高考物理一轮配套10.2 变压器电能输送ppt课件

1、 1. 变压器是由变压器是由 、 和和 组成的。其任务组成的。其任务原理是根据原理是根据 原理来改动交流电压的。不思索铜损线圈电阻产生原理来改动交流电压的。不思索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，即理想变压器，的焦耳热、铁损涡流产生的焦耳热和漏磁的变压器，即理想变压器，它的输入功率和输出功率它的输入功率和输出功率 。 2.理想变压器的根本关系式：理想变压器的根本关系式： 电压关系：原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比。电压关系：原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比。公式为公式为 。 电流关系：只需一个副线圈时，原、副线圈的电流跟它们的匝数电流关系：只

2、需一个副线圈时，原、副线圈的电流跟它们的匝数成反比。公式为成反比。公式为 。 3.远间隔输电远间隔输电 关键：减小输电线路上的关键：减小输电线路上的 ，P耗耗I2R线。线。 方法：方法： 减小输电线的减小输电线的 。如采用电阻率小的资料，加大导线的横截。如采用电阻率小的资料，加大导线的横截面积。面积。 输电。在保送功率一定的条件下，提高保送输电。在保送功率一定的条件下，提高保送 ，减小，减小保送电流。保送电流。学案学案2 变压器变压器 电能的保送电能的保送闭合铁芯闭合铁芯原线圈原线圈副线圈副线圈互感互感相等相等U1/U2=n1/n2I1/I2=n2/n1电能损失电能损失电阻电阻高压高压电压电压

3、考点考点 1 变压器原理及规律运用变压器原理及规律运用 1.理想变压器的任务原理理想变压器的任务原理 (1)理想变压器：是一种理想化模型，没有任何损耗，输入功率等出理想变压器：是一种理想化模型，没有任何损耗，输入功率等出输出功率。输出功率。 理想变压器原、副线圈中具有完全一样的磁通量及磁通量的变化率。理想变压器原、副线圈中具有完全一样的磁通量及磁通量的变化率。 (2)任务原理：利用互感原理任务原理：利用互感原理(电磁感应原理电磁感应原理)，所以变压器不能改动，所以变压器不能改动恒定电压。恒定电压。 (3)电压比和电流比电压比和电流比 电压比：由电压比：由U=n/ t得单个副线圈得单个副线圈U1

4、/U2=n1/n2，多个副线，多个副线U1:U2:U3=n1:n2:n3 电流比：单个副线圈电流比：单个副线圈I1/I2n2/n1 多个副线圈，由多个副线圈，由P1=P2+P3+ 得得U1I1=U2I2+U3I3+ n1I1=n2I2+n3I3+ (1)当副线圈只需一个时，原副线当副线圈只需一个时，原副线 圈中的电流与匝数存在圈中的电流与匝数存在I1/I2=n2/n1 的关系，此式阐明原副线的关系，此式阐明原副线圈中的电流成正比，即圈中的电流成正比，即I1I2，而非反比关系。，而非反比关系。 (2)变压器的以上关系都是根据口字型的变变压器的以上关系都是根据口字型的变压器推出的。假设变压器不是压

5、器推出的。假设变压器不是“口字型时，应口字型时，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。导出各物理量的关系。 (1)输入电压输入电压U1决议输出电压决议输出电压U2：这是由于：这是由于输出电压输出电压U2=(n2/n1)U1，当，当U1不变时，不论负载不变时，不论负载电阻电阻R变化与否变化与否,U2不会改动。不会改动。 (2)输出电流输出电流I2决议输入电流决议输入电流I1：在输入电压：在输入电压U1一定的情况下，输出电压一定的情况下，输出电压U2也被完全确定。也被完全确定。当负载电阻当负载电阻R增大时，增大时，I2减小，那么减小，

6、那么I1相应减小；当负载电阻相应减小；当负载电阻R减小时，减小时，I2增大，那么增大，那么I1相应增大。在运用变压器时，不能使变压器次级短路。相应增大。在运用变压器时，不能使变压器次级短路。 (3)输出功率输出功率P2决议输入功率决议输入功率P1:理想变压器的输入功率与输出功率理想变压器的输入功率与输出功率相等，即相等，即P2=P1。在输入电压。在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻一定的情况下，当负载电阻R增大时，增大时，I2减小，那么变压器输出功率减小，那么变压器输出功率P2=I2U2减小，输入功率减小，输入功率P1也将相应减小；也将相应减小；当负载电阻当负载电阻R减小时，减小时，I2增大

7、，变压器的输出功率增大，变压器的输出功率P2=I2U2增大，那么增大，那么输入功率输入功率P1也将增大。也将增大。 2.理想变压器各物理量变化的决议要素理想变压器各物理量变化的决议要素图图10-2-1 当理想变压器的原、副线圈的匝数不变而变压器的负载发生变化时，当理想变压器的原、副线圈的匝数不变而变压器的负载发生变化时，确定其他有关物理量的变化时，可根据以下原那么确定其他有关物理量的变化时，可根据以下原那么(如图如图10-2-1)：例例1如图如图10-2-2所示，理想变压器原线圈输入电压所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsint，副线圈电路中，副线圈电路中R0为定值电阻，为定值电阻，R是滑动

8、变阻器，是滑动变阻器，V1和和V2是理想交流电压表，示数分别用是理想交流电压表，示数分别用U1和和U2表示；表示；A1和和A2是理想交流电流表，示数分别用是理想交流电流表，示数分别用I1和和I2表示。以下说表示。以下说法正确的选项是法正确的选项是( )A.I1和和I2表示电流的瞬时值表示电流的瞬时值B.U1和和U2表示电压的最大值表示电压的最大值C.滑片滑片P向下滑动过程中，向下滑动过程中，U2不变、不变、I1变大变大D.滑片滑片P向下滑动过程中，向下滑动过程中，U2不变、不变、I1变小变小图图10-2-2 在交变电流中电压表和电流表显示的都是有效值，在交变电流中电压表和电流表显示的都是有效值

9、，A、B均错误；由理想变压器可知，副线圈两端电压均错误；由理想变压器可知，副线圈两端电压U2不变，从不变，从电路可知当滑片电路可知当滑片P向下挪动时，电阻变小，电流向下挪动时，电阻变小，电流I2增大，输出增大，输出功率增大，所以输入功率也增大，所以电流功率增大，所以输入功率也增大，所以电流I1增大，所以增大，所以C正确，正确，D错误。错误。思绪点拨：搞清次级回路的电路构造，次级线圈相当于电源，思绪点拨：搞清次级回路的电路构造，次级线圈相当于电源，从变化的部分开场分析，到整个电路的各量变化，留意电压之从变化的部分开场分析，到整个电路的各量变化，留意电压之比与匝数有关；输出功率的变化，决议输入功率

10、的变化。比与匝数有关；输出功率的变化，决议输入功率的变化。方法点拨方法点拨:分析这类问题的根本思绪：分析这类问题的根本思绪： (1)首先抓住各量的决议要素：首先抓住各量的决议要素：U1由电源决议，由电源决议，U2由输由输入电压入电压U1及匝数比决议：及匝数比决议：U2=(n2/n1)U1；I2由输出电压由输出电压U2及负载电阻及负载电阻R决议：决议：I2=U2/R；I1由由I2及匝数比决议：及匝数比决议：I1=(n2/n1)I2。 (2)然后利用直流电路中的动态分析方法即可。然后利用直流电路中的动态分析方法即可。C1.图图10-2-3甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比甲中理想变压器原、副线圈的

11、匝数之比n1:n2=5:1, 电阻电阻R=20，L1、L2为规格一样的两只小灯泡，为规格一样的两只小灯泡，S1为单为单刀刀 双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间随时间t的的 变化关系如图变化关系如图10-2-5乙所示。现将乙所示。现将S1接接1、S2闭合，此时闭合，此时L2 正常发光。以下说法正确的选项是正常发光。以下说法正确的选项是( ) A.输入电压输入电压u表达式表达式 V B.只断开只断开S2后后L1、L2均正常发光均正常发光 C.只断开只断开S2后，原线圈的输入功率增大后，原线圈的输入功率增大 D.假设假设S1换接到换接到2后，后，

12、R耗费的电功率为耗费的电功率为0.8 WD图图10-2-320 250usin(t ) 考点考点 2 远间隔输电远间隔输电 1.有关远间隔输电问题，应先画出远间隔输电的表示图，有关远间隔输电问题，应先画出远间隔输电的表示图，并将知量和待求量写在表示图的相应位置。并将知量和待求量写在表示图的相应位置。 2.抓住输电的两端抓住输电的两端电源和用电器；分析一条线电源和用电器；分析一条线输电线；研讨两次电压变换输电线；研讨两次电压变换升压和降压。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，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

13、率等各回路分别用欧姆定律，串、并联的特点及电功、电功率等公式进展计算、联络各回路的是原、副线圈电压、电流与匝公式进展计算、联络各回路的是原、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。数的关系及输入功率等于输出功率的关系。 4.远间隔高压输电的几个根本关系远间隔高压输电的几个根本关系(以图以图10-2-4为例为例)：图图10-2-4 综合运用下面三个方面的关系求解综合运用下面三个方面的关系求解 (1)能量关系：能量关系：P=U1I1=U2I2=P用户用户P，P=I22R，P用户用户=P4=P3=U4I4=U3I3。 (2)电路关系：电路关系：U2UU3，UI2R=I3R。 (3)

14、变压器关系：变压器关系：U1/U2I2/I1n1/n2，U3/U4I4/I3n3/n4。 (1)如图如图10-2-5所示。所示。 (2)对升压变压器，据公式对升压变压器，据公式U1/U2=n1/n2有有 U2=(n2/n1)U1=25250 V=6 250 V,P1=P2,I2=P2/U2=100 000/6 250 A=16 A。 (3)由于由于P线线=I22R线，又线，又P线线=0.04P1， 所以所以R线线=0.04P1/I22=4000/162 =15.625 。 由于由于 U=U2-U3=I2R线，所以线，所以U3=U2-I2R线线=6 250 V-1615.625 V=6 000

15、V。 (4)P4=P1-P线线=0.96P1=0.96100 000 W=96 kW。 区分送电功率与线区分送电功率与线路损失功率，路损失功率，P送送=U送送I线，线，P损损=I线线2R线即线即送电电压不是全部降落在输电线上，送电电压不是全部降落在输电线上， U=I线线R线。线。例例2发电站的电源经过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能保送到用发电站的电源经过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能保送到用 户，假设升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器。户，假设升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器。 (1)画出上述输电全过程的原理图；画出上述输电全过程的原理图； (2)发电机的输出功率

16、是发电机的输出功率是100 kW，输出电压是，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线，升压变压器的原、副线 圈的匝数比为圈的匝数比为1:25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流； (3)假设输电导线中的电功率损失为输电功率的假设输电导线中的电功率损失为输电功率的4，求输电导线的总电阻和降，求输电导线的总电阻和降 压变压器原线圈两端的电压；压变压器原线圈两端的电压； (4)计算降压变压器的输出功率。计算降压变压器的输出功率。图图10-2-5 (1)见解析见解析 (2)6250 V； 16 A (3) 15.625 ； 6000 V (4)96

17、 kW 方法点拨：求解远间隔输电的关键是：方法点拨：求解远间隔输电的关键是： 熟习熟习“交流发电机交流发电机升压变压器升压变压器输电线输电线降降压变压器压变压器用电户这一过程。并画出这一过程用电户这一过程。并画出这一过程的表示图，把需求的物理量都标在图中的相应位的表示图，把需求的物理量都标在图中的相应位置上。置上。 2.有一台内阻为有一台内阻为1 的发电机的发电机,供应一个学校照明用电供应一个学校照明用电,如图如图10-2-6所示。升压变压器匝数比为所示。升压变压器匝数比为1：4,降压变压器的匝数降压变压器的匝数比为比为4：1,输电线的总电阻输电线的总电阻R=4 ,全校共全校共22个班个班,每

18、班有每班有“220 V，40 W灯灯6盏。假设保证全部电灯正常发光盏。假设保证全部电灯正常发光,求：求： (1)发电机输出功率为多大发电机输出功率为多大?(2)发电机电动势为多大发电机电动势为多大?(3)输电线上损耗的电功率为多大输电线上损耗的电功率为多大?(4)输电效率是多少输电效率是多少?图图10-2-61.一输入电压为一输入电压为220 V，输出电压为，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏。的变压器副线圈烧坏。 为获知此变压器原、副线圈匝数，某同窗拆下烧坏的副线为获知此变压器原、副线圈匝数，某同窗拆下烧坏的副线 圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图匝线圈

19、，如图10-2-7所示，所示， 然后将原线圈接到然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈两端的交流电源上，测得新绕线圈两端的 电压为电压为1 V。按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副。按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副 线圈匝数分别为线圈匝数分别为( ) A.1 100，360 B.1 100，180 C.2 200，180 D.2 200，360B图图10-2-72.如图如图10-2-8所示，所示，T为理想变压器，原线圈接在为理想变压器，原线圈接在 电压一定的正弦交变电源上，副线圈电路中接电压一定的正弦交变电源上，副线圈电路中接 入三个电阻入三个电阻R1、R2、R3，各电

20、表的电阻影响不，各电表的电阻影响不 计，当开关计，当开关S合上时，各电表的示数变化情况是合上时，各电表的示数变化情况是 ( ) A. 示数变大示数变大 B. 示数变大示数变大 C. 示数变小示数变小 D. 示数变大示数变大AB图图10-2-83. 2019年高考天津理综卷经过一理想变压器，经同一线路保送一样年高考天津理综卷经过一理想变压器，经同一线路保送一样的电功率的电功率P，原线圈的电压，原线圈的电压U坚持不变，输电线路的总电阻为坚持不变，输电线路的总电阻为R。当副线。当副线圈与原线圈的匝数比为圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为时，线路损耗的电功率为P1，假设将副线圈与，假设将副线圈与原线圈的匝数比提高到原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率