福建省高中物理第一轮总复习时变压器电能输送鲁科新课标PPT课件

1、 一、理想变压器 1.理想变压器的构造、作用、原理及特征 构造：两组线圈(原、副线圈)绕在同一个闭合铁芯上构成变压器. 作用：在输送电能的过程中改变电压. 原理：其工作原理是利用了现象. 特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的过程中改变交变电压.电磁感应第1页/共48页 2.理想变压器的理想化条件及其规律 如图11-2-1所示，在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：E1=n1 ,E2=n2t 2t 图11-2-1第2页/共48页 忽略原、副线圈内阻，有U1E1，U2E2 另外，考虑

2、到铁芯的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有1=2 由此便可得理想变压器的电压变化规律为 . 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失(一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”)，于是有P1=P2 而P1=I1U1P2=I2U21122UnUn 第3页/共48页 由此可见： (1)电压跟匝数的关系： (2)功率关系：P输入=P输出 (3)电流关系： . 需要特别引起注意的是： (1)只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：U1I1=U2I2， 1122UnUn 1221InIn 1221InIn 第4页/共48页 (2

3、)变压器的输入功率由输出功率决 定，往往用到：P1=U1I1， 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.式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”.“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率.实际上，负载越小，R越大；负载越大，R越小.这一点在审题时要特别注意.2211/n URn 第5页/共48页 二、远距离高压输电中的功率、电压和电流关系 在电能远距离传输中，为了减小输电过程中的能量损失，通常采用高压输电，将电源电压用升压变压器提高，到了用户又要用降压变压器降压，输电电路如图11-2-2所示.图11-2-2第6

4、页/共48页 分析此类问题的过程中，先必须明确三个回路： (1)电源回路(升压变压器原线圈电压U1，升压变压器原线圈电流I1，升压变压器原线圈功率P1)第7页/共48页 (2)输送回路(升压变压器副线圈电压U2,降压变压器原线圈电压U3,输电线损失电压U,升压变压器副线圈电流I2,降压变压器原线圈电流I3,升压变压器副线圈功率P2,降压变压器原线圈功率P3,输电线损失功率P) (3)用户回路(降压变压器副线圈电压U4,降压变压器副线圈电流I4,降压变压器副线圈功率P4)第8页/共48页 其次要掌握以下几个关系： (1)功率关系(为了研究的方便，我们常把变压器视为理想变压器处理)P1=P2,P2

5、=P3+P , P3=P4 (2)电压关系 ,U2=U3+U,1122UnUn 3344UnUn 第9页/共48页 (3)电流关系 ,I2=I3, (4)输电导线电压损失U= . = . (5)输电导线上损耗的电功率 P= = = . = = .I2R线U2-U3I2UP2-P3P1-P41221InIn 3443InIn 22I R线线222PRU线线第10页/共48页 变压器基本原理 一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=115.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图11-2-3所示.副线圈仅接入一个10的电阻.图11-2-3第11页/共48页 则( ) A.流过电阻的电流是20A B.

6、与电阻并联的电压表的示数是100 V C.经过1分钟电阻发出的热量是6103J D.变压器的输入功率是1103W 2第12页/共48页 原线圈中电压的有效值是220V，由变压比知副线圈中电压为100V，流过电阻的电流是10A；与电阻并联的电压表的示数是100V；经过1分钟电阻发出的热量是6104J.故选D.第13页/共48页 变式训练1：如图11-2-4，理想变压器原副线圈匝数之比为41.原线圈接入一电压为u=U0sint的交流电源，副线圈接一个R=27.5的负载电阻.若U0=220 V，=100rad/s，图11-2-42第14页/共48页 则下述结论正确的是( ) A.副线圈中电压表的读数

7、为55 V B.副线圈中输出交流电的周期为 s C.原线圈中电流表的读数为0.5A D.原线圈中的输入功率为110 W 答案：C1100 22第15页/共48页 变压器的负载变化引起其他物理量的变化 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11-2-5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，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，第16页/共48页 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 D.原线圈输入功率减小图11-2-5第17页/共48页 因输出电压与负载无关，

8、由原副线圈的匝数比和原线圈两端电压决定，应保持不变，故C错；当S接通时，负载总电阻减小，流经副线圈和输电线等效电阻R的电流增大，流经原线圈的电流也增大，故A错；等效电阻R的电压增大，B对；原线圈输入功率P=UI，应增大，故D错，正确选项为B.第18页/共48页 变式训练2：如图11-2-6，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的和.为理想电压表，读数分别为U1和U2；、.和 为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.图11-2-6第19页/共48页 现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是( ) A.U2变小，I3变小 B.U2不变，

9、I3变小 C.I1变小，I2变小 D.I1变大，I2变大C第20页/共48页 了解远距离输电的特点，会处理输电过程中变压器的相关问题 学校有一台应急备用的发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，全校22个教室，每个教室用“220V,40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，第21页/共48页 则： (1)发电机的输出功率多大？ (2)发电机的电动势多大？ (3)输电线上损耗的电功率多大？图11-2-7第22页/共48页 (1)所有灯都正常工作的总功率 22640W=5280W, 用电器总电流为I2= , 输电线上的电流I1=IR=I2= =

10、6A, 降压变压器上：U2=4U2=880V， 输电线上的电压损失为：UR=IRR=24V,225280A24A220PU 24I 第23页/共48页 因此升压变压器的输出电压为U1=UR+U2=904V， 输入电压为U1= =226V， 输入电流为I1=4I1=24A， 所以发电机输出功率为P出=U1I1=5424W. (2)发电机的电动势E=U1+I1r=250V (3)输电线上损耗的电功率PR= R=144W14U 2RI第24页/共48页 变式训练3：某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6. (1)若采用380V输电，求输电线路损耗的功率; (2)若改用5000V高压输

11、电，用户端利用n1n2=221的变压器降压，求用户得到的电压.第25页/共48页 322120 1052.6338052.6361662016.62PIAAUPI RWWkW损输电线上的电流强度为输电线路损耗的功率为解析：第26页/共48页 3111222211220 1050004226(50004 6)49761497622.18PIAUUUI RVVUnUnAVnUUVn 改用高压输电后，输电线上的电流强度变为用户端在变压器降压前获得的电压根据用户得到的电压为第27页/共48页121211-2-84112A 3 B 48C 0 D1.RnnAmAAmAmA如图所示，理想变压器原副线圈匝数

12、比，当导体棒向右匀速切割磁感线时，电流表 的读数是，则副线圈中电流表 的读数应该为( )与 阻值有关第28页/共48页 解析：导体棒匀速向右切割磁感线运动，变压器输入端为稳恒电流，故输出端电压为零，变压器不工作 答案：C第29页/共48页 2.如图1129所示为一台理想变压器，原、副线圈的匝数分别为n1=400匝，n2=800匝，如果导线的电阻忽略不计，那么可以确定( ) A这是一台升压变压器 B副线圈两端电压是原线圈两端电压的一半 C通过副线圈的电流是通过原线圈电流的两倍 D变压器输出电功率是输入电功率的两倍图11-2-9A第30页/共48页 3.在变电所，经常要用交流电表去监测电网上的强电

13、流，使用的仪器是电流互感器，下面四个图中，能正确反映其工作原理的是( ) 第31页/共48页第32页/共48页 解析：电流互感器要把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少，副线圈的匝数多监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中 答案：A第33页/共48页 4.如图11210所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则( )图11-2-10第34页/共48页 A保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将减小 B保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小 C保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大 D保

14、持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将减小第35页/共48页 解析：K由a合到b时，n1减小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2=U/R随之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，从而I1增大，A错误；K由b合到a时，与上述情况相反，P2将减小，B正确；P上滑时，R增大，P2=U/R减小，又P1=P2，P1=I1U1，从而I1减小，C错误；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大，I2=U2/R随之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D错误 答案：B第36页/共48页 5.有一种穿芯式电流互感器，如图11211所示，其工作原理是将被测量导线从互感器中心直接穿过

15、，从铁芯所绕线圈上电流表的读数就可计算出被测导线上的电流，若已知线圈的匝数为50匝，电流表的示数为5A，则导线上的电流为( ) A0.1A B10A C250A D10 A 图11-2-112C第37页/共48页 6.如图11212所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80104V的霓虹灯供电，使它正常发光为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断求 (1)熔丝的熔断电流是多大？ (2)当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？图11-2-12第38页/共48页 解析：(1)设原、副线圈上的电压、

16、电流分别为U1、U2、I1、I2.根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有：I1U1=I2U2 当I2=12mA时，I1即为熔断电流 代入数据，得I1=0.98A (2)设副线圈中电流为I2=10mA时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有：P1=I2U2， 代入数据得P1=180W第39页/共48页 7.(2010天津卷)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V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图10213所示当开关S闭合后( )图10-

17、2-13第40页/共48页AA1示数变大，A1与A2示数的比值不变BA1示数变大，A1与A2示数的比值变大CV2示数变大，V1与V2示数的比值变大DV1示数变大，V1与V2示数的比值不变第41页/共48页22221221112221211:.ASRUnUUVVIUnRInIAIInA当开关 闭合后，负载电阻 减小，由电压关系，可得不变，即 、示数不变，得 增大，即示数增大，由可知 增大解析即 示数增大答案：，第42页/共48页 8.(2010浙江卷)某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106kW.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是( ) A输电线

18、上输送的电流大小为2.0105A B输电线上由电阻造成的损失电压为15kV C若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108kW D输电线上损失的功率为P=U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻第43页/共48页26333332628223 10106 10A500 106 102.515 1053 10()2.59 10:B5CPIUPIAAUUIrUVVkVPPI rrWkWUUPRU由得输电线上输送的电流， 错；由得输电线路上的电压损失，若用电压输解析对；电，输电线上损失的功率为比总功率还大，不可能， 错；当用公式计算损失的功率时， 为输电线上损失的电压，而不是输电电压D， 错第44页/共48页 9.发电机输出功率为100kW，输出电压为250V，用户需要220V的电压，输电线电阻为10，若输电线损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)输电线上的升压和