广东省高中物理第一轮总复习 第11章第2讲变压器 远距离输电 粤教版 新课标.ppt

1 变压器的结构与工作原理 1 变压器的构造 如图所示 变压器是由闭合铁芯和绕在铁 芯上的两个线圈组成的 一个线圈跟电源连接 叫 也叫初级线圈 另一个线圈跟负载连接 叫 也叫次级线圈 两个线圈都是用绝缘导线绕制成的 铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成 原线圈 副线圈 2 理想变压器的工作原理实质上就是定律和定律在上述理想化条件下的新的表现形式 法拉第电磁感应 能的转化与守恒 2 理想变压器的公式 1 变压器的变压比 u1 u2 n1 n2u1 n1 u2 n2 u3 n3 u n k理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比当n2 n1时 u2 u1 变压器使电压升高 这种变压器叫做升压变压器 当n2 n1时 u2 u1 变压器使电压降低 这种变压器叫做降压变压器 2 变压器的变流比 当变压器只有一个副线圈工作时 才有 可见 变压器工作时 原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比 当变压器有多个副线圈时 如图所示 有p入 p出 即无论有几个副线圈在工作 变压器的输入功率总等于所有输出功率之和 有u1i1 u2i2 u3i3 有多个副线圈时满足n1i1 n2i2 n3i3 变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小 可用较 的导线绕制 变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大 应用较 的导线绕制 细 粗 3 理想变压器的输入功率与输出功率即在输入电压确定以后 输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比 与原线圈匝数的平方成反比 与副线圈电路的电阻值成反比 3 几种常用的变压器 1 自耦变压器 特点是铁芯上只绕有一个线圈 如果把整个线圈作原线圈 副线圈只取线圈的一部分 就可以降低电压 图甲 如果把线圈的一部分作原线圈 整个线圈作副线圈 就可以升高电压 图乙 2 调压变压器就是一种自耦变压器 它的构造如图 丙 所示 线圈ab绕在一个圆环形的铁芯上 ab之间加上输入电压u1 移动滑动触头p的位置就可以调节输出电压u2 3 电压互感器如图 a 所示 原线圈并联在高压电路中 副线圈接电压表 互感器将高电压变为低电压 通过电压表测低电压 结合匝数比可计算出高压电路的电压 4 电流互感器如图 b 所示 原线圈串联在待测高电流电路中 副线圈接电流表 互感器将大电流变成小电流 通过电流表测出小电流 结合匝数比可计算出大电流电路的电流 4 远距离输电问题的解题方法首先要画出远距离输电的示意图来 并在图中标出相应的物理量符号 一般设两个变压器的初 次级线圈的匝数分别为 n1 n 1 n2 n 2 相应的电压 电流 功率也应该采用相应的符号来表示 1 输电线上的功率损失 根据pr i2r 可知减少输电中的功率损失可以有两种方法 一种方法是 减小电阻 在电线长度l一定的情况下 应当选用电阻率小 横截面积大的导线 另一种方法是提高输电的电压u 减小电流i 减小输电导线中的电流 在导线电阻不变的条件下 电流如果减小到原来的百分之一 功率损失 p i2r就减小到原来的万分之一 根据u损 ir 可知减小输电线路上的电压损失也有两种方法 一种是增大输电导线的截面积以减小电阻 另一种是减小输电电流 在输送电功率不变的前提下 必须提高输电电压 通过以上分析 我们看到 无论从减小输电中的功率损失 还是从减小电压损失方面看 都要求提高输电电压 减小输电电流 输电线上的功率损失和电压损失要特别注意 分析和计算时都必须用而不能用由可得出的结论 减少输电线功率损失的途径是在选定电阻率较小材料后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少输电线截面积 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 2 远距离输电问题的解题关键 从图中可看出功率之间的关系是 p1 p 1 p2 p 2 p 1 pr p2 电压之间的关系是 电流之间的关系是 可见其中电流之间的关系最简单 i 1 ir i2中只要知道一个 另两个总与它相等 因此求输电线上的往往是这类问题的突破 电流 主题 1 理想变压器的动态分析问题 单选 如图11 2 1所示 理想变压器原线圈a b两端接正弦式电压 副线圈c d两端通过输电线接两只相同的灯泡l1和l2 输电线 图11 2 1 的等效电阻为r 开始时 开关s断开 当开关s接通时 以下说法中不正确的是 a 副线圈c d两端的输出电压减少b 副线圈输电线等效电阻r上的电压降增大c 通过灯泡l1的电流减少d 原线圈中的电流增大理想变压器的动态分析问题 a 当开关s接通时 l1和l2并联 使副线圈的电阻的阻值变小 此时c d两端的输出电压不变 副线圈中的总电流增大 电阻r上的电压降也增大 灯泡l1上的电压减少 l1中的电流也减少 因副线圈中的总电流增大 原线圈中的电流增大 故选a 求解变压器问题的原则是 涉及电压关系用匝数比 涉及电流用功率关系 输出功率等于输入功率 且随输出功率变化而变化 副线圈涉及一个以上的用电器 用全电路欧姆定律分析解答 对理想变压器而言 相当于电源内阻为零 电源输出电压不变 双选 如图11 2 2所示电路中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 图11 2 2 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 bc 因为 所以 当保持p的位置及u1不变 s由a切换到b n2减小 则u2减小 故也随之减小 b对 同理 保持p的位置及u1不变 s由b切换到a 则n2增大 u2增大 i2增大 r上消耗的功率增大 i1也随之增大 c对 a错 保持u1不变 s接在b端 将p向上滑动 则负载电阻减小 i2随之增大 由i1 知i1增大 d错 主题 2 对理想变压器各物理量的理解如图11 2 3所示 理想变压器的原 副线圈匝数之比为n1 n2 4 1 原线圈回路中的电阻a与副线圈 图11 2 3 回路中的负载电阻b的阻值相等 a b端加一交变电压后 两电阻消耗的电功率之比pa pb 电阻两端的电压之比ua ub 1 4 1 16 理想变压器电路中电压 电流 功率计算 对理想变压器 有所以又ua i1r ub i2r所以 首先本题最容易出现的错误是认为pa pb 1 1 把pa和p入混淆 本题中欲求两电阻消耗的电功率之比 只需求出两电路中的电流之比 而电流之比又与原副线圈的匝数成反比 其次 当变压器的原副线圈上接有电阻时 一定要区分以下几个物理量 电阻消耗的功率与p1和p2的关系 电阻两端的电压与u1和u2的关系 流过电阻的电流和i1和i2的关系 理想变压器公式中的电压和电流均为有效值 单选 如图11 2 4是一个理想变压器的电路图 若a b两点接交流电压u时 五个相同的灯泡均正常发光 则原 副线 图11 2 4 圈的匝数比为 a 5 1b 1 5c 4 1d 1 4设灯泡正常发光的电流为i 则原 副线圈的电流分别为i和4i 所以原 副线圈的匝数比为4 1 c 如图11 2 5的理想变压器 输入电压u1 220v 各线圈匝数之比n1 n2 n3 10 5 1 r2 110 测得通过r3的电流i3 2a 求 流经电阻r2及初级线圈中的电流强度i2和i1各为多少 图11 2 5 u1 u2 u3 n1 n2 n3 10 5 1所以u2 110v u3 22vi2 u2 r2 1a理想变压器的输入功率等于输出功率 i1u1 i2u2 i3u3i1u1 1 110 2 22 w 154w所以i1 0 7a 主题 3 远距离输电的计算某发电机输出功率p 100kw 发电机端电压u1 1000v 向远距离输电的输电线总电阻r 8 现要求输电损耗为5 用户得到的电压恰好为220v 则 1 画出输电线路的示意图 2 求出所用的变压器的原副线圈匝数比 理想变压器的远距离输电计算 线路上损耗的功率为p 5000w 因为所以电流为i2 25a 线路上的电压为u i2r 200v u2 p i2 100000 25v 4000v所以n1 n2 u1 u2 1 4u3 u2 u 3800v u4 220vn3 n4 u3 u4 190 11 远距离输电的计算步骤 方法技巧 1 画出输电电路图 2 以升压变压器的副线圈 输电线路 降压变压器的原线圈为回路 利用欧姆定律分析三者的电压关系和电功率关系 具体为 由输电功率和输电电压确定输电线的电流 计算线路电压损耗 电功率损耗 确定降压变压器的输入电压和输入功率 计算升压变压器 降压变压器的变压比 有一条河流 河水流量为4m3 s 落差为5m 现利用它来发电 使用的发电机总效率为50 发电机输出电压为350v 输电线的电阻为4 允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5 而用户所需要电压为220v 求所用的升压 降压变压器上原 副线圈的匝数比 g 9 8m s2 机械功率