧姆定律是否相矛盾 提示 在输电时 输送功率是一定的 其功率p ui 所以在输电功率一定的情况下 电压越高 电流越小 这一关系与部分电路欧姆定律并不矛盾 这是由于 1 输电的整个线路并不是纯电阻电路 部分电路欧姆定律的适用条件是纯电阻电路 2 输电的电压并非全部加在了输电导线上 而主要是加在下一级的变压器的初级线圈上 1 一般解题思路 1 分析题干条件找出不变量和变量 2 利用原 副线圈之间的功率关系确定原 副线圈中的电流 3 根据电磁感应原理 分析电压 电流与原 副线圈匝数比之间的关系 已知变压器线圈总匝数为1900匝 原线圈为1100匝 接在有效值为220v的交流电源上 当变压器输出电压调至最大时 负载r上的功率为2 0kw 设此时原线圈中电流有效值为i1 负载两端电压的有效值为u2 且变压器是理想的 则u2和i1分别约为 a 380v和5 3ab 380v和9 1ac 240v和5 3ad 240v和9 1a 2012 湖北黄冈中学月考 如下图甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 r1 20 r2 30 c为电容器 已知通过r1的正弦交流电如图乙所示 则 解析 根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期 频率相同 周期为0 02s 频率为50hz 选项a错误 由图乙可知通过r1的电流最大值为im 1a 根据欧姆定律可知其最大电压为um 20v 再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200v 所以选项b错误 答案 c 1 理想变压器动态分析的两种情况 1 一类是负载电阻不变 原 副线圈的电压u1 u2 电流i1 i2 随匝数比变化而变化的情况 2 另一类是匝数比不变 上述各量随负载电阻变化而变化的情况 不论哪种情况 处理此类问题都要注意两点 根据题意分清变量和不变量 要弄清 谁决定于谁 的制约关系 对电压而言 有输入才有输出 故输入决定输出 对电流 电功 率 而言 有输出才有输入 故输出决定输入 2 变压器动态问题制约思路 1 电压制约 当变压器原 副线圈的匝数比 n1 n2 一定时 输出电压u2由输入电压u1决定 即u2 n2u1 n1 可简述为 原制约副 2 电流制约 当变压器原 副线圈的匝数比 n1 n2 一定 且输入电压u1确定时 原线圈中的电流i1由副线圈中的输出电流i2决定 即i1 n2i2 n1 可简述为 副制约原 3 负载制约 a 变压器副线圈中的功率p2由用户负载决定 p2 p负1 p负2 b 变压器副线圈中的电流i2由用户负载及电压u2确定 3 动态分析问题的思路程序 用i1表示流过原线圈的电流 i2表示流过灯泡的电流 u2表示灯泡两端的电压 n2表示灯泡消耗的电功率 这里的电流 电压均指有效值 电功率指平均值 下列4个图中 能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 思路启迪 1 先考虑电压是什么变化情况 2 再由欧姆定律判断i2是如何变化的 3 电灯的电阻变化吗 4 灯泡的电功率随时间是正比关系吗 答案 bc 2012 河北衡水中学期末 如下图所示是一种理想自耦变压器示意图 线圈绕在一个圆环形的铁芯上 p是可移动的滑动触头 ab间接交流电压u 输出端接了两个相同的灯泡l1和l2 q为滑动变阻器的滑动触头 当开关s闭合 p处于如图所示的位置时 两灯均能发光 下列说法正确的是 a p不动 将q向右移动 变压器的输入功率变大b p不动 将q向左移动 两灯均变暗c q不动 将p沿逆时针方向移动 变压器的输入功率变大d p q都不动 断开开关s l1将变暗 解析 p不动 将q向右移动 变压器输出电流减小 输出功率减小 变压器的输入功率变小 选项a错误 p不动 将q向左移动 变压器输出电流增大 两灯均变亮 选项b错误 q不动 将p沿逆时针方向移动 变压器的副线圈匝数增多 输出电压增大 输出功率增大 输入功率变大 选项c正确 p q都不动 断开开关s l1将变亮 选项d错误 答案 c 对应学生用书p210 物理建模 远距离输电模型1 有关远距离输电问题 应先画出远距离输电的示意图 并将已知量和待求量写在示意图的相应位置 2 抓住输电的两端 电源和用电器 分析一条线 输电线 研究两次电压变换 升压和降压 3 以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路 各回路分别用欧姆定律 串 并联的特点及电功 电功率等公式进行计算 联系各回路的原 副线圈电压 电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系 12分 某电厂要将电能输送到较远的用户 输送的总功率为9 8 104w 电厂输出电压仅为350v 为减少输送功率损失 先用一升压变压器将电压升高再输出 已知输电线路的总电阻为4 允许损失的功率为输送功率的5 所需电压为220v 求升压 降压变压器的原 副线圈的匝数比各是多少 思路启迪 由输电线上损耗的功率和电阻 可计算出输电线上的电流吗 由能量守恒 升压变压器输出端的电压为多少 降压变压器输入端的功率如何计算 降压变压器的输入电压为多少 2012 唐山摸底 在如图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 答案 cd 易错分析 常见的错误在于把输电线路上损失的电压与升压变压器副线圈两端的电压等同或与降压变压器原线圈两端电压等同 如图为远距离输电线的示意图 若发电机的输出电压不变 则下列叙述中正确的是 a 升压变压器原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关b 输电线路中的电流只由升压变压器原 副线圈的匝数比决定 c 当用户用电器的总电阻减小时 输电线上损失的功率增大d 升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 解析 变压器的输出功率决定输入功率 a错 输电线路中的电流由输出功率与输出电压决定 b错 当用户用电器的总电阻减小时 因电流增大 故输电线上损失的功率增大 c对 降压变压器的输入电压为升压变压器的输出电压减去输电线上降低的电压 d错 答案 c 输电线的电阻用r0表示 滑动变阻器r表示用户用电器的总电阻 当滑动变阻器滑片p向下移动时 下列说法不正确的是 a 相当于在增加用电器的数目b a1表的示数随a2表的示数的增大而增大c v1表的示数随v2表的示数的增大而增大d 变压器的输入功率增大 易错分析 错解一 不清楚滑动变阻器阻值变化与负载的关系 认为r减小负载减小 即用电器的数目减少 错选a 错解二 不清楚变压器电流 电压的因果关系 认为由输入决定输出 所谓的 送多少用多少 则错选b而漏选c 正确解答 当滑动变阻器滑片p向下移动时 用电器的总电阻减小 相当于并联的用电器数目增加 同时变压器的输入功率增大 ad对 电网供电是 用多少供多少 输出电流增大则输入电流增大 b正确 但变压器的输出电压则由输入电压决定 当输入电压和变压器的匝数比一定时 输出电压一定 c错 答案为c 如图甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 b是原线圈的中心抽头 图中电表均为理想的交流电表 定值电阻r 10 其余电阻均不计 从某时刻开始在原线圈c d两端加上如图乙所示的交变电压 则下列说法中正确的是 a 当单刀双掷开关与a连接时 电压表的示数为22vb 当单刀双掷开关与a连接且t 0 01s时 电流表示数为零c 当单刀双掷开关由a拨向b时 原线圈的输入功率变大d 当单刀双掷开关由a拨向b时 副线圈输出电压的频率变为25hz 对应学生用书p211 1 2012 海南卷 如右图所示 理想变压器原 副线圈匝数比为20 1 两个标有 12v 6w 的小灯泡并联在副线圈的两端 当两灯泡都正常工作时 原线圈电路中电压表和电流表 可视为理想的 的示数分别是 a 120v 0 10ab 240v 0 025ac 120v 0 05ad 240v 0 05a 答案 d 2 2012 湖南模拟 如下图甲所示电路中 a1 a2 a3为相同的电流表 c为电容器 电阻r1 r2 r3的阻值相同 线圈l的电阻不计 在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示 则在t1 t2时间内 a 电流表a1的示数比a2的小b 电流表a2的示数比a3的小c 电流表a1和a2的示数相同d 电流表的示数都不为零 3 如右图所示 一理想自耦变压器线圈ab绕在一个圆环形的闭合铁芯上 输入端ab间加一正弦式交流电压 在输出端bp间连接了理想交流电流表 灯泡和滑动变阻器 移动p的位置 可改变副线圈的匝数 变阻器的滑动触头标记为q 则 a 只将q向下移动时 灯泡的亮度变大b 只将q向下移动时 电流表的读数变大c 只将p沿顺时针方向移动时 电流表的读数变大d 只提高输入端的电压u时 电流表的读数变大 解析 只将q向下移动时 r阻值增大 电路中电阻增大 电流减小 故b项错