电感和电容对交变电流的作用

1、二、电感和电容对交变电流的作用 变压器 远距离输电【教学目标】 了解电感和电容对交变电流的作用，知道变压器的结构，理解变压器的工作原理，会正确应用变压器的电流、电压和功率关系。能运用有关知识解决远距离输电问题。【点击高考】 1、（1993 全国）如图1411所示，一理想变压器的原、副线圈分别由双线圈ab和cd(匝数都为n1)，ef和gh(匝数都为 n2)组成，用I1和U1表示输入电流和电压，I2和U2表示输出电流和电压，在下列四种连接法中，符合关系的有 A、D (A) b与c相连，以a、d为输入端；f与g相连，以e、h为输出端(B) b与c相连，以a、d为输入端；e与g相连，f与h相连作为输出

2、端(C) a与c相连，b与d相连作为输入端；f与g相连，以e、h为输出端(D) a与c相连，b与d相连作为输入端；e与g相连，f与h相连作为输出端2、(1995 上海)如图1414所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R开始时，电键S断开，当S接通时，以下说法中正确的是 B、C、D (A) 副线圈两端M、N的输出电压减小(B) 副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大(C) 通过灯泡L1的电流减小(D) 原线圈中的电流增大图 1415 3、(1996 上海) 在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图1415所示变压器铁芯的左右两个臂上当通以交流电时，每个

3、线圈产生的磁通量都只是一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂已知线圈1、2的匝数之比N1:N22:1，在不接负载的情况下 B、D (A) 当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110V(B) 当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V(C) 当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220V(D) 当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V图 1416 4、(1997 全国) 如图1416的(a)、(b)两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110V若分别在c、d两端与g、h两端加上110V的交流电压，则a、b

4、间与e、f间的电压分别为 B (A)220V，220V (B)220V，110V (C)110V, 110V (D)220V, 05、(1997上海 三3高压输电 B)水电站给远处山村送电的输出功率是100kW，用2000V电压输电，线路上损失的功率是2.5×lO4W如果改用20000V高压输电，线路上损失的功率是_w（250W）【知识点扫描】（一）电感和电容对交变电流的影响1、感抗：（1）含义：表示电感线圈对交变电流阻碍作用的大小（2）成因：线圈中自感电动势对原电流的阻碍作用。（3）大小：XL=2fL（4）作用：通直流、阻交流（低频扼流圈），通低频、阻高频（高频扼流圈）。2、容抗（

5、1）含义：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小（2）成因：电容器在交变电流变化过程中，两极板上形成了与电源极性相反的电压，导致对交变电源所产生电流的阻碍作用。（3）大小：（4）作用：通交流、阻直流（如隔直电容器），通高频、阻低频（如高频旁路电容器）。（二）理想变压器（1）概念：不计铜损，即变压器的原、副线圈的电阻很小，可以忽略，在有电流通过时认为不产生焦耳热。不计铁损，即变压器铁芯内不产生涡流，无热损耗。不计磁漏，即原、副线圈中的磁通量总保持相同。具备了以上条件的变压器称为理想变压器。（2）原理：理想变压器是根据电磁感应原理工作的。变压器正常工作时，穿过铁芯的磁通量是由原线圈和副线圈中电流共同产

6、生的。对于理想变压器，可认为在任何时刻，原、副线圈中每一匝线圈内的磁通量相同，磁通量的变化率相同，产生的感应电动势也相同。变压器不改变交变电流的频率，原、副线圈中的交变电流频率相同。（3）主要构造：输入线圈和输出线圈绕在同一闭合铁芯上常用变压器有：自耦变压器、电压互感器、电流互感器等。（4）规律：a、功率关系： P入= P出b、电压关系： U1/n1 = U2/n1 有若干个副线圈时：c、电流关系： 只有一个副线圈时： 有若干个副线圈时：（据能量守恒得出）说明：（1） 输出电压是由输入电压决定，而输入功率或电流则是由输出功率或电流来决定。（2） 变压器不能改变恒定电压，也不能改变交流电的频率和

7、周期。（3） 细线绕组为高压线圈，粗线绕组为低压线圈（4） U1/n1 = U2/n1 是在通过每个线圈截面磁通量相同时才能成立，否则，不成立。注意变压器与分压器的区别：分压器是一种电阻性仪器，是根据电阻串联分压的原理工作的，分压器既可以改变交流电压，也可以改变直流电压，但它不能使电压升高。（三）远距离输电（1）弄清远距离输电中需解决什么样的问题 在远距离输电中, 需解决的主要问题是:在输送功率一定的前提下，如何减小输电线的电能损失。根据焦耳定律Q=I2R线t，一种方法是减小输电线的电阻，这种方法可减小输电线的损耗，但减小的能量有限。另一种方法是减小输电线中的电流强度，这种方法最有效，因为QI

8、2，电流强度对能量损失的影响最大。在输送功率一定的前提下，根据公式P=UI可知，要减小输电电流，就必须采用高压输电。（2）往往有同学认为根据欧姆定律：I=U/R，当提高输电电压U时，将导致输电电流成比例增加，从而导致输电损耗增加。造成这一错误的原因是什么？ 产生这一错误的原因是使用欧姆定律时未注意其条件是“纯电阻电路”。在实际输电电路中由于存在变压器等，已不是纯电阻电路，即使在电器中也不都是纯电阻用电器（如电风扇、洗衣机等），因而在这里欧姆定律已不再适用。（3）远距离输电的基本电路 在远距离输电中，若电源（发电机）直接将电能向远距离输送，由于输送功率一定，输出电压低，电线中的电流必然大，输电线

9、上的电能损失也就大。若通过变压器升压，在输送功率一定的情况下，输电线电流则可大大减小，从而减小输电损失，到达用户处时再用降压方法满足用户对电压要求。其实际等效电路如图（1）所示【例题精讲】1、如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是（C ）A.L1、L2、L3亮度都不变 B.L2变暗，L2不变、L3变亮C.L1变暗、L2变亮、L3不变 D.L1变亮、L2变暗、L3不变2、如图所示电路中，理想变压器初级加一个固定的交流电压，那么下列情况正确的是（ C ）A、当滑动头E上移时，灯泡L变亮B、在滑动头E上移时，电流表A1读数变大C、当滑

10、动头E上移时，电压表V读数变大D、若闭合开关K，则电流表A1读数变大，而A2读数变小3、如图，L1、L2 是输电线，a是 互感器，b是 互感器，在图中空圈内填入所用的电表符号，若已知变压比为100：1，变流比是1000：1，并且知道伏特表示数为220V，安培表示数是100A，则输电线路中电功率是 。4、如图所示，L1、L2、L3、L4和L5是完全相同的五个灯泡，如果各灯泡都正常，求电源输出功率P及n1n2n3的比值。解：因各灯正常发光，故，；，从能量角度考虑，有：，所以据变压器计算公式：，则：=412又，所以5、某小型水力发电站水流量为4m3/s，落差为5m，发电机总效率为50，输出电压为35

11、0V，输电线总电阻为2.为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5，需在发电机处安装升压变压器，用户所需电压为220V，所以在用户处需安装降压变压器，试求：（1）画出此输电线路的示意图。（2）升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比.解析：发电机输出功率P50%mgh/t0.5×4×103×10×5W105W.输电线上损耗功率P损I2R5P.输电线上的电流升压变压器副线圈电压因此，升压变压器原副线圈匝数比降压变压器原线圈电压U3U2-IR(2000-50×2)V1900V.可得，降压变压器原副线圈匝数比【训练反馈】1、(1994 上海) 图1410

12、中理想变压器原、副线圈匝数之比，n1:n24:1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连组成闭合回路当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右作切割磁感线运动时，电流表A1的读数是12mA，那么电流表A2的读数为A (A)0 (B)3mA (C)48mA (D)与R值大小有关2、(1999 全国) 如图1418所示是4种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是"220V 40W'，当灯泡所消耗的功率都调至20W时，哪种台灯消耗的功率最小? C 3、（2002年广东、广西、河南）远距离输电的示意图如下图所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（C

13、）A、升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B、输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定C、当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D、升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压4、如图所示，某电子电路的输入端输入电流既有直流成分，又有交流低频成分和交流高频成分.若通过该电路只把交流的低频成分输送到下一级，那么关于该电路中各器件的作用，下列说法中正确的有（ BC ）A.L在此的功能为通直流，阻交流，叫高频扼流圈B.C1在此的功能为通交流，隔直流，叫隔直电容C.C2在此的功能为通高频、阻低频，叫做高频旁路电容D.上述说法都不对5、如图所示，理想变压器副线圈两端

14、接有三只灯泡，原线圈与一只灯泡串联在交流电源上，若四只灯泡完全相同，且都正常发光，则电源两端电压U与灯泡两端电压U1之比为 （ D ）A11 B21 C31 D416、如图所示，四个相同的电灯与理想自耦变压器连接，当接上交流电源后，四个电灯均正常发光，则初级与次级的电压之比U1：U2为（ C ）A.1：1B.3：1 C.4：1D.5：17、一理想变压器，原副线圈的匝数比n1：n2=1：2，电源电压u=220sintV，原线圈电路中接入一熔断电流I0=1A的保险丝，副线圈中接人一可变电阻R，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小（ C ）A.440B.440 C.880D.8

15、808、远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是（ AC ）A.可节省输电线的铜材料 B.可根据需要调节交流电的频率C.可减少输电线上的能量损失 D.可加快输电的速度9、输电线的电阻共计r，输送的电功率是P，用电压U送电，则用户能得到的电功率为（ B ）A.PB.C.D.10、如图所示的电路，电源电压U=20sin314t(V)，设二极管正向电阻为零，反向电阻为无限大，负载R=20，若其中一个二极管断路，求R中消耗的功率.答案：解：图示电路中其中一个二极管断路相当于半波整流，在导电的半周期的功率为P1=I2R=10W而在截止的半周期内

16、的功率P2=0故一个周期内，电阻R上消耗的功率为：=5W11、利用太阳电池这个能量转换器件将辐射能转变为电能的系统又称光伏发电系统.光伏发电系统的直流供电方式有其局限性，绝大多数光伏发电系统均采用交流供电方式.将直流电变为交流电的装置称为逆变器.(1)用逆变器将直流电变为交流电进行供电有哪些好处?请简要回答.(2)有一台内阻为1的太阳能发电机，供给一个学校照明用电，如图所示，升压变压器匝数比为1：4，降压变压器的匝数比为4：1，输电线的总电阻R=4，全校共22个班，每班有"220V40W"灯6盏，若全部电灯正常发光，则：发电机输出功率多大?发电机电动势多大?输电效率多少?若

17、使灯数减半并正常发光，发电机输出功率是否减半?答案：解：(1)可以改变电压的大小以适应不同的需要；通过升压、降压在远距离输送电中减少电能在输电线上的损耗，提高供电效率.所以用逆变器将直流电变为交流电，可以扩大发电系统的利用率.(2)发电机的输出功率：P出=nP灯+R而I2=所以，P出=22×6×40+×4=5425WE=U1+I1r，r为发电机内阻，U1=U2U2=4U3+I2R=4×220+6×4=904V；I1=4I2所以，E=+4×6×1=250V=97%电灯减少一半时，n'P灯=11×220

18、5;6=2640WI2=n'P灯U2=2640880=3A所以，P出=nP灯+I'2R=2640+32×4=2676W12、如图1315为一种触电保安器，变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈，然后接到用电器。B处有一个输出线圈，一旦线圈中有电流，经放大后便能推动保安开关切断电源。试说明：为什么多开灯不会使保安器切断电源？为什么有人接触相线“触电”,触电保安器会切断电源?该保安器能否为双手分别接触相线和零线触电保安?请说明道理。图13一1522. 答案：（1）A线圈双线共绕，正向电流与反向电流产生的磁场相互抵消，多开灯少开灯都如此，线圈B中无感应电流，保安器的开关J

19、不工作，不会自动切断电源（5分）。（2）当相线与人“手一地”触电时，相线中有一部分电流经过人体流入大地，保安器铁芯中磁通量发生变化，B线圈中有电流，保安器J工作，能自动切断电源（5分）。（3）“相线一零线”触电时，与多打开几盏电灯情况相同，A线圈中正、反向电流总是相等，B线圈中磁通量不变，保安器不能自动切断电源，不起保安作用。（5分）4如图131所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1000匝，副线圈匝数 n2=200匝，交流电 源的电动势，电阻R=88。电流表、电压表对电路影响可忽略不计。图131（ AC ）A A1的示数约为0.10AB V1的示数约为311VC V2的示数约为44VD A2的

20、示数约为0.75A8如图134所示，理想变压器有两个副线圈，输出电压分别为5V和3V，要获得8V输出图134 电压（两个副线圈的绕向和输出端如图所示）， 两个副线圈连接方法是 （ AB ）Ab、c连接，a、d两端输出Ba、d连接，b、c两端输出Ca、c连接，b、d两端输出Db、d连接，a、c两端输出10晶体二极管具有单向导通、反向截止的性能，即电流只能从它的“十”极流向“一”极，不能从它的“”极流向“十”极。图136是二极管调温型电热毯接在220V的交流电源上的简图。对于它的工作情况，下列说法正确的有（ C ）图13一6A电键s接B时为加热状态，接A时为保温状态B电键s接A时为加热状态，接B时

21、为保温状态C加热状态与保温状态电热毯的发热功率之 比为2：1D加热状态与保温状态电热毯的发热功率之比为4：17.B对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有A.当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流B.当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流C.在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动D.在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器答案：BD9.B如图所示，开关S与直流恒定电源接通时，L1、L2两灯泡的亮度相同，若将S与交变电源接通A.L1和L2两灯泡亮度仍相同B.L1比L2更亮些C.L1比L2更暗些D.若交变电源电压的有效值与直

22、流电压相同，两灯与原来一样亮答案：B10.B如图所示，L1、L2为两个相同的灯泡，开关S接通恒定直流电源时，灯泡L1发光，L2不亮，后将S与有效值和直流电压相同的交变电源接通，这时A，L2比L1更亮些B.L2比L1更暗些C.L2仍然不亮DL2可能和L1一样亮答案：D12.B两只完全相同的灯泡L1和L2分别与相同的电感串联，组成如图所示的甲、乙两个相同的部分电路.现在甲电路两端加恒定电压U，L1灯发光；而在乙电路两端加最大电压为U，的正弦交变电压，L2灯也发光.比较两灯的明暗程度，是L1灯的亮度_L2灯亮度.(填“大于”、“等于”、“小于”)答案：大于13.B如图所示电路，当在a、b两端加上直流

23、电压时，L1正常发光，L2不亮；当a、b两端加上同样电压的交变电流时，L1发光亮度变暗，而L2正常发光.则A、B分别为_和_.答案：电感线圈、电容器1.A对于理想变压器，下列说法中正确的是A.原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大B.原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化D.当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零答案：ABC11.B一台调压器原线圈匝数为3600匝，当电路电压降为180V时，副线圈要想得到220V的电压时，应将副线圈的匝数调整为_匝；若此时用电器的工作电流为0.9A，则原线圈中的电流为_A答案：4400，1.113

24、.B如图所示为理想变压器供电示意图，A为与原线圈串联的灯泡，A1、A2为副线圈的负载，当闭合开关S后(不考虑温度对灯丝电阻的影响)，各灯泡亮度的变化情况是A1_，A2_.(填“变亮”、“变暗”或“不变”)答案：变亮、变亮14.B如图所示，一理想变压器上绕有A、B、C三个线圈，匝数比nA：nB：nC=4：2：1，在副线圈B和C的两端各接一个相同的电阻R，当原线圈A与交变电源连接时，交变电流表A2的示数为I0，则交变电流表A1的示数为多少?答案：解：由=2可得UC=UB，Ic=I0对于理想变压器有P1=P2+P3，即IAUA=I0UB+ICUc所以IA=解得结果为IA=5I0815.C一单相变压器

25、原副线圈匝数比为20：1，原线圈两端电压U1=220V，副线圈电阻r2=1omega，负载电阻R=19omega.求副线圈输出电压U2、原线圈输人功率P1及变压器的效率.答案：解.由得E2=11V由E2=U2+I2r2=I2(R+r2)得I2=0.55A则U2=I2R=10.45VI1=0.028A原线圈的输入功率为P1=I1U1=6.05W输出功率为：P2=I2U2=5.75W变压器的效率为：=×100=952.理想变压器的副线圈通过电阻不可忽略的输电线向用户供电，原线圈接在交变电源上，如图所示，当S闭合时，下列说法中正确的是：(A)电压表示数不变.(B)电流表示数增大.(C)L的

26、亮度不变.(D)电源的输出功率增大.答案：B、D.4.理想变压器的次级有两个线圈，如图所示.已知L2的匝数为n2，L3的匝数为n3.电压表读数为U，电流表读数为I，已知灯泡M1和M2电阻相等(电压表、电流表对电路影响忽略)，则根据以上条件可以算出：(A)灯泡M2上的电压U2.(B)通过灯泡M1的电流I1.(C)输入变压器的电功率P.(D)L1的匝数.答案：A、B、C.8.理想变压器原、副线圈的匝数比为n1:n21:2，电源电压u220sin314tV，原线圈电路中接入熔断电流I01A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R时，如图所示，其阻值最低不能低于_.答案：880.9如图所示为一理想变压器工作电路图，今欲使变压器的输入功率增大到原来的2倍，在U1n1n2R 其他条件不变的情况下，可行的办法是（ D ）A原线圈的匝数n1增加到原来的2倍B副线圈的匝数n2增加到原来的2倍C负载电阻的阻值R变为原来的2倍Dn2和R都变为原来的2倍14.B(12分)如图所示是常用电器中电源