物理第十一章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器、電能的輸送

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)沒有能量損失(繞線無電阻、鐵芯無渦流)(2)沒有磁通量損失(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，公式： ，與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無關(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時(shí)，副線圈兩端無電壓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)開關(guān)S斷開時(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10倍時(shí)，兩燈泡均能正常發(fā)光.下列說法正確的是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，原線圈通過燈泡L1與正弦式交流電相連，副線圈通過導(dǎo)線與兩個(gè)相同的燈泡L2和L3相連，開始時(shí)開關(guān)S處于斷開狀態(tài).當(dāng)S閉合后，所有燈泡都能發(fā)光.下列說法中正確的是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)槭墙祲鹤儔浩鳎琻1n2，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，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V1示數(shù)為44 V保持不變，與電阻的變化無關(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)閉合開關(guān)S接通抽油煙機(jī)，下列說法正確的是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，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)開關(guān)S斷開時(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.在用電器電阻不變的情況下斷開開 關(guān)S，用電器功率將變?yōu)樵瓉淼囊话雸D1112345678910111213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開關(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)樵瓉淼囊话?，D項(xiàng)正確.123456789101112131412.(多選)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).下列說法正確的是A.發(fā)電機(jī)中的電流變化頻率為100 HzB.通過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1214123456789101112131412345678910111213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?，因電感線圈的感抗很大，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