高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 第2講 變壓器 遠(yuǎn)距離輸電課件

課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第2講變壓器遠(yuǎn)距離輸電一、理想變壓器一、理想變壓器1.構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由 和繞在鐵芯上的 組成的。(1)原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫 線圈。(2)副線圈:與 連接的線圈,也叫 線圈。教材研讀教材研讀閉合鐵芯閉合鐵芯兩個(gè)線圈兩個(gè)線圈初級(jí)初級(jí)負(fù)載負(fù)載次級(jí)次級(jí)2.原理:電流磁效應(yīng)、 。3.基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系: 。(2)電壓關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí)=。有多個(gè)副線圈時(shí)=。(3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí)=。由P入=P出及P=UI推出有多個(gè)副線圈時(shí),U1I1= 。4.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器11Un22Un11Un22Un33Un12II21nn電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) P入入=P出出U2I2+U3I3+UnIn (2)互感器自測自測1 (辨析題)(1)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。( )(2)理想變壓器能改變交變電壓、交變電流,但不改變功率,即輸入功率總等于輸出功率。( )(3)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí),原線圈輸入的電流隨之減小。( )答案 (1) (2) (3):電壓互感器 用來把高電壓變成低電壓。電流互感器 用來把大電流變成小電流。二、遠(yuǎn)距離輸電二、遠(yuǎn)距離輸電1.輸電過程(如圖所示)2.輸電導(dǎo)線上的能量損失:主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的,表達(dá)式為Q= 。3.電壓損失(1)U=U-U;(2)U= 。4.功率損失I2RtIR(1)P=P-P;(2)P= =R。5.輸送電流(1)I=;(2)I=。2PUPUUURI2R考點(diǎn)一理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用考點(diǎn)一理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用基本關(guān)系式中物理量之間的決定關(guān)系:考點(diǎn)突破考點(diǎn)突破電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和線圈匝數(shù)比決定,U2=U1(原制約副)功率副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定,原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定,P1=P2(副制約原)電流原線圈的電流I1由副線圈的電流I2和線圈匝數(shù)比決定,I1=I2(副制約原)21nn21nn典例典例1 (2014山東理綜,17,6分)(多選)如圖,將額定電壓為60 V的用電器,通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開關(guān)S后,用電器正常工作,交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是( )A.變壓器輸入功率為484 WB.通過原線圈的電流的有效值為0.6 AC.通過副線圈的電流的最大值為2.2 AD.變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1 n2=11 3答案 BD對(duì)于理想變壓器,P入=P出,所以輸入功率P入=602.2 W=132 W,A錯(cuò)。I1= A=0.6 A,B正確。通過副線圈的正弦式交流電電流的最大值I2m=I2=2.2 A,C錯(cuò)誤。變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1 n2=U1 U2=11 3,D正確。1-1 (多選)如圖所示,一理想變壓器原線圈匝數(shù)為n1=1 000匝,副線圈匝數(shù)為n2=200匝,將原線圈接在u=200 sin 120t(V)的交流電壓上,電阻R=100 ,電流表A為理想電表。下列推斷正確的是( )1PU入132220222A.交變電流的頻率為50 HzB.穿過鐵芯的磁通量的最大變化率為 Wb/sC.電流表A的示數(shù)為 AD.變壓器的輸入功率是16 W答案 BD已知u=200 sin 120t(V),則有效值U1=200 V,角速度=2f=120 rad/s,可知交變電流的頻率為60 Hz;由Um1=n1=200 V,而n1=1 00252522t20匝,則穿過鐵芯的磁通量的最大變化率= Wb/s;U2=U1=40 V,由I2=0.4 A,得電流表A的示數(shù)為0.4 A;P1=P2=I2U2=0.440 W=16 W。t2521nn2UR考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析1.線圈匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)(1)U1不變,根據(jù)=可以得出不論負(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,根據(jù)=可以判斷I1的變化情況。(3)I2變化引起P2變化,根據(jù)P1=P2,可以判斷P1的變化。2.負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示)12UU12nn12II21nn(1)U1不變,發(fā)生變化,U2變化。(2)R不變,U2變化,I2發(fā)生變化。(3)根據(jù)P2=和P1=P2,可以判斷P2變化時(shí),P1發(fā)生變化,I1發(fā)生變化。典例典例2 (2016山東濰坊聯(lián)考)如圖甲所示的電路中,S為單刀雙擲開關(guān),電表為理想電表,Rt為熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小),理想變壓器原線圈接圖乙所示的正弦交流電,則( )12nn22URA.變壓器原線圈中交流電壓u的表達(dá)式u=110sin 100t(V)B.S接在a端,Rt溫度升高時(shí),變壓器的輸入功率變小C.S接在a端,Rt溫度升高時(shí),電壓表和電流表的示數(shù)均變大D.S由a切換到b,Rt消耗的功率變大答案 A由圖乙可知電壓最大值為110 V,周期為0.02 s,所以=1222T00 rad/s,則原線圈中交流電壓的表達(dá)式u=Um sin t=110 sin 100t(V),A項(xiàng)正確;副線圈輸出電壓由變壓器原副線圈匝數(shù)比和輸入電壓決定,故Rt溫度升高時(shí),副線圈兩端電壓不變,則電壓表示數(shù)不變,C項(xiàng)錯(cuò);S接在a端,Rt溫度升高時(shí)其阻值減小,再由P=可知,變壓器輸出功率增大,故變壓器的輸入功率也隨之增大,B項(xiàng)錯(cuò);S由a切換到b,副線圈匝數(shù)減小,故輸出電壓減小,由P=知,Rt消耗的功率減小,D項(xiàng)錯(cuò)。22UR2UR分析變壓器動(dòng)態(tài)問題的思路流程U1U2I2I1 2-1 (2015天津理綜,6,6分)(多選)如圖所示,理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表,副線圈匝數(shù)可以通過滑動(dòng)觸頭Q來調(diào)節(jié),在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R,P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電,則( )A.保持Q的位置不動(dòng),將P向上滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動(dòng),將P向上滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變小C.保持P的位置不動(dòng),將Q向上滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變大D.保持P的位置不動(dòng),將Q向上滑動(dòng)時(shí),電流表讀數(shù)變小答案 BC保持Q位置不動(dòng),則副線圈兩端電壓U2不變,P向上滑動(dòng),則R增大,副線圈電流I2減小,由P1=UI1=U2I2,可知I1減小,電流表讀數(shù)減小,A錯(cuò)誤,B正確。保持P位置不動(dòng),則R不變,Q向上滑動(dòng),n2變大,根據(jù)=得,U2=U,則U2增大,由I2=,知I2增大,由UI1=U2I2,U不變,知I1增大,電流表讀數(shù)變大,所以C正確,D錯(cuò)誤。故選B、C。1Un22Un21nn20URR2-2如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10 1,b是原線圈的中心接頭,電壓表V和電流表A均為理想電表,除滑動(dòng)變阻器電阻R、定值電阻R0以外其余電阻不計(jì),從某時(shí)刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1=220 sin 100t(V)。下列說法中正確的是( )A.t= s時(shí)刻,c、d兩點(diǎn)間的電壓瞬時(shí)值為110 V21600B.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時(shí),電壓表的示數(shù)為22 VC.單刀雙擲開關(guān)與a連接,在滑動(dòng)變阻器滑片P向上移動(dòng)的過程中,電壓表和電流表的示數(shù)均變小D.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時(shí),電壓表和電流表的示數(shù)均變大答案 D已知c、d兩點(diǎn)間的電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u1=220 sin 100t(V),當(dāng)t= s時(shí),u1=220 sin V=110 V,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由=,得U2=220 V=22 V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。單刀雙擲開關(guān)與a連接,滑片P向上移動(dòng)時(shí),電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時(shí),可知原線圈匝數(shù)減小,則U2變大,分析可知電壓表和電流表示數(shù)均變大,選項(xiàng)D正確。22160026212UU12nn121U nn110考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問題考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問題1.理清三個(gè)回路2.抓住兩個(gè)聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2,由變壓器原理可得:線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是=,=,P1=P2。(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3,由變壓器原理可得:線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是=,=,P3=P4。3.掌握一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式P1=P損+P312UU12nn12II21nn34UU34nn34II43nn典例典例3發(fā)電機(jī)的端電壓為220 V,輸出電功率為44 kW,輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 ,如果用原、副線圈匝數(shù)之比為1 10 的升壓變壓器升壓,經(jīng)輸電線路后,再用原、副線圈匝數(shù)比為10 1的降壓變壓器降壓供給用戶。(1)畫出全過程的線路圖。(2)求用戶得到的電壓和功率。(3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶,求用戶得到的功率和電壓。答案見解析解析該題是輸電線路的分析和計(jì)算問題,結(jié)合電路結(jié)構(gòu)和輸電過程中的電壓關(guān)系和電流關(guān)系可解此題。(1)線路圖如圖所示:(2)升壓變壓器的輸出電壓U2=U1=2 200 V,升壓變壓器的輸出電流I2=I1,由P=U1I1得,升壓變壓器的輸入電流I1= A=200 A,所以I2=I1= A=20 A。21nn12nn1PU344 1022012nn1 20010輸電線路上的電壓損失為UR=I2R=4 V,PR=R=0.08 kW。降壓變壓器的輸入電流和輸入電壓分別為I3=I2=20 A,U3=U2-UR=2 196 V。降壓變壓器的輸出電壓和輸出電流分別為U4=U3=219.6 V。用戶得到的功率P4=P-PR=43.92 kW。(3)若不采用高壓輸電,線路損失電壓為UR=I1R=40 V,用戶得到的電壓U=U1-UR=180 V,用戶得到的功率為P=UI1=36 kW。22I43nn在遠(yuǎn)距離輸電問題中,一般用P損=R線計(jì)算線路功率損耗,其原因是I線可以由公式P輸出=I線U輸出求出,而P損=UI線和P損=則不常用,其原因是在一般情況下,U不易求出,且易將U和U輸出相混而造成錯(cuò)誤。2I線2UR線3-1 (2015福建理綜,15,6分)圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,在T的原線圈兩端接入一電壓u=Um sin t的交流電源,若輸送電功率為P,輸電線的總電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則輸電線上損失的電功率為( )A.() B.()C.4()2()2r D.4()2()2r12nn2m4Ur21nn2m4Ur12nnmPU21nnmPU答案 C T的輸入電壓U1=,則P=U1I1,I1=,又因?yàn)?,所以I2=I1=,則輸電線上損失的電功率P損=2r=4 r,C項(xiàng)正確。m2U1PUm2PU12II21nn12nn212mn Pn U22I212nn2mPU3-2一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的額定輸出功率P=4.0103 kW,以400 V電壓將其接在升壓變壓器上向遠(yuǎn)方輸電。若輸電導(dǎo)線的總電阻為10 ,允許輸電線損失的功率為輸出功率的10%,問:(1)升壓變壓器的變壓比應(yīng)為多大?(2)為了使遠(yuǎn)方用電器能得到220 V的工作電壓,降壓變壓器的變壓比應(yīng)為多大?答案 (1)1 50 (2)900 11解析 (1)由P損=P10%=r,得I2=200 A,由P=U1I1得I1=1104 A所以=。(2)U2=U1=2104 V所以U3=U2-I2r=1.8104 V又U4=220 V,所以= 22I12nn21II15021nn34nn34UU90011