天之骄子高考物理一轮总复习 第10章 第2节变压器 电能的输送课件 新人教版.ppt

2017高三一轮总复习 物理 选修3 2 第十章交变电流传感器 第二节变压器电能的输送 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 方法技巧归纳 考题随堂演练 物理模型构建 基础知识整合 如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图 变压器的输入电压是市区电网的电压 假设负载变化时输入电压保持不变 输出电压通过输电线输送给用户 两条输电线的总电阻用r0表示 r代表各户中电器电阻 忽略变压器上的能量损失 不计电压表 电流表的内阻对电路的影响 当用户的用电器增加时 下列说法正确的是 a 输出功率变小b 输入功率不变c 电压表1读数不变 电流表1读数增大d 电压表2读数增大 电流表2读数增大 思路引导 1 用户用电器增加时 输出电压如何变化 输出电流如何变化 2 如何根据电压 电流和匝数关系判断输入电压 输入电流的变化 解析 本题属于教材 课后习题 的内容 关键是理想变压器规律的应用 理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的 由于输入电压和匝数比不变 所以副线圈的输出的电压也不变 所以电压表1读数不变 电压表2读数不变 当用电器增加时 相当于r的值减小 电路中的总的电阻减小 所以电流要变大 即副线圈中的电流示数变大 副线圈消耗的功率增大 由于变压器的输入的功率和输出的功率相等 由于副线圈的功率变大了 所以原线圈的输入的功率也要变大 因为输入的电压不变 所以输入的电流要变大 所以电流表1读数增大 电压表2读数增大 故c选项正确 a b d选项错误 理想变压器1 变压器的组成变压器是由 和绕在铁芯上的两个 组成的 如图所示 一个线圈与交流电源连接 叫做 线圈 也叫 线圈 另一个线圈与负载连接 叫做 线圈 也叫 线圈 知识点1 闭合铁芯 线圈 原 初级 副 次级 2 变压器的工作原理变压器的工作原理是电磁感应中的 现象 即同一铁芯上的磁通量的变化率处处 电流通过原线圈时在铁芯中激发 由于电流的大小 方向在不断变化 铁芯中的磁场也在不断变化 变化的磁场在副线圈中产生 能够输出 互感 相同 磁场 电动势 电流 3 理想变压器 1 定义完全没有 损耗的变压器 称为理想变压器 能量损耗包括铜损 线圈电阻产生的焦耳热 铁损 涡流产生的焦耳热 和磁漏 2 理想变压器具备的条件 原 副线圈没有电阻 没有焦耳热的产生 铁芯没有漏磁 原 副线圈的磁通量没有差别 变压器自身的能量损耗不计 输入功率 输出功率 能量 等于 4 理想变压器的电压 电流与匝数的关系 1 功率关系理想变压器不考虑能量损失 输入功率等于输出功率 2 电压与匝数的关系原 副线圈的电压之比等于线圈的匝数之比 3 电流与匝数的关系 电能的输送1 输电损耗 1 电压损耗输电线路上有 电流通过输电线路时 会在线路上产生电势差 造成电压损失 2 功率损耗发电机的输出功率为一定值 在远距离输电的过程中 有相当一部分能量损耗在输电线上 设输电线的电阻为r 损耗的电能 即转化为热能的部分为q 损耗的功率为p热 p损 知识点2 电阻 i2rt i2r 2 减小输电损耗的途径有两个 一是减小输电线的 二是减小输电线中的 1 减小电阻 减小 比如换铝为铜 减小 增大 但耗费材料 2 减小电流在输出功率不变的情况下 要减小电流 必须提高电压 即需采用 电阻 电流 电阻率 距离 面积 高压输电 3 高压输电 1 远距离输电的原理在发电站内用 升压 然后进行远距离输电 在用电区域通过 降到所需的电压 输送电路图如下 升压变压器 降压变压器 2 高压输电的关系式 电压关系 功率关系p1 p2 p3 p4 p2 p损 p3 u损 u3 3 两种损耗 输送电压损耗u损 ur i线r线 u2 u3 当输送的电功率p2一定的情况下 输送电压u2增大到原来的 倍 输电线路上损耗的功率p损就减小到原来的 n 特别提醒理想变压器可以改变电压 电流 不能改变交变电流的频率 有关电压器的结论 共同的前提是原副线圈的匝数不变 热门考点研析 1 各物理量间的制约关系 3 输出功率决定输入功率 即p1 p2 用电的高峰期 并联的用电器增多 输出功率增大 则输入功率增大 当负载为空载时 输入功率为零 理想变压器的基本关系 考点1 2 理想变压器的理解 1 变压器能改变交变电流电压 但不能改变恒定电流 直流电 的电压 如果原线圈接上直流电 则副线圈输出电压为零 2 变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小 用较细的导线绕制 变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大 用较粗的导线绕制 3 副线圈上的电流电压和原线圈上电流电压一样也是交变的 且频率相同 2015年新课标卷 一理想变压器的原 副线圈的匝数比为3 1 在原 副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻 原线圈一侧接在电压为220v的正弦交流电源上 如图所示 设副线圈回路中电阻两端的电压为u 原 副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k 则 思路引导 1 理想变压器的电压 电流和匝数的关系是什么 2 正弦交流电源两端的电压是原线圈两端的电压吗 例1 答案 a 总结提升 对于原线圈电路接有用电器的问题 要注意电压和匝数成正比关系的条件 2 原线圈两端电压与用电器电压之和等于电源电压 图1中的变压器为理想变压器 原 副线圈的匝数之比为10 1 变压器的原线圈接如图2所示的正弦交流电 电压表为理想电表 r 5 的电阻接在副线圈两端 求 1 电压表的示数为多少 2 原线圈的电流为多少 针对训练1 远距离输电示意图如图所示 1 远距离输电线路的特点 1 输电线路当中存在两组变压器 升压变压器和降压变压器 前者作用是提高输送电压 实现高压输电 后者的作用是降低输送电压达到用户的使用要求 远距离输电 考点2 输电线路电压损耗 u损 i送r 功率损耗 p损 ir 2 解题思路 1 分析题意 画出示意图是关键 抓住输送电流这一重要思路 2 研究升压和降压的过程 输电线路是主线 3 运用电压 电流 功率的关系规律求解 3 处理远距离输电问题 关键是正确建立并画出输电流程图 把需要的物理量都标在图中相应的位置上 输电电流一般为联系各物理量的重要线索 从 输电线 开始 或从 发电 或从 用户 开始 把握好各物理量之间的相互关系 抓住输电的两端 电源与用电器 分析一条线 输电线 研究两次电压变换 升压和降压 然后以升压变压器的副线圈 输电线 降压变压器的原线圈构成回路 利用电路知识如欧姆定律等分析三者的电流 电压和功率关系 即 1 由输电功率和输电电压确定输电线中的电流 2 计算输电线路的电压损失 功率损失 确定降压变压器的输入电压 输入功率 3 计算升压变压器 降压变压器的变压比 2015年福建高考 图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 例2 思路引导 1 远距离输电线路属于纯电阻电路吗 欧姆定律是否适用 2 变压器的输入 输出电压和输电线上的电压是什么关系 答案 c 总结提升 解决远距离输电问题的注意点1 注意分清两个变压器中各个物理量之间的制约关系 2 注意不要把输电线路看作纯电阻电路 从而错误的使用欧姆定律分析 得出相反的结论 3 关键是画出正确的示意图 避免出现符号的标记错乱 影响问题的解答 4 掌握理想变压器和远距离输电规律 关键是流过输电线电流的确定 功率计算涉及到有效值 2016届湖北期末 某个小型水电站发电机的输出功率为100kw 发电机输出电压u的图象如图所示 通过升压变压器升高电压后向远处输电 输电线总电阻为2 在用户端用降压变压器把电压降为220v 要求在输电线上损失的功率控制为5kw 即用户得到的功率为95kw 求 1 发电机输出电压的瞬时值表达式 2 输电线上通过的电流 3 降压变压器原 副线圈的匝数比 针对训练2 2 输电线上损失的功率为5kw 根据欧姆定律得 pr i2r 代入数据解得 输电线上的电流为i 50a 答案 1 u 350sin100 t v 2 50a 3 95 11 方法技巧归纳 理想变压器的动态分析1 理想变压器的动态分析变压器的原副线圈匝数 输入电压 副线圈串联电阻等 任一物理量发生变化都会引起其他相关物理量的变化 2 解题的思路根据题意 弄清变化量和不变量 确定变化的趋势 比如通过滑动变阻器的滑片移动引起的匝数的变化 副线圈的电阻的串并联关系引起输出电流的变化等等 利用各物理量之间的制约关系 结合电路的连接方式 欧姆定律等知识 分析未知量的变化规律 3 理想变压器的动态分析问题一般有两种类型 1 负载电阻不变 原副线圈的电压u1 u2 电流i1 i2 功率p1 p2随匝数比变化而变化 2 匝数比不变 原副线圈的电压u1 u2 电流i1 i2 功率p1 p2随负载电阻的变化而变化 无论哪种情况 处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量 弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系 输出功率决定输入功率 输入电压u1和匝数比决定输出电压u2 输出电压u2和负载电阻决定i2 i2和匝数比决定i1 多选 2015年天津高考 如图所示 理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表 副线圈匝数可以通过滑动触头q来调节 在副线圈两端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r p为滑动变阻器的滑动触头 在原线圈上加一电压为u的正弦交流电 则 a 保持q的位置不动 将p向上滑动时 电流表读数变大b 保持q的位置不动 将p向上滑动时 电流表读数变小c 保持p的位置不动 将q向上滑动时 电流表读数变大d 保持p的位置不动 将q向上滑动时 电流表读数变小 例3 思路引导 1 保持原 副线圈的匝数不变 输出电压是否发生变化 2 保持滑动变阻器的位置不变 副线圈的负载是否发生变化 解析 保持原 副线圈的匝数不变 输出电压恒定不变 将滑动触头p向上滑动时 负载电阻变大 根据欧姆定律可知 输出电流变小 由理想变压器电流和匝数的关系可知 输入电流变小 电流表示数变小 a选项错误 b选项正确 保持滑动触头p的位置不变 则负载不变 将q向上滑动 副线圈的匝数变大 输出电压变大 根据欧姆定律可知 输出电流变大 由理想变压器电流和匝数的关系可知 输入电流变大 电流表示数变大 c选项正确 d选项错误 答案 bc 多选 2016届衡水月考 如图1所示的变压器 接如图甲所示的交流电时 灯泡正常发光 电容器能正常工作 现将电源换成如图乙所示的交流电 则 a 由于乙交变电流的周期变短 因此灯泡比第一次亮b 由于乙的频率比甲的大 因此电容器有可能被击穿c 无论接甲 还是接乙电源 若滑动触头p向上移动 灯泡都变暗d 若将原线圈n1的匝数增加 灯泡消耗的功率将变小 针对训练3 解析 乙交变电流的周期小 频率高 但是灯泡作为纯电阻电路 亮度与周期无关 由有效值决定 甲 乙交变电流的有效值相等 故灯泡一样亮 a选项错误 电容器能否被击穿 取决于电压的最大值 两种交流电电压的最大值相等 故b选项错误 将滑动触头p向上移动时 电阻变大 理想变压器的输出电压不变 根据欧姆定律可知 流过灯泡的电流变小 灯泡变暗 c选项正确 将原线圈的匝数n1增加 根据理想变压器电压和匝数关系可知 输出电压变小 灯泡消耗的功率变小 d选项正确 答案 cd 物理模型构建 多组副线圈变压器和互感器模型1 多组副线圈变压器模型计算两个或两个以上副线圈的变压器问题时 应注意以下三个关系 2 功率关系 p1 p2 p3 3 电流关系 由i1u1 i2u2 i3u3 得i1n1 i2n2 i3n3 2 互感器模型 1 电压互感器原线圈并联在高压线路上 副线圈连接电压表 将高电压变为低电压 2 电流互感器原线圈串联在高压线路上 副线圈连接电流表 将大电流变为小电流 2016届湖州月考 如图所示 理想变压器有两个副线圈 l1 l2是两盏规格为 8v 10w 的灯泡 l3 l4是两盏规格为 6v 12w 的灯泡 当变压器的输入电压为u1 220v时 四盏灯泡恰好都能正常发光 如果原线圈的匝数n1 1100匝 求 1 副线圈n2 n3的匝数 2 电流表的读数 例4 思路引导 1 多个副线圈存在的情况下 电压 电流和匝数的关系是否发生变化 2 多个副线圈存在的情况下 输出功率是否仍然决定输入功率 2 多个副线圈存在的情况下 电流和匝数的关系不再适用 但是理想变压器的输出功率仍然等于输入功率 电流表的示数为i1 u1i1 p1 p2 p3 p4 代入数据解得 i1 0 2a 答案 1 n2 n3的匝数分别为40匝和60匝 2 电流表的读数为0 2a 2016届河北模拟 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 针对训练4 解析 电流互感器的作用是使大电流变成小电流 然后利用变压器工作原理求解电流值 根据理想变压器电流和匝数的关系可知 iab icd 输入端ab接mn 输出端cd接pq b选项正确 答案 b 考题随堂演练 b 电流表 的示数为1ac 变压器的输入功率为10wd 交变电流的频率为100hz 答案 c 2 多选 2016届黑龙江模拟 如图 一理想变压器原 副线圈的匝数分别为n1 n2 原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源 一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端 假设该二极管的正向电阻为零 反向电阻为无穷大 用交流电压表测得a b端和c d端的电压分别为uab和ucd 则 a uab ucd n1 n2b 增大负载电阻的阻值r 电流表的读数变小c 负载电阻的阻值越小 cd间的电压ucd越大d 将二极管短路 电流表的读数加倍 答案 bd 3 2016届兰州模拟 如图所示 有一自耦变压器接在稳定的交流电源上 v1 v2为理想电压表 下列说法中正