高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 第2讲 变压器、电能的输送课件.ppt

第十一章交变电流传感器 第2讲变压器 电能的输送 过好双基关 一 理想变压器1 构造如图1所示 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的组成的 图1 两个线圈 1 原线圈 与交流电源连接的线圈 也叫线圈 2 副线圈 与负载连接的线圈 也叫线圈 2 原理电流磁效应 初级 次级 电磁感应 3 理想变压器原 副线圈基本量的关系 p出 频率 4 几种常用的变压器 1 自耦变压器 调压变压器 如图2甲 降压作用 乙 升压作用 所示 图2 低电压 小电流 答案 自测1关于理想变压器 下列说法正确的是a 变压器只对变化的电流起作用 对恒定电流不起作用b 变压器不但能改变交变电流的电压 还能改变交变电流的频率c 正常工作的变压器 当副线圈与用电器断开时 副线圈两端无电压d 变压器副线圈并联更多的用电器时 原线圈输入的电流随之减小 二 电能的输送如图3所示 若发电站输出电功率为p 输电电压为u 用户得到的电功率为p 用户的电压为u 输电线总电阻为r 图3 1 输出电流 2 电压损失 1 u u u 2 u ir 3 功率损失 1 p p p 2 p 4 减少输电线上电能损失的方法 1 减小输电线的电阻r 由r 知 可加大导线的 采用 的材料做导线 2 减小输电线中的电流 在输电功率一定的情况下 根据p ui 要减小电流 必须提高 i2r 横截面积 电阻 率小 输电电压 答案 自测2教材p50第3题改编从发电站输出的功率为220kw 输电线的总电阻为0 05 用110v和11kv两种电压输电 两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为a 100 1b 1 100c 1 10d 10 1 解析 研透命题点 例1 2016 全国卷 16 一含有理想变压器的电路如图4所示 图中电阻r1 r2和r3的阻值分别为3 1 和4 为理想交流电流表 u为正弦交流电压源 输出电压的有效值恒定 当开关s断开时 电流表的示数为i 当s闭合时 电流表的示数为4i 该变压器原 副线圈匝数比为 命题点一理想变压器原理的应用 能力考点师生共研 a 2b 3c 4d 5 图4 答案 解析 变式1 多选 2016 全国卷 19 如图5所示 理想变压器原 副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b 当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时 两灯泡均能正常发光 下列说法正确的是a 原 副线圈匝数比为9 1b 原 副线圈匝数比为1 9c 此时a和b的电功率之比为9 1d 此时a和b的电功率之比为1 9 答案 解析 图5 1 匝数比不变的情况 如图6 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 命题点二理想变压器的动态分析 能力考点师生共研 图6 2 负载电阻不变的情况 如图7 图7 例2 多选 2017 山东潍坊中学一模 如图8所示 理想变压器为降压变压器 原线圈通过灯泡l1与正弦式交流电相连 副线圈通过导线与两个相同的灯泡l2和l3相连 开始时开关s处于断开状态 当s闭合后 所有灯泡都能发光 下列说法中正确的是a 灯泡l1和l2中的电流有效值可能相等b 灯泡l2两端的电压变小c 灯泡l1变亮 灯泡l2的亮度不变d 变压器原线圈的输入功率不变 答案 解析 图8 解析当s闭合后 根据i1n1 i2n2可知 因为是降压变压器 n1 n2 则i1 i2 i1等于灯泡l1的电流 i2是灯泡l2和l3的电流之和 则灯泡l1 l2中的电流有效值可能相等 故a正确 当s闭合后 副线圈回路总电阻变小 输出功率变大 输出电流变大 变压器的输入功率等于输出功率 所以变压器的输入功率变大 输入电流变大 灯泡l1分担的电压变大 灯泡l1变亮 则原线圈两端电压减小 又原 副线圈匝数不变 故副线圈两端电压变小 灯泡l2两端的电压变小 l2变暗 故b正确 c d错误 例3如图9是原 副线圈都有中心抽头 匝数一半处 的理想变压器 原线圈通过单刀双掷开关s1与电流表连接 副线圈通过另一单刀双掷开关s2与定值电阻r0相连接 通过s1 s2可以改变原 副线圈的匝数 现在原线圈加一电压有效值为u的正弦交流电 当s1接a s2接c时 电流表的示数为i 下列说法正确的是a 当s1接a s2接d时 电流为2ib 当s1接a s2接d时 电流为c 当s1接b s2接c时 电流为4id 当s1接b s2接d时 电流为 答案 解析 图9 变式2 多选 如图10所示的电路中 p为滑动变阻器的滑片 保持理想变压器的输入电压u1不变 闭合开关s 下列说法正确的是a p向下滑动时 灯l变亮b p向下滑动时 变压器的输出电压不变c p向上滑动时 变压器的输入电流变小d p向上滑动时 变压器的输出功率变大 答案 解析 图10 例4 2017 河南六市一联 如图11甲所示 理想变压器原 副线圈匝数比为5 1 原线圈接入如图乙所示的正弦交流电 副线圈与二极管 正向电阻为零 相当于导线 反向电阻为无穷大 相当于断路 定值电阻r0 热敏电阻rt 阻值随温度的升高而减小 及报警器p 电流增加到一定值时报警器p将发出警报声 组成闭合电路 电压表 电流表均为理想电表 则以下判断正确的是 含二极管的电路动态分析 拓展点 图11 a 变压器线圈输出交流电的频率为25hzb 电压表的示数为22vc rt处温度减小到一定值时 报警器p将发出警报声d 报警器报警时 变压器的输入功率比报警前小 答案 解析 解析由题图乙可知f 50hz 而理想变压器不改变交流电的频率 a项错误 由题给条件可知 rt处温度升高到一定值时 报警器会发出警报声 c项错误 因报警器报警时回路中电流比报警前大 则报警时副线圈回路的总功率比报警前大 而输入功率与输出功率相等 d项错误 1 理清三个回路远距离输电电网间的基本结构如图12所示 输电过程的电路被划分为三个独立的回路 即电源回路 输送回路和用户回路 在每个回路中 变压器的原线圈是回路的用电器 而相应的副线圈是下一个回路的电源 每个回路均可应用闭合电路欧姆定律 串并联电路的规律 而变压器的电压 电流 功率关系则是联系不同回路的桥梁 命题点三远距离输电 能力考点师生共研 图12 2 抓住两个物理量的联系 1 理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路 由理想变压器原理可得 线圈1 匝数为n1 和线圈2 匝数为n2 中各个量间的关系是 i1n1 i2n2 p1 p2 2 理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路 由理想变压器原理可得 线圈3 匝数为n3 和线圈4 匝数为n4 中各个量间的关系是 i3n3 i4n4 p3 p4 3 掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能 并通过导线将能量输送给线圈1 线圈1上的能量就是远程输电的总能量 在输送过程中 先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分 剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗 所以其能量关系为p1 p线损 p用户 例5 2015 福建理综 15 图13为远距离输电示意图 两变压器均为理想变压器 升压变压器t的原 副线圈匝数分别为n1 n2 在t的原线圈两端接入一电压u umsin t的交流电源 若输送电功率为p 输电线的总电阻为2r 不考虑其他因素的影响 则输电线上损失的电功率为 图13 答案 解析 变式3 多选 2017 湖南六校联考 某大型光伏电站的功率是500kw 电压为12v 送往外地时 先通过逆变器转化为220v的交流电 转化效率为80 然后经变压器 升压为20000v 通过总电阻为20 的输电线路送往某地 再经变压器 降为220v 电压供用户使用 下列说法正确的是a 变压器 的原 副线圈匝数比为1000 11b 变压器 的原 副线圈匝数比为11 1000c 用户最多可使用的功率为392kwd 用户负载越多 线路上损耗的功率越小 答案 解析 用户最多可使用的功率为p用 p2 i2r线 4 105w 8000w 392kw c项正确 用户负载越多 线路上电流越大 线路上损耗的功率越大 d项错误 1 自耦变压器自耦变压器 又称调压器 它只有一个线圈 其中的一部分作为另一个线圈 当交流电源接不同的端点时 它可以升压也可以降压 变压器的基本关系对自耦变压器均适用 如图14所示 命题点四两种特殊的变压器模型 基础考点自主悟透 图14 2 互感器分为电压互感器和电流互感器 两者比较如下 例6如图15甲所示为一自耦变压器 变压器的原线圈ab端输入电压如图乙所示 副线圈电路中定值电阻r0 11 电容器c的击穿电压为22v 移动滑片p使电容器刚好不会被击穿 所有电表均为理想电表 下列说法正确的是 图15 a 电压表的示数为220vb 原 副线圈的匝数比为10 1c 电流表的示数等于通过电阻r0的电流d 原线圈ab端输入电压的变化规律为u 311sin tv 答案 解析 解析由题图乙知输入电压的有效值即电压表的示数 为220v a正确 电容器通交流电 所以电流表的示数大于通过电阻r0的电流 c错误 由题图乙知交流电的周期为0 02s 所以角速度为100 rad s 原线圈ab端输入电压的变化规律为u 311sin100 tv d错误 例7 2017 山西太原模拟 普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流 通常要通过电流互感器来连接 图16中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少 工作时电流为iab cd一侧线圈的匝数较多 工作时电流为icd 为了使电流表能正常工作 则a ab接mn cd接pq iab icdb ab接mn cd接pq iab icdc ab接pq cd接mn iab icdd ab接pq cd接mn iab icd 答案 解析 图16 课时作业 1 2017 北京理综 16 如图1所示 理想变压器的原线圈接在u 220sin100 t v 的交流电源上 副线圈接有r 55 的负载电阻 原 副线圈匝数之比为2 1 电流表 电压表均为理想电表 下列说法正确的是a 原线圈的输入功率为220wb 电流表的读数为1ac 电压表的读数为110vd 副线圈输出交流电的周期为50s 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 图1 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 2017 天津和平质量调查 如图2甲所示的电路中 l1 l2 l3为三只 6v3w 的灯泡 变压器为理想变压器 各电表均为理想电表 当ab端接如图乙所示的交变电压时 三只灯泡均正常发光 下列说法中正确的是a 变压器原 副线圈的匝数比为1 2b 副线圈两端输出的交流电频率为50hzc 电流表的示数为0 5ad 电压表的示数为18v 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 图2 14 电流表的示数ia i2 2i0 1a c项错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 如图3甲是远距离输电线路示意图 图乙是用户端电压随时间变化的图象 则a 发电机产生的交流电的频率是100hzb 降压变压器输出的电压有效值是340vc 输电线的电流仅由输送功率决定d 仅增加升压变压器的副线圈匝数 其他条件不变 输电线上损失的功率减小 图3 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析由题图乙可知交流电的周期t 0 02s 则频率f 50hz 变压器不改变交流电的周期与频率 则a错 输电线的电流由输送功率和输送电压共同决定 则c错 当仅增加升压变压器的副线圈匝数时 则输电电压增大 由p ui可知 输电电流减小 再由p i2r可知输电线上损失的功率减小 则d正确 14 4 多选 2017 湖南长沙三月模拟 图4中理想变压器的原 副线圈的匝数之比为2 1 电阻r1 10 r2 20 两电表均为理想交流电表 若r1两端电压瞬时值表达式为u1 10sin100 tv 则下列说法正确的是a 电流表的示数为0 5ab 电压表示数为14 14vc r2消耗的功率为20wd 原线圈输入交流电频率为100hz 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 图4 14 电压表测的是r2两端电压ur2 i2r2 20v b错误 r2消耗的功率pr2 i22r2 20w c正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5 多选 普通交流电流表和交流电压表不能直接接在高压输电线路上测电流和电压 通常要通过互感器来连接 现在在图5高压电路输入端已接入两个互感器 原 副线圈的匝数比分别为1 200和200 1 图中甲 乙表示电压表或电流表 已知电路中电压表的读数为11v 电流表的读数为1a 则a 甲电表是电压表 乙电表是电流表b 甲电表是电流表 乙电表是电压表c 图示高压输送电路输电线的总电阻是11 d 图示高压输送电路输入的总功率为440kw 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 图5 14 6 多选 2018 河北冀州调研 如图6所示 理想变压器输入端接在电动势随时间变化 内阻为r的交流电源上 输出端接理想电流表及阻值为r的负载 如果要求负载上消耗的电功率最大 则下列说法正确的是 图6 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 7 一自耦变压器如图7所示 环形铁芯上只绕有一个线圈 将其接在a b间作为原线圈 通过滑动触头取该线圈的一部分 接在c d间作为副线圈 在a b间输入电压为u1的交变电流时 c d间的输出电压为u2 在将滑动触头从m点顺时针转到n点的过程中a u2 u1 u2降低b u2 u1 u2升高c u2 u1 u2降低d u2 u1 u2升高 图7 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 8 多选 如图8所示 t为理想变压器 原 副线圈匝数比为5 1 a1 a2为理想交流电流表 v1 v2为理想交流电压表 r1 r2为定值电阻 r3为光敏电阻 阻值随光照强度的增大而减小 原线圈两端电压u 220sin314tv 以下说法正确的是a 当光照增强时 电压表v1示数为44v且保持不变b 当光照增强时 电压表v2示数增大c 通过电流表a1的电流方向每秒变化100次d 当光照增强时 电流表a1 a2示数同时变大 图8 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析原线圈两端电压有效值为220v 原 副线圈匝数比为5 1 所以副线圈的电压有效值为44v 电压表v1示数为44v保持不变 与电阻的变化无关 a错误 当光照增强时 r3的电阻减小 副线圈电路总电阻减小 电路的总电流变大 r1的电压变大 副线圈的总电压不变 所以电压表v2示数变小 b错误 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 当光照增强时 r3的电阻减小 副线圈电路总电阻减小 所以电路的总电流要变大 因此a1 a2的示数都要变大 故d正确 14 9 多选 如图9甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 原线圈接交流电源和交流电压表 交流电流表 副线圈通过电阻为r的导线与热水器 抽油烟机连接 已知原线圈两端的电压保持不变 副线圈上的电压按如图乙所示规律变化 现闭合开关s接通抽油烟机 下列说法正确的是a 热水器两端电压的瞬时值表达式为u 220sin100 tvb 电压表示数为2200vc 电流表示数变大d 变压器的输入功率增大 答案 解析 图9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析题图乙为副线圈上的电压变化规律 而热水器上的电压要小于副线圈上的电压 选项a错误 由交变电流规律可知 副线圈上的电压的有效值为220v 由变压器变压关系可知 电压表示数为2200v 选项b正确 闭合开关 副线圈输出功率增大 则原线圈输入功率增大 因此电流表示数变大 选项c d正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 10 2017 河北唐山一模 一含有理想变压器的电路如图10所示 变压器原 副线圈匝数比n1 n2 2 1 图中电阻r1 r2和r3的阻值分别是4 2 和3 正弦交流电源有效值恒定为u 当开关s断开时 理想电流表的示数为i 则当s闭合时 电流表的示数为 图10 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 11 多选 2018 山东潍坊质检 如图11甲所示的电路中 理想变压器原线圈接图乙所示正弦交变电流 闭合s后 额定电压为20v的用电器正常工作 理想交流电流表的示数为0 1a 已知图中元件d具有正向电流导通 反向电流截止的作用 下列判断正确的是a 交变电流的频率为50hzb 变压器原 副线圈匝数比为11 1c 用电器额定功率为22wd 在用电器电阻不变的情况下断开开关s 用电器功率将变为原来的一半 图11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 14 解析由u t图象可知交变电流的周期t 0 02s 则频率f 50hz a项正确 由题图乙可知原线圈两端输入电压u1 220v 因闭合s后 额定电压为20v的用电器正常工作 则此时变压器副线圈两端电压u2 20v n1 n2 u1 u2 220v 20v 11 1 b项错误 理想变压器p入 p出 i1u1 22w 又p出 p电器 c正确 若在用电器电阻不变的情况下断开开关s 则一个周期内用电器只有半个周期的时间正常工作 用电器的功率变为原来的一半 d项正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 12 多选 如图12为某小型水电站的电能输送示意图 发电机通过升压变压器t1和降压变压器t2向用户供电 已知输电线的总电阻r 10 降压变压器t2的原 副线圈匝数之比为4 1 副线圈与纯电阻用电器组成闭合电路 用电器电阻r0 11 若t1 t2均为理想变压器 t2的副线圈两端电压表达式为u 220sin100 t v 下列说法正确的是a 发电机中的电流变化频率为100hzb 通过用电器的电流有效值为20ac 升压变压器的输出功率为4650wd 当用电器的电阻r0减小时 发电机的输出功率减小 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 图12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 当用电器的电阻r0减小时 降压变压器的输出电流增大 则输电线上的电流增大 升压变压器原线圈中的电流变大 根据p ui知 发电机的输出功率增大 故d错误 14 13 2017 江西南昌