天津市武清区杨村第四中学高三物理 第2讲变压器　电能的输送复习课件

1、第2讲变压器电能的输送,知识建构,技能建构,1.基本结构:闭合铁芯和线圈,如图所示.,一、理想变压器,知识建构,技能建构,2.理想变压器的原理:穿过原、副线圈的磁通量=BS和磁通量的变化率相同,结果原、副线圈中交变电流的T、f都相同,感应电 动势与它们各自的线圈匝数成正比.,3.变压器的主要规律,(1)在磁损不计的情况下,电压关系:=.,当n1n2时,有U1U2,叫做降压器;当n1n2,则U1U2,叫做升压器.,知识建构,技能建构,(3)电流关系:只有一组副线圈,则=;有几组副线圈,则I1U1=I2U2+I3U3+.,二、远距离输电,(2)在能损不计的情况下,输出功率等于输入功率.,知识建构,

2、技能建构,1.输电线上的功率损失,由导线上发热损失功率的公式P损=I2R可知,减小输电线上的电流是减小发热损失的可行办法.在输送功率一定的情况下,由P送=UI及P损=I2R可知,可以采用提高输送电压的办法减小输送电流,从而达到减小导线上发热损失的目的.,知识建构,技能建构,2.输送过程示意图及基本关系,(1)输电过程的电压关系,知识建构,技能建构,(2)输电过程的功率关系,P出=P损+P用,知识建构,技能建构,1.(2012年山东济南模拟)如图所示,理想变压器的原、副线圈分别接着定值电阻R1、R2,且R1=R2,原、副线圈的匝数比n1n2=21,交流电源电压为U,则(),A.R1两端的电压为,

3、B.R1两端的电压为,C.R2两端的电压为,D.R2两端的电压为,知识建构,技能建构,确.,【答案】AC,【解析】输入的交流电源电压U应等于原线圈两端电压加上R1两端电压,即U=U1+,则通过原线圈的电流I1=,而I2=. 又因为=,R1=R2,=,所以代入可求得=,=,A、C正,知识建构,技能建构,2.(2012年河北衡水模拟)如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压-时间图象.原、副线圈匝数比n1n2=101,串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1 A,则(),A.变压器原线圈所接交流电压的有效值为220 V,B.变压器输出端所接电压表的示数为22 V,C.变压器输出端交变电流

4、的频率为50 Hz,知识建构,技能建构,D.变压器的输出功率为220 W,【解析】由交流电的有效值与最大值的关系可得U=220 V,A 正确;变压器输出电压U2=U=22 V,电压表示数即为有效值,为22 V,B错误;由图可知,交变电流的周期T=0.02 s,则频率f=50 Hz,且变压器工作时交变电流的频率不变,C正确;变压器的输出功率等于输入功率P=IU=220 W,D错误.,【答案】AC,知识建构,技能建构,3.(2012年吉林长春模拟)用电高峰期,电灯往往会变暗,其原理可简化为如下物理问题.如图所示,理想变压器的副线圈上,通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R,原

5、线圈输入有效值恒定的交流电压,当开关S闭合时,以下说法正确的是(),A.原线圈中电流减小,B.R两端的电压增大,C.副线圈输出电压减小,知识建构,技能建构,D.原线圈输入功率减小,【解析】由于变压器原、副线圈的匝数不变,原线圈输入有效值恒定的交流电压,则副线圈两端的输出电压也是不变的,当S闭合,并联了一个灯泡,电路的电阻减小,流过R的电流增加,则R两端的电压增加,原线圈中的电流也增加,原线圈输入功率增大.,【答案】B,知识建构,技能建构,4.(2012年安徽淮北模拟)如图所示,一理想变压器的原线圈匝数n1=1000匝,副线圈匝数n2=200匝,电阻R=88 .原线圈接入一电压u=220 sin

6、 100t(V)的交流电源,电压表和电流表对电路的影响可忽略不计,则(),A.t=1 s的时刻,电压表的示数为0,B.电流表的示数为2.5 A,C.变压器的输入功率为22 W,知识建构,技能建构,D.副线圈交变电流的频率是100 Hz,【解析】电压表示数应该为有效值,由=可得:U2=44 V,A错误;I 2=0.5 A,故I1=I2=0.1 A,即电流表示数为0.1 A,B错误;对于理想 变压器,电源的输入功率与输出功率相等,由P=UI可知C正确;根据f= Hz=50 Hz可知D错误.,【答案】C,知识建构,技能建构,一、理想变压器及其原、副线圈基本量的关系,知识建构,技能建构,例1如图所示,

7、理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1n2 =21,交流电源电压U=311sin 100t V,F为熔断电流I0=1.0 A的保险丝,负载R为一可变电阻.,知识建构,技能建构,(2)要使保险丝不被熔断,电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?,【名师点金】根据保险丝熔断电流的大小,利用变压器原、副线圈的电流、电压的关系计算出电阻R的临界阻值.,(1)当电阻R=100 时,保险丝能否被熔断?,知识建构,技能建构,【规范全解】原线圈电压的有效值,U1= V=220 V,由=得副线圈两端的电压,U2=U1=220 V=110 V.,知识建构,技能建构,(1)当R=100 时,副线

8、圈中电流,I2= A=1.10 A,由U1I1=U2I2得原线圈中的电流,I1=I2=1.10 A=0.55 A,由于I1I0(熔断电流),故保险丝不会熔断.,知识建构,技能建构,(2)设电阻R取某一值R0时,原线圈中的电流I1刚好到达熔断电流I0,即I1=1.0 A,则副线圈中的电流,I2=I1=I1,=21.0 A=2.0 A,可变电阻阻值:,R0= =55 ,此时变压器的输出功率为,P2=I2U2=2.0110 W=220 W,可见,要使保险丝F不被熔断,电阻R的阻值不能小于55 ,输出的电功率不能大于220 W.,知识建构,技能建构,【答案】(1)保险丝不会熔断(2)电阻R的阻值不能小

9、于55 电功率不能大于220 W,知识建构,技能建构,方法概述,理想变压器原、副线圈基本量的关系,知识建构,技能建构,知识建构,技能建构,例2如图所示,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可改变变压器初级线圈的匝数(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(),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,电流表的示数将减小,电压表的示数 不变,二、理想变压器动态问题分析,知识建构,技能建构,C.当滑片c向b端移动时,电流表的示数将变大,电压表的示数 也变大,D.滑片c不动,将开关S由1掷向2时,三个电表、的示数 都变大,【名师点金

10、】滑片c移动,是改变负载电阻的大小,从而改变副线圈电流、功率,进而改变原线圈的电流;开关S由1掷向2,是减少原线圈匝数,从而改变其他各物理量.,知识建构,技能建构,【规范全解】c向b端移动时,R变大,输出功率P2=,又因U2不变,则P 2减小,所以输入功率减小,A项错误.,【答案】D,知识建构,技能建构,1.匝数比不变的情况,如图甲所示.,甲,方法概述,知识建构,技能建构,(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也不变.,(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P

11、1发生变化.,知识建构,技能建构,2.负载电阻不变的情况如图乙所示.,乙,知识建构,技能建构,(2)R不变,U2改变,故I2发生变化.,(1)U1不变,发生变化,故U2变化.,(3)根据P2=,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I 1发生变化.,知识建构,技能建构,3.分析动态问题的思路可表示为:,U1U2I2I1P1.,变式训练1一理想变压器原、副线圈的匝数比为101,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的触头.下列说法正确的是(),A.副线圈输出电压的频率为50 Hz,知识建构,技能建构,B.副线圈输出电压的有效

12、值为31 V,C.P向右移动时,原、副线圈的电流比减小,D.P向右移动时,变压器的输出功率增加,知识建构,技能建构,【规范全解】由图象可知原线圈输入电压的最大值:Um=310 V,T=210-2 s,则原线圈输入电压的有效值:U1=220 V,f= Hz=50 Hz,选项A正确;由=可得:U2=U1=22 V,B错误;P向右移动时,副 线圈所接电路的电阻减小,又副线圈输出电压不变,所以副线圈的电流增大,原线圈的电流也增大,而匝数比不变,所以原、副线圈的电流比不变,又副线圈输出电压不变,则变压器的输出功率增加,D正确,C错误.,【答案】AD,知识建构,技能建构,例3某小型发电站的发电机输出交流电

13、压为500 V,输出电功 率为50 kW,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220 V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?,三、远距离输电问题,知识建构,技能建构,【名师点金】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,应用欧姆定律和串、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P入=P出等联系起来.,知识建构,技能建构,

14、【规范全解】用500 V电压送电时的示意图如图甲所示,50 kW的电功率在输电线上的电流为:,I0= A=100 A,用户获得的电压为:,U1=U0-I0R=(500-1003)V=200 V,用户获得的功率P1=I0U1=2104 W,改用高压输送时,示意图如图乙所示,要求P损=0.6%P,即P损=501030.6% W=300 W,甲,知识建构,技能建构,乙,【答案】200 V2104 W11049722,知识建构,技能建构,(1)解通过升压、降压变压器进行远距离送电问题的关键是分清各部分输入、输出的各个物理量及其相互关系.,方法概述,(2)输电导线将升压变压器与降压变压器连接起来,即升压

15、变压器副线圈中的电流、输电线上的电流与降压变压器原线圈中的电流三者相等.,(3)电压是由发电站控制的,送电单位通过控制用户的使用,同时用户也可以通过电流或功率影响送电单位电能的输送.,知识建构,技能建构,(4)还需注意以下几点:,因为输电距离不变,所以输电线长度一定.(要考虑双线输电),发电机的输出功率通常认为是恒定的.,输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值.,熟记两个基本公式,电压关系:U升=U降+U=U降+IR线,能量关系:P出=P损+P降=R线+I2U降=I1U升.,变式训练2某发电站的输出功率为1104 kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器升压后向80 km远处供电,已知

16、输电导线的电阻率=2.410-8 m,导线横截面积为1.510-4 m2,输电线路损失的功率为输出,功率的4%,求:,知识建构,技能建构,(2)输电线路上的电压损失.,【规范全解】(1)导线电阻r=2.410-8 =25.6 ,输电线路损失的功率为输出功率的4%,则4%P=I2r,代入数据得:I=125 A,由理想变压器P入=P出及P=UI得:,输出电压U= V=8104 V.,(1)升压变压器的输出电压.,知识建构,技能建构,(2)输电线路上电压损失,U=Ir=12525.6 V=3.2103 V.,【答案】(1)80000 V(2)3200 V,知识建构,技能建构,高考真题1(2011年高

17、考福建理综卷)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=51,电阻R=20 ,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示.现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光.下列说法正确的(),甲乙,A.输入电压u的表达式u=20sin (50t) V,B.只断开S2后,L1、L2均正常发光,知识建构,技能建构,C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大,D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8 W,【命题分析】本题考查正弦交变电流的变化规律及变压器动态问题分析,难度中等,将交变电流图象与变压器结合起来是近几年高考的热点.,【解

18、析提示】首先由图象得出有效值和瞬时值表达式,再根据变压器原、副线圈各量的关系判断电路变化前后各量的变化情况.,知识建构,技能建构,【规范全解】由图乙可知输入电压最大值um=20 V,=100,输入 电压表达式u=20sin (100t)V,选项A错误;只断开S2后,L1、L2的电 压均为正常工作电压的一半,两灯泡均不能正常发光,选项B错误;只断开S2后,副线圈接入电阻变大,输出功率减小,原线圈的输入功率也变小,选项C错误;S1换接到2后,由=及P=可知P=0.8 W,选项D 正确.,【答案】D,知识建构,技能建构,考向预测1如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为201,R1=10 ,R2=

19、20 ,电容器电容C=100 F.已知电阻R1两端的正弦交流电压如图乙所示,则(),A.原线圈输入电压的最大值为400 V,B.交流电的频率为100 Hz,C.电容器所带电荷量恒为210-3 C,知识建构,技能建构,D.电阻R1消耗的电功率为20 W,【解析】由图乙可知变压器输出的电压最大值为20 V,有效值为10 V,变压器原、副线圈的匝数比为201,所以原线圈输入电压 的最大值为400 V,A选项正确;副线圈交流电的周期为0.02 s,频率为50 Hz,原、副线圈交流电的频率一致,B选项错误;电容器所带电荷量随电压变化而变化.C选项错误;R1消耗的电功率P=20 W,D 选项正确.,【答案】AD,知识建构,技能建构,高考真题2(2010年高考天津理综卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表、和理想交流电流表、,导线电阻不计,如图所示.当开 关S闭