物理第十一章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器、電能的輸送

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1、第十一章交變電流傳感器第十一章交變電流傳感器第第2 2講變壓器、電能的輸送講變壓器、電能的輸送過(guò)好雙基關(guān)一、理想變壓器一、理想變壓器1.構(gòu)造如圖1所示,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的 組成的.圖1兩個(gè)線圈(1)原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫 線圈.(2)副線圈:與負(fù)載連接的線圈,也叫 線圈.2.原理電流磁效應(yīng)、 .初級(jí)次級(jí)電磁感應(yīng)3.理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器(1)沒(méi)有能量損失(繞線無(wú)電阻、鐵芯無(wú)渦流)(2)沒(méi)有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系根據(jù)能量守恒可得:原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,即P入_電壓關(guān)系原、副線圈的電壓之比等于其匝數(shù)之比,公

2、式: ,與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)P出基本關(guān)系電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí): _(2)有多個(gè)副線圈時(shí):由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn頻率關(guān)系f1f2(變壓器不改變交變電流的 )頻率4.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器,如圖2甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示.圖2低電壓小電流答案自測(cè)自測(cè)1關(guān)于理想變壓器,下列說(shuō)法正確的是A.變壓器只對(duì)變化的電流起作用,對(duì)恒定電流不起作用B.變壓器不但能改變交變電流的電壓,還能改變交變電流的頻率C.正常工作的變壓器,當(dāng)副線圈與用電器斷開(kāi)時(shí),副線圈兩端無(wú)電壓D.變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí),原線圈輸入的電

3、流隨之減小二、電能的輸送二、電能的輸送如圖3所示,若發(fā)電站輸出電功率為P,輸電電壓為U,用戶得到的電功率為P,用戶的電壓為U,輸電線總電阻為R.圖31.輸出電流2.電壓損失(1)UUU(2)U_IR3.功率損失(1)PPP(2)P _4.減少輸電線上電能損失的方法(1)減小輸電線的電阻R.由R 知,可加大導(dǎo)線的 、采用_的材料做導(dǎo)線.(2)減小輸電線中的電流.在輸電功率一定的情況下,根據(jù)PUI,要減小電流,必須提高 .I2R橫截面積電阻率小輸電電壓答案自測(cè)自測(cè)2教材P50第3題改編從發(fā)電站輸出的功率為220 kW,輸電線的總電阻為0.05 ,用110 V和11 kV兩種電壓輸電.兩種情況下輸電

4、線上由電阻造成的電壓損失之比為A.1001 B.1100 C.110 D.101解析研透命題點(diǎn)例例1(2016全國(guó)卷16)一含有理想變壓器的電路如圖4所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 、1 和4 , 為理想交流電流表,U為正弦交流電壓源,輸出電壓的有效值恒定.當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 命題點(diǎn)一理想變壓器原理的應(yīng)用能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研A.2 B.3C.4 D.5圖4答案解析變式變式1(多選)(2016全國(guó)卷19)如圖5所示,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b.當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的

5、10倍時(shí),兩燈泡均能正常發(fā)光.下列說(shuō)法正確的是A.原、副線圈匝數(shù)比為91B.原、副線圈匝數(shù)比為19C.此時(shí)a和b的電功率之比為91D.此時(shí)a和b的電功率之比為19答案解析圖51.匝數(shù)比不變的情況匝數(shù)比不變的情況(如圖6)(1)U1不變,根據(jù) ,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負(fù)載電阻R如何變化,U2不變.(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化.(3)I2變化引起P2變化,P1P2,故P1發(fā)生變化. 命題點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研圖62.負(fù)載電阻不變的情況負(fù)載電阻不變的情況(如圖7)圖7例例2(多選)(2017山東濰坊中

6、學(xué)一模)如圖8所示,理想變壓器為降壓變壓器,原線圈通過(guò)燈泡L1與正弦式交流電相連,副線圈通過(guò)導(dǎo)線與兩個(gè)相同的燈泡L2和L3相連,開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S處于斷開(kāi)狀態(tài).當(dāng)S閉合后,所有燈泡都能發(fā)光.下列說(shuō)法中正確的是A.燈泡L1和L2中的電流有效值可能相等B.燈泡L2兩端的電壓變小C.燈泡L1變亮,燈泡L2的亮度不變D.變壓器原線圈的輸入功率不變答案解析圖8解析解析當(dāng)S閉合后,根據(jù)I1n1I2n2可知,因?yàn)槭墙祲鹤儔浩?,n1n2,則I1U1,U2降低 B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低 D.U2U1,U2升高圖7答案解析12345678910111213148.(多選)如圖8所示,T為理想變壓器,

7、原、副線圈匝數(shù)比為51.A1、A2為理想交流電流表,V1、V2為理想交流電壓表,R1、R2為定值電阻,R3為光敏電阻(阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小),原線圈兩端電壓u220 sin 314t V,以下說(shuō)法正確的是A.當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),電壓表V1示數(shù)為44 V且保 持不變B.當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),電壓表V2示數(shù)增大C.通過(guò)電流表A1的電流方向每秒變化100次D.當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),電流表A1、A2示數(shù)同時(shí)變大圖8綜合提升練綜合提升練答案解析123456789101112131412345678910111213解析解析原線圈兩端電壓有效值為220 V,原、副線圈匝數(shù)比為51,所以副線圈的電壓有效值為44 V,電壓表

8、V1示數(shù)為44 V保持不變,與電阻的變化無(wú)關(guān),A錯(cuò)誤;當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),R3的電阻減小,副線圈電路總電阻減小,電路的總電流變大,R1的電壓變大,副線圈的總電壓不變,所以電壓表V2示數(shù)變小,B錯(cuò)誤;1412345678910111213當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),R3的電阻減小,副線圈電路總電阻減小,所以電路的總電流要變大,因此A1、A2的示數(shù)都要變大,故D正確.149.(多選)如圖9甲所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101,原線圈接交流電源和交流電壓表、交流電流表,副線圈通過(guò)電阻為R的導(dǎo)線與熱水器、抽油煙機(jī)連接.已知原線圈兩端的電壓保持不變,副線圈上的電壓按如圖乙所示規(guī)律變化.現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)S接通抽油煙機(jī),下列

9、說(shuō)法正確的是A.熱水器兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá) 式為u220 sin 100t VB.電壓表示數(shù)為2 200 VC.電流表示數(shù)變大D.變壓器的輸入功率增大答案解析圖91234567891011121314解析解析題圖乙為副線圈上的電壓變化規(guī)律,而熱水器上的電壓要小于副線圈上的電壓,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由交變電流規(guī)律可知,副線圈上的電壓的有效值為220 V,由變壓器變壓關(guān)系可知,電壓表示數(shù)為2 200 V,選項(xiàng)B正確;閉合開(kāi)關(guān),副線圈輸出功率增大,則原線圈輸入功率增大,因此電流表示數(shù)變大,選項(xiàng)C、D正確.123456789101112131410.(2017河北唐山一模)一含有理想變壓器的電路如圖10所示,

10、變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別是4 、2 和3 ,正弦交流電源有效值恒定為U.當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),理想電流表的示數(shù)為I,則當(dāng)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為圖10答案解析123456789101112131411.(多選)(2018山東濰坊質(zhì)檢)如圖11甲所示的電路中,理想變壓器原線圈接圖乙所示正弦交變電流,閉合S后,額定電壓為20 V的用電器正常工作,理想交流電流表 的示數(shù)為0.1 A.已知圖中元件D具有正向電流導(dǎo)通、反向電流截止的作用,下列判斷正確的是A.交變電流的頻率為50 HzB.變壓器原、副線圈匝數(shù)比為11 1C.用電器額定功率為22 WD.在用電器電阻不

11、變的情況下斷開(kāi)開(kāi) 關(guān)S,用電器功率將變?yōu)樵瓉?lái)的一半圖1112345678910111213答案解析14解析解析由ut圖象可知交變電流的周期T0.02 s,則頻率f 50 Hz,A項(xiàng)正確.由題圖乙可知原線圈兩端輸入電壓U1220 V,因閉合S后,額定電壓為20 V的用電器正常工作,則此時(shí)變壓器副線圈兩端電壓U220 V,n1n2U1U2220 V20 V111,B項(xiàng)錯(cuò)誤.理想變壓器P入P出I1U122 W,又P出P電器,C正確.若在用電器電阻不變的情況下斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,則一個(gè)周期內(nèi)用電器只有半個(gè)周期的時(shí)間正常工作,用電器的功率變?yōu)樵瓉?lái)的一半,D項(xiàng)正確.123456789101112131412.(多

12、選)如圖12為某小型水電站的電能輸送示意圖,發(fā)電機(jī)通過(guò)升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電.已知輸電線的總電阻R10 ,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為41,副線圈與純電阻用電器組成閉合電路,用電器電阻R011 .若T1、T2均為理想變壓器,T2的副線圈兩端電壓表達(dá)式為u220 sin 100t(V).下列說(shuō)法正確的是A.發(fā)電機(jī)中的電流變化頻率為100 HzB.通過(guò)用電器的電流有效值為20 AC.升壓變壓器的輸出功率為4 650 WD.當(dāng)用電器的電阻R0減小時(shí),發(fā)電機(jī)的輸出功率減小答案解析12345678910111213圖1214123456789101112131412345678

13、910111213當(dāng)用電器的電阻R0減小時(shí),降壓變壓器的輸出電流增大,則輸電線上的電流增大,升壓變壓器原線圈中的電流變大,根據(jù)PUI知,發(fā)電機(jī)的輸出功率增大,故D錯(cuò)誤.1413.(2017江西南昌3月模擬)某課外活動(dòng)小組用二極管、電感線圈(感抗很大)、電容器、小燈泡等元件組裝了一個(gè)簡(jiǎn)易交通指示燈模型,電路如圖13所示.關(guān)于該交通指示燈,下列說(shuō)法正確的是A.若在AB端加合適的直流電,且當(dāng)B端接電源 正極時(shí),綠燈亮,黃燈始終不亮B.若在AB端加合適的直流電,且當(dāng)A端接電源 正極時(shí),紅燈亮,黃燈始終不亮C.若在AB端加合適的正弦交流電,黃燈亮,綠燈、紅燈始終不亮D.若在AB端加合適的正弦交流電,黃燈

14、始終不亮,綠燈、紅燈交替閃爍圖1312345678910111213答案解析1412345678910111213解析解析電容器具有通交流、隔直流的特性,二極管具有單向?qū)щ娦裕螂姼芯€圈的感抗很大,則其具有通直流、阻交流的特性.若在AB端加合適的直流電,當(dāng)B端為正時(shí),只有紅燈亮;當(dāng)A端為正時(shí),只有綠燈亮,則A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤.若在A、B端加合適的正弦交流電時(shí),黃燈亮,而紅、綠燈都不亮,則C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.1414.有一種調(diào)壓變壓器的構(gòu)造如圖14所示.線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上,C、D之間加上輸入電壓,轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)觸頭P就可以調(diào)節(jié)輸出電壓.圖中 為理想交流電流表, 為理想交流電壓表,R1、R2為定

15、值電阻,R3為滑動(dòng)變阻器,C、D兩端接正弦交流電源,變壓器可視為理想變壓器,則下列說(shuō)法正確的是A.當(dāng)R3不變,滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流 表讀數(shù)變小,電壓表讀數(shù)變小B.當(dāng)R3不變,滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流表 讀數(shù)變小,電壓表讀數(shù)變小C.當(dāng)P不動(dòng),滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變小,電壓表讀數(shù)變小D.當(dāng)P不動(dòng),滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變大,電壓表讀數(shù)變大答案解析12345678910111213圖141412345678910111213當(dāng)P不動(dòng)時(shí),匝數(shù)nMN不變,輸出電壓UMN不變,滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng),R3阻值變大,根據(jù)“串反并同”,得電壓表讀數(shù)變大,電流表讀數(shù)變小,C項(xiàng)錯(cuò)誤,同理知D項(xiàng)錯(cuò)誤.14

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