版高届高级高三物理一轮复习人教版物理课件学案第11章第2节变压器电能的输送.docx

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版高届高级高三物理一轮复习人教版物理课件学案第11章第2节变压器电能的输送

第2节　变压器　电能的输送

知识点一|理想变压器

1.构造和原理

（1）构造（如图所示）

变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。

（2）原理：

电磁感应的互感现象。

2.基本关系

（1）电压关系：

＝。

（2）功率关系：

P入＝P出。

（3）电流关系：

①只有一个副线圈时：

＝。

②有多个副线圈时：

n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn。

3.几种常见的变压器

（1）自耦变压器——调压变压器。

（2）互感器

自耦变压器原理如图所示：

若AX为输入端,触头a向上移动时,副线圈匝数N2增加,输出电压升高。

（1）变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。

（√）

（2）正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。

（×）

（3）变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。

（×）

考法1　变压器的工作原理

1.（2019·惠州模拟）如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1,a、b两点间的电压为u＝220sin100πt（V）,R为可变电阻,P为用铅锑合金制成的保险丝,其电阻可忽略不计,熔断电流为2A。

为使保险丝不熔断,可变电阻R连入电路的最小阻值应大于（　　）

A.Ω　　B.1.1Ω　　C.11Ω　　D.11Ω

B　[由a、b两点间的电压为u＝220sin100πt（V）,可知变压器原线圈输入电压U1＝220V,根据变压器变压公式可得变压器输出电压U2＝U1＝22V,保险丝熔断电流为2A,原线圈中电流为I1＝2A时,由U1I1＝U2I2可得副线圈中电流为I2＝20A,此时保险丝会熔断。

为保证保险丝不熔断,由欧姆定律可得可变电阻R连入电路的最小阻值应大于＝1.1Ω,选项B正确。

]

2.（2017·北京高考）如图所示,理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πt（V）的交流电源上,副线圈接有R＝55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。

下列说法正确的是（　　）

A.原线圈的输入功率为220W

B.电流表的读数为1A

C.电压表的读数为110V

D.副线圈输出交流电的周期为50s

B　[理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1＝220V,由＝得U2＝＝110V,即电压表的读数为110V,通过负载电阻的电流I2＝＝A＝2A,则副线圈的输出功率P＝U2I2＝110×2W＝220W,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,为220W,故选项A、C错误。

由n1I1＝n2I2得I1＝＝1A,即电流表的读数为1A,选项B正确。

由u＝220sin100πt（V）可知,角速度ω＝100πrad/s,原线圈所接交流电的周期T＝＝0.02s,副线圈输出交流电的周期不变,仍为0.02s,选项D错误。

]

考法2　原线圈中接有负载电路的分析

3.（2019·莆田模拟）如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为1∶4,a、b两端接到交流电源上,R1、R2为阻值相同的定值电阻,下列说法正确的是（　　）

A.副线圈两端电压是电源电压的

B.流过R1的电流是流过R2电流的4倍

C.R1上的电功率是R2上电功率的

D.R1上的电功率是R2上电功率的16倍

C　[原线圈两端电压等于电源电压,根据电压之比等于匝数之比可得＝＝4∶1,A错误。

流过R1的电流I1＝,流过R2电流I2＝＝＝4I1,B错误。

根据电功率P＝I2R可得R1上的电功率是R2上电功率的,C正确,D错误。

]

4.（2019·南昌检测）一含有理想变压器的电路如图所示,变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是4Ω、Ω和Ω,U为有效值恒定的正弦交流电源。

当开关S断开时,理想电流表的示数为I。

当S闭合时,电源电压增加到2U,则电流表的示数为（　　）

A.6I　　　B.8I　　　C.10I　　　D.12I

B　[S断开时,由＝得I2＝3I,副线圈两端的电压U2＝I2（R2＋R3）＝12I,由＝得U1＝36I,故U＝U1＋IR1＝40I。

S闭合时,电流表示数为I′,副线圈中电流I′2＝3I′,副线圈两端的电压U′2＝I′2R2＝2I′,原线圈两端的电压U′1＝6I′,故2U＝I′R1＋U′1＝10I′,联立解得I′＝8I,B正确。

]

考法3　变压器电路的动态分析

[考法指导]　

1.匝数比不变的情况

（1）U1不变,根据＝,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2不变。

（2）当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。

（3）I2变化引起P2变化,P1＝P2,故P1发生变化。

2.负载电阻不变的情况

（1）U1不变,发生变化,故U2变化。

（2）R不变,U2变化,故I2发生变化。

（3）根据P2＝,P2发生变化,再根据P1＝P2,故P1变化,P1＝U1I1,U1不变,故I1发生变化。

5.（2019·防城港模拟）如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1,原线圈两端所加电压如图乙所示,与副线圈相连的两个灯泡完全相同,闭合开关S后,下列说法正确的是（　　）

甲　　　　　　　　　　乙　

A.电流表示数减小

B.电压表示数为110V

C.变压器的输入功率增大

D.灯泡上的交流电每秒钟方向改变50次

C　[原线圈输入电压不变,线圈匝数不变,则副线圈电压不变,即电压表示数不变,灯泡电阻不变,则电流表示数不变,A错误。

原线圈的输入电压U1＝V＝220V,根据变压器原理可得U2＝U1＝110V,所以电压表的示数为110V,B错误。

当S接通后,两个灯泡并联,增加一个负载,则副线圈功率增大,所以变压器的输入功率增大,C正确。

根据题图乙可知,周期T＝0.02s,则频率f＝50Hz,灯泡上的交流电每秒钟方向改变100次,D错误。

]

6.（2019·贵阳检测）如图是原、副线圈都有中心抽头（匝数一半处）的理想变压器,原线圈通过单刀双掷开关S1与电流表连接,副线圈通过另一单刀双掷开关S2与定值电阻R0相连接,通过S1、S2可以改变原、副线圈的匝数。

现在原线圈加一电压有效值为U的正弦交流电,当S1接a,S2接c时,电流表的示数为I,下列说法正确的是（　　）

A.当S1接a,S2接d时,电流为2I

B.当S1接a,S2接d时,电流为

C.当S1接b,S2接c时,电流为4I

D.当S1接b,S2接d时,电流为

C　[设S1、S2分别接a、c时,原、副线圈匝数比为n1∶n2,则输出电压U2＝U,功率P＝UI＝；在S1、S2分别接a、d时,输出电压U′2＝,功率P′＝UI′＝,联立得I′＝I,A、B项均错,同理可知,C项对,D项错。

]

[考法指导]　理想变压器制约问题的解题思路

利用上述因果关系,可解决变压器动态变化问题。

知识点二|电能的输送

1.输电过程（如图所示）

2.电压损失

（1）ΔU＝U－U′；

（2）ΔU＝IR。

3.功率损失

（1）ΔP＝P－P′；

（2）ΔP＝I2R＝。

4.输送电流

（1）I＝；

（2）I＝。

5.减少输电线上电能损失的方法

（1）减小输电导线的电阻R线。

由R线＝ρ知,可采用加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。

（2）减小输电导线中的电流。

在输电功率一定的情况下,根据P＝UI,要减小电流,必须提高输电电压。

（1）增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。

（×）

（2）高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。

（√）

（3）在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大。

（√）

1.理清三个回路

在回路2中,U2＝ΔU＋U3,I2＝I线＝I3。

2.抓住两个联系

（1）理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得线圈1（匝数为n1）和线圈2（匝数为n2）中各个量间的关系是：

＝,＝,P1＝P2。

（2）理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得线圈3（匝数为n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是：

＝,＝,P3＝P4。

3.掌握一个守恒

能量守恒关系式：

P1＝P损＋P4。

[典例]　（2019·南京模拟）如图所示为远距离输电的原理图,升压变压器的变压比为m,降压变压器的变压比为n,输电线的电阻为R,升压变压器和降压变压器均为一理想变压器,发电机输出的电压恒为U,若由于用户的负载变化,使电压表V2的示数减小了ΔU,则下列判断正确的是（　　）

A.电流表A2的示数增大了

B.电流表A1的示数增大了

C.电压表V1的示数减小了ΔU

D.输电线损失的功率增加了R

B　[降压变压器原、副线圈两端的电压之比等于n,所以有＝n,即降压变压器原线圈两端电压减小了nΔU,升压变压器副线圈两端电压不变,所以输电线上电压增大为nΔU,根据欧姆定律知,电流表A1示数增大了,输电线上电流增大了,根据电流与匝数成反比知,电流表A2示数增大了n·＝,A错误,B正确。

根据题意知,发电厂的输出电压恒为U,升压变压器的变压比不变,所以电压表V1的示数不变,C错误。

输电线上电流增大了,但输电线损失的功率增加量一定不是P＝R,D错误。

]

考法1　远距离输电原理

1.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。

变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是（　　）

A.＝　　　B.I2＝

C.I1U1＝IRD.I1U1＝I2U2

D　[根据理想变压器的工作原理可知＝,所以选项A错误；因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系,所以选项B错误；U1I1＝U2I2,但U2I2≠IR,选项C错误,D正确。

]

2.（2015·福建高考）图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsinωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为（　　）

A.B.

C.4rD.4r

C　[升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1＝；由变压关系可得＝,则U2＝；因为输送电功率为P,输电线中的电流为I2＝＝,则输电线上损失的电功率为ΔP＝I（2r）＝,故选项C正确。

]

[考法指导]　输电线路功率损失的计算方法

P损＝P1－P4

P1为输送的功率,P4为用户得到的功率

P损＝IR线

I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻

P损＝

ΔU为输电线路上损失的电压,不要与U2、U3相混

P损＝ΔU·I线

注意：

ΔU不要错代入U2或U3

考法2　远距离输电的动态分析

3.（多选）如图所示为远距离输电示意图,其中T1、T2为理想变压器,r是输电电阻,灯L1、L2相同且阻值不变,现保持变压器T1的输入电压不变,滑片P位置不变,当开关S断开时,灯L1正常发光,则（　　）

A.仅闭合S,灯L1会变亮