高考物理一轮复习 11.2 变压器 电能的输送同步课件.ppt

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1、第第2 2讲 变压器器 电能的能的输送送2021/8/11 星期三1一、变压器原理一、变压器原理1构造和原理构造和原理如图如图1021所示：所示：(1)主要构造：由主要构造：由、和和组成组成(2)工作原理：电磁感应的工作原理：电磁感应的现象现象图图1021原线圈原线圈副线圈副线圈闭合铁芯闭合铁芯互感互感2021/8/11 星期三22理想变压器的基本关系式理想变压器的基本关系式(1)电压关系：电压关系：若若n1n2，为，为变压器；若变压器；若 n1n2，为，为变压器变压器(2)电流关系：电流关系：只适用于只有一个副线圈的情况只适用于只有一个副线圈的情况 升压升压降压降压2021/8/11 星期三

2、33互感器互感器(1)电压互感器：用来把电压互感器：用来把电压变成电压变成电压电压(2)电流互感器：用来把电流互感器：用来把电流变成电流变成电流电流高高低低大大小小2021/8/11 星期三4(1)如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器就是理想变压器变压器就是理想变压器(2)变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电流和电压电流的电流和电压2021/8/11 星期三5二、电能的输送二、电能的输送1根据根据P损损I2R线线，减少输电电能损失有两种方法，减少输电电能损失有两种方法(1)减小输电线的

3、电阻：由减小输电线的电阻：由R 可知，要减小输电线的电阻可知，要减小输电线的电阻 R线线，在输电距离不变情况下，可采用减小材料的，在输电距离不变情况下，可采用减小材料的、增大导线的增大导线的等方法，但是不实际，不容易实现等方法，但是不实际，不容易实现(2)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据 PUI，要减小电流，必须提高，要减小电流，必须提高横截面积横截面积电阻率电阻率输电电压输电电压2021/8/11 星期三62远距离输电的功率损失远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流输送功率一定时，线路电流I，输电线上损失功，输电线上损

4、失功率率P损损I2R线线，可知，可知P损损 2021/8/11 星期三7理想理想变变压压器器没有能量没有能量损损失失没有磁通量没有磁通量损损失失基基本本关关系系功率关系功率关系原原线线圈的圈的输输入功率等于副入功率等于副线线圈的圈的输输出功率出功率P入入P出出电压电压关系关系原、副原、副线线圈的圈的电压电压比等于匝数比，与比等于匝数比，与负载负载情况、情况、副副线线圈个数的多少无关圈个数的多少无关电电流关系流关系只有一个副只有一个副线线圈：圈：电电流和匝数成反比流和匝数成反比多个副多个副线线圈：由圈：由输输入功率和入功率和输输出出功率相等确定功率相等确定电电流关系流关系频频率关系率关系原、副原

5、、副线线圈中圈中电电流的流的频频率相等率相等2021/8/11 星期三8理想理想变变压压器器没有能量没有能量损损失失没有磁通量没有磁通量损损失失制制约约关系关系电电压压副副线线圈圈电压电压U2由原由原线线圈圈电压电压U1和匝数比决定和匝数比决定功功率率原原线线圈的圈的输输入功率入功率P1由副由副线线圈的圈的输输出功率出功率P2决定决定电电流流原原线线圈圈电电流流I1由副由副线线圈圈电电流流I2和匝数比决定和匝数比决定2021/8/11 星期三9(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据特点，电流关

6、系的推导应该以其为依据(2)变压器的以上关系都是根据变压器的以上关系都是根据“口口”字型的变压器推出的如字型的变压器推出的如 果变压器不是果变压器不是“口口”字型时，应根据字型时，应根据变压器的原理及各线圈变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系中磁通量的关系推导出各物理量的关系2021/8/11 星期三10如图如图1022所示的电路中，变压器初级线圈所示的电路中，变压器初级线圈匝数匝数n11000匝，次级线圈有两个，匝，次级线圈有两个，匝数分别为匝数分别为n2500匝，匝，n3200匝，匝，分别接一个分别接一个R55的电阻，在初级的电阻，在初级线圈上接入线圈上接入U1220V的

7、交变电流求：的交变电流求：(1)两次级线圈输出电功率之比；两次级线圈输出电功率之比；(2)初级线圈中的电流初级线圈中的电流2021/8/11 星期三112021/8/11 星期三12听课记录听课记录(1)对两个次级线圈有对两个次级线圈有所以所以U2U3又又P所以所以2021/8/11 星期三13(2)由欧姆定律得由欧姆定律得I22A，I30.8A.对有两个次级线圈的变压器有对有两个次级线圈的变压器有n1I1n2I2n3I3所以所以I11.16A.答案答案(1)(2)1.16A2021/8/11 星期三14名师归纳名师归纳对于有两组以上的副线圈的变压器，电压与匝对于有两组以上的副线圈的变压器，电

8、压与匝数成正比关系仍成立，而电流与匝数成反比的规律不再成立数成正比关系仍成立，而电流与匝数成反比的规律不再成立但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入功率但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入功率等于输出功率进行求解，即等于输出功率进行求解，即U1I1U2I2U3I3，或，或n1I1n2I2n3I3.2021/8/11 星期三151.理想变压器的几个因果关系理想变压器的几个因果关系当理想变压器的匝数比不变时，当理想变压器的匝数比不变时，如图如图1023所示，各量相互所示，各量相互关系如下：关系如下：(1)输入电压输入电压U1决定输出电压决定输出电压U2.这这是因为输出电压是因为输

9、出电压U2，当，当U1不变时，不变时，不论负载电阻不论负载电阻R变化与否，变化与否，U2不会改变不会改变图图10232021/8/11 星期三16(2)输出电流输出电流I2决定输入电流决定输入电流I1.在输入电压一定的情况下，在输入电压一定的情况下，输输出电压出电压U2也被完全确定，当负载电阻也被完全确定，当负载电阻R增大时，增大时，I2减小，减小，则则I1相应减小；当负载电阻相应减小；当负载电阻R减小时，减小时，I2增大，则增大，则I1相应增相应增大大(3)输出功率输出功率P2决定输入功率决定输入功率P1.理想变压器的输入功率与输理想变压器的输入功率与输出功率相等，即出功率相等，即P1P2，

10、在输入电压，在输入电压U1一定的情况下，当一定的情况下，当负载电阻负载电阻R增大时，增大时，I2减小，则变压器的输出功率减小，则变压器的输出功率P2I2U2减小，输入功率减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻也将相应减小；当负载电阻R减小时，减小时，I2增大，变压器的输出功率增大，变压器的输出功率P2I2U2增大，则输入功率增大，则输入功率P1也将增大也将增大2021/8/11 星期三172动态分析的思路程序可表示为：动态分析的思路程序可表示为：2021/8/11 星期三18(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈相当于电源相当

11、于电源(2)对理想变压器应注意能量守恒定律的应用对理想变压器应注意能量守恒定律的应用2021/8/11 星期三19如图如图1024所示，理想变压器输入端所示，理想变压器输入端PQ接接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关稳定的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器原线圈可改变变压器原线圈匝数匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正，则下列说法中正确的是确的是()图图10242021/8/11 星期三20A当滑片当滑片c向向b端移动时，变压器输入功率变大端移动时，变压器输入功率变大B当滑片当滑片c向向a端移动时，电流表端移动时，电流表A1的示数将减小，电压

12、的示数将减小，电压表表V的示数不变的示数不变C当滑片当滑片c向向b端移动时，电流表端移动时，电流表A2的示数将变大，电压的示数将变大，电压表表V的示数也变大的示数也变大D滑片滑片c不动，将开关不动，将开关S由由1掷向掷向2时，三个电表时，三个电表A1、A2、V的示数都变大的示数都变大2021/8/11 星期三21滑片滑片c移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功率，改变原线圈中的电流率，改变原线圈中的电流.开关开关S由由1掷向掷向2减少了原线圈的匝数，减少了原线圈的匝数，从而改变其他各物理量从而改变其他各物理量.2021/8/11 星

13、期三22解题指导解题指导滑片滑片c向向b端移动时，端移动时，R变大，输出功率变大，输出功率P2，又因，又因U2不变，则不变，则P2减小，所以输入功率减小，减小，所以输入功率减小，A项错；项错；滑片滑片c向向a端移动时，端移动时，R变小，变小，A2示数示数I2变大，则变大，则A1示示数变大，数变大，B项错；项错；滑片滑片c向向b端移动时，端移动时，R变大，由变大，由I2知，知，A2示数变小，示数变小，故故C项错；项错；当滑片当滑片c不动，开关不动，开关S由由1掷向掷向2时，原线圈匝数时，原线圈匝数n1减少，由减少，由U2U1知知U2变大，故变大，故A2示数变大，示数变大，A1示数变大，故示数变大

14、，故D项项正确正确答案答案D2021/8/11 星期三23名师归纳名师归纳理想变压器的动态分析问题一般有两种类理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：型：(1)负载电阻不变，原、副线圈的电压负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2也不变，也不变，电流电流I1、I2，功率，功率P1、P2随匝数比变化而变化随匝数比变化而变化(2)匝数比不变，原、副线圈的电压匝数比不变，原、副线圈的电压U1、U2也不变，电也不变，电流流I1、I2，功率，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化随负载电阻的变化而变化无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄

15、清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系约关系U2由由U1和匝数比决定；和匝数比决定；I2由由U2和负载电阻决定；和负载电阻决定；I1由由I2和匝数比决定和匝数比决定2021/8/11 星期三241如图如图1025所示，所示，T为理想变压器，副线圈回路中的为理想变压器，副线圈回路中的输电线输电线ab和和cd的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当电键电键S闭合时闭合时()图图10252021/8/11 星期三25A交流电压表交流电压表V1和和V2的示数一定都变小的示数一定都变小B交流电压表只有交

16、流电压表只有V2的示数变小的示数变小C交流电流表交流电流表A1、A2和和A3的示数一定都变大的示数一定都变大D只有只有A1的示数变大的示数变大2021/8/11 星期三26解析：解析：闭合闭合S时，输出电路电阻减小，副线圈中电流增大，时，输出电路电阻减小，副线圈中电流增大，V1示数不变，示数不变，A2示数变大，则示数变大，则A1示数也变大，由于示数也变大，由于V1示数示数不变，不变，A2示数变大，则示数变大，则V2示数变小，示数变小，A3示数变小综上所示数变小综上所述，只有述，只有B项正确项正确答案：答案：B2021/8/11 星期三271.对高压输电问题，应对高压输电问题，应按按“发电机发电

17、机升压变压器升压变压器远距离输电远距离输电线线降压变压器降压变压器用电器用电器”这样的顺序，或从这样的顺序，或从“用电器用电器”倒倒推推到到“发电机发电机”一步一步一步进行分析一步进行分析2高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种因素，依照不同的情况选择合适的输电电压因素，依照不同的情况选择合适的输电电压2021/8/11 星期三28图图1026 3远距离高压输电的几个基本关系远距离高压输电的几个基本关系(以图以图1026为例为例)20

18、21/8/11 星期三29(1)功率关系：功率关系：P1P2，P3P4，P2P线线P3.(2)电压、电流关系：电压、电流关系：U2U线线U3，I2I3I线线(3)输电电流：输电电流：I线线(4)输电线上损耗的功率：输电线上损耗的功率：P损损I线线U线线I线线2R线线当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线倍，输电线上损耗的功率就减少到原来的上损耗的功率就减少到原来的2021/8/11 星期三30(15分分)某小型发电站的发电机输出交流电压某小型发电站的发电机输出交流电压为为500V，输出电功率为，输出电功率为50kW，如果用电阻为，如果用

19、电阻为3的输电线的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？器原、副线圈的匝数比各是多少？2021/8/11 星期三31先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立先画出输电线路图，然后以变

20、压器为界，分成几个独立的闭合电路，应用欧姆定律、串联和并联电路的特点及的闭合电路，应用欧姆定律、串联和并联电路的特点及电功、电功率等有关公式分析各自的电流、电压和功率电功、电功率等有关公式分析各自的电流、电压和功率关系，各独立回路之间可通过变压器的关系，各独立回路之间可通过变压器的及理想变压器及理想变压器P1P2等联系起来等联系起来.2021/8/11 星期三32满分指导满分指导用用500V电压送电时示意图如图电压送电时示意图如图1027所所示，示，50kW的电功率在输电线上的电功率在输电线上的电流的电流I0A100A用户获得电压用户获得电压 U1U0I0R(5001003)V200V用户获得

21、的功率用户获得的功率P1I0U12104W改用高压输送时示意图如图改用高压输送时示意图如图1128所示，要求所示，要求P损损0.6%P，即，即P损损501030.6%W300W图图10272021/8/11 星期三33图图10282021/8/11 星期三34输电电流输电电流IA10A发电站升压后输电电压发电站升压后输电电压升压变压器匝数比升压变压器匝数比输电输电线上损失的电压线上损失的电压UIR103V30V2021/8/11 星期三35降压变压器的输入电压降压变压器的输入电压U2UU(500030)V4970V，(1分分)降压变压器的匝数比降压变压器的匝数比(2分分)答案答案200V210

22、4W1 10497 222021/8/11 星期三36名师归纳名师归纳在远距离输电问题中，计算电路功率问题在远距离输电问题中，计算电路功率问题时常用关系式时常用关系式，其原因是，其原因是I线线较易由公式较易由公式求出，而公式求出，而公式P损损U线线I线线或或P损损则不常用，则不常用，其原因是在一般情况下其原因是在一般情况下U线线不易求出，且易把不易求出，且易把U线线和和U输输相混淆相混淆造成错误造成错误P损损I线线2R线线2021/8/11 星期三372某小型实验水电站输出功率是某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线总电阻为，输电线总电阻为6.(1)若采用若采用380V输电，求输电线路损耗

23、的功率输电，求输电线路损耗的功率(2)若改用若改用5000V高压输电，用户端利用高压输电，用户端利用n1 n222 1的变压的变压器降压，求用户得到的电压器降压，求用户得到的电压2021/8/11 星期三38解析：解析：(1)输电线上的电流为输电线上的电流为IA52.63A输电线路损耗的功率为输电线路损耗的功率为P损损I2R52.6326W16620W16.62kW(2)改用高压输电后，输电线上的电流为改用高压输电后，输电线上的电流为IA4A2021/8/11 星期三39用户端在变压器降压前获得的电压用户端在变压器降压前获得的电压U1UIR(500046)V4976V根据根据用户得到的电压为用

24、户得到的电压为U24976V226.18V.答案：答案：(1)16.62kW(2)226.18V2021/8/11 星期三40随堂巩固随堂巩固1如图如图1029所示为一理想变压器，在原线圈输入所示为一理想变压器，在原线圈输入电压不变的条件下，要提高变压器的输入功率，可采用的电压不变的条件下，要提高变压器的输入功率，可采用的方法是方法是()A只增加原线圈的匝数只增加原线圈的匝数B只增加副线圈的匝数只增加副线圈的匝数C只减小只减小R1的电阻的电阻D断开开关断开开关S图图10292021/8/11 星期三41解析：解析：输入功率由输出功率决定，副线圈上的功率输入功率由输出功率决定，副线圈上的功率P2

25、增加副线圈的匝数，增加副线圈的匝数，U2增加，增加，P2增大，增大，B正确；增加原线圈正确；增加原线圈匝数，匝数，U2减小，减小，P2减小，减小，A错；减小错；减小R1的电阻，副线圈上的的电阻，副线圈上的总电阻总电阻R变小，变小，P2增大，增大，C对；断开对；断开S，总电阻，总电阻R增大，增大，P2减小，减小，D错错 答案：答案：BC2021/8/11 星期三422在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图头，如图10210所示当变压器输入电压发生变化时，所示当变压器输入电压发生变化时，可上下调节可上下调节P1、P2的位置，使输出电

26、压稳定在的位置，使输出电压稳定在220V上现发现输出电压低于上现发现输出电压低于220V，下列措施不正确的是，下列措施不正确的是()AP1不动，将不动，将P2向上移向上移BP2不动，将不动，将P1向下移向下移C将将P1向上移，同时向上移，同时P2向下移向下移D将将P1向下移，同时向下移，同时P2向上移向上移图图10210.2021/8/11 星期三43解析：解析：由由可知可知U2，要提高，要提高U2，可通过增，可通过增大大n2或减小或减小n1或同时增大或同时增大n2、减小、减小n1的办法，故的办法，故C的措施不的措施不正确正确答案：答案：C2021/8/11 星期三443如图如图10211所示

27、，理想变压器原、副线圈匝数之比所示，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，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连相连组成闭合回路当直导线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在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表做切割磁感线运动时，安培表A1的读数是的读数是12毫安，那么安培毫安，那么安培表表A2的读数是的读数是()A0B3毫安毫安C48毫安毫安D与与R值大小有关值大小有关图图102112021/8/11 星期三45解析：解析：当直导线当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割

28、磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，A正确正确答案：答案：A2021/8/11 星期三464图图10212所示为远距离高压输电的示意图关于远距所示为远距离高压输电的示意图关于远距离输电，下列表述正确的是离输电，下列表述正确的是()图图102122021/8/11 星期三47A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗高压输电是通过减小输电电

29、流来减小电路的发热损耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小的电能损失越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好越好2021/8/11 星期三48解析：解析：远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗，由损耗，由P损损I2R可以看出，在保证输电功率的前提下有两种可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减少输电中的能量损失：一是减小输电线的电阻，由方式可减少输电中的能量损失：一是减小输电线的电阻，由R 知，知，

30、A正确二是减小输电电流，正确二是减小输电电流，B正确若输电电正确若输电电压一定，由压一定，由PUI知输送的电功率越大，输电电流越大，则知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗输电中能量损耗P损损I2R越大，越大，C错误电压越高，对输电线错误电压越高，对输电线路绝缘性能的要求越高，变压器的要求相应提高，线路修建路绝缘性能的要求越高，变压器的要求相应提高，线路修建费用会多很多，费用会多很多，D正确正确答案：答案：ABD2021/8/11 星期三495收音机的变压器的原线圈有收音机的变压器的原线圈有1210匝，接在匝，接在U1220V的交的交流电源上，变压器有两个副线圈副线圈流电源上，变压

31、器有两个副线圈副线圈的匝数为的匝数为35匝，匝，副线圈副线圈的匝数是的匝数是1925匝如果不计变压器自身的能量损匝如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈耗，当变压器工作时，线圈的电流的电流I20.3A时，原线圈时，原线圈的电流的电流I10.114A求线圈求线圈中的电流和输出电压中的电流和输出电压(电流电流的计算结果保留的计算结果保留3位有效数字位有效数字)2021/8/11 星期三50解析：解析：U2220V6.36V，U3220V350V.不计变压器自身的能量损耗，由能量守恒定律得不计变压器自身的能量损耗，由能量守恒定律得P1P2P3，即即I1U1I2U2I3U3.则则I30.0662A.答案：答案：0.0662A350V2021/8/11 星期三512021/8/11 星期三52