物理第十章 交变电流 传感器 第2讲 变压器 电能的输送.ppt

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1、第2讲变压器、电能的输送第十章 交变电流 传感器内容索引基础知识梳理命题点一理想变压器基本关系和动态分析命题二远距离输电问题命题三变压器与交变电路的综合问题盘查拓展点课时作业基础知识梳理1一、理想变压器基本关系一、理想变压器基本关系1.构造如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的 组成的.(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫_ 线圈.(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫 线圈.两个线圈初级次级2.原理电流磁效应、.3.基本关系式(1)功率关系：P入P出.(2)电压关系：_.(3)电流关系：只有一个副线圈时 .由P入P出及PUI推出有多个副线圈时，U1I1 .电磁感应U2I2U3I3UnI

2、n请你根据以上分析总结理想变压器原、副线圈功率、电压和电流的决定关系.答案(1)电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定.(2)功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定.(3)电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定.深度思考深度思考二、远距离输电问题二、远距离输电问题1.减少输电电能损失的两种方法(1)理论依据：P损I2R.(2)减小输电线的电阻：根据电阻定律R ，要减小输电线的电阻R，在保证输电距离情况下，可采用减小材料的 、增大导线的_ _等方法.(3)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 .电阻率横截面积电压2.远距

3、离高压输电的几个基本关系(以图为例)(1)功率关系：P1P2，P3P4，P2 P3.(2)电压、电流关系：，U2 U3，I2I3I线.P损U(3)输电电流：.(4)输电线上损耗的电功率：P损I线UI线2 R线 .当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的 .根据以上分析，请你总结输电线路功率损失的计算方法有哪些？(1)P损PP，P为输送的功率，P为用户所得功率.(2)P损I线2R线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻.(3)P损 ，U为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻.(4)P损UI线，U为输电线路上损失的电压，I线为输电线路上的电流.深度思考深度思考

4、答案1.判断下列说法是否正确.(1)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.()(2)理想变压器能改变交变电压、交变电流，但不改变功率，即输入功率总等于输出功率.()(3)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈的输入电流随之增大.()(4)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.()(5)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.()基础题组自测基础题组自测2.(人教版选修32P44第2题改编)有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1 140匝，副线圈是A.1 081匝 B.1 800

5、匝 C.108匝 D.8 010匝答案解析由题意知U1380 V，U236 V，n11 1403.(人教版选修32P44第5题改编)如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是A.电压表V1示数增大B.电压表V2、V3示数均增大C.该变压器起升压作用D.变阻器滑片是沿cd的方向滑动答案解析4.(人教版选修32P50第3题改编)从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05，用110 V

6、和11 kV两种电压输电.两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为A.1001 B.1100 C.110 D.101由题意知输电线上的电流I ，则输电线的总电阻造成的电压损失UIr故选A.答案解析2命题点一 理想变压器基本关系和动态分析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，P1P2，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

7、 ，P2发生变化，再根据P1P2，故P1变化，P1U1I1，U1不变，故I1发生变化.3.变压器动态问题的分析流程U1U2I2I1P1P1I1U1 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大【例1】答案分析题眼题眼相当于R3减小R增加R增加，并同：A1、V、A2 都增加R3减小，并同：A1、V、A2 都减小 一含有理想变压器的电路如图

8、所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3、1 和4，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为A.2 B.3 C.4 D.5【例2】答案解析URU1U=UR+U1分析1.关于理想变压器的四点说明关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压.(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率.(3)理想变压器本身不消耗能量.(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值.2.变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法变压器与电路动态分析相结合问题的分

9、析方法(1)分清不变量和变量；(2)弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系；(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定.方法感悟方法感悟题组阶梯突破题组阶梯突破1.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，和 均为理想电表，灯泡电阻RL6，AB端电压u112 sin 100t(V).下列说法正确的是A.电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 AD.变压器输入功率为6 W答案解析分析题眼有效值2.(2016江苏单科4)一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作

10、为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中A.U2U1，U2降低 B.U2U1，U2升高C.U2U1，U2降低 D.U2n2知U2U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，C项正确.答案解析3命题点二 远距离输电问题分析思路及常见的“三个误区”1.分析思路：对高压输电问题，应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析.2.三个误区：(1)不能正确地利用公式P损 R计算输电线上的损耗功率导致错误；(2)不能正确理解升压变压器的输出电压U2、

11、降压变压器的输入电压U3和输电线上损失的电压U的关系导致错误，三者关系是U2UU3；(3)不能正确理解升压变压器的输入功率P1、降压变压器的输出功率P4和输电线上损失的功率P损的关系导致错误，三者关系是P1P损P4.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uUmsin t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【例3】答案解析P损=I22r分析题组阶梯突破题组阶梯突破3.如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1及输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变，且

12、n1n2n4n3.当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是A.用户的总电阻增大B.用户得到的电压U4增大C.U1U2U4U3D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率答案分析题眼I增加存在P损=I2r4.(多选)如图为远距离输电的示意图，若电厂输出电压u1220 sin 100t(V)，则下列表述正确的是A.U1U2，U3U4B.U1220 VC.若U2提高为原来的10倍，输电线上损失的功率为原来的D.用户得到的交变电流频率为25 Hz答案解析P损 R线，所以C正确；f Hz50 Hz，所以D错误.4命题点三 变压器与交变电路的综合问题 如图所示为理想变压器，三个灯泡L1、L2、L3都标有“4 V

13、,4 W”，灯泡L4标有“4 V,8 W”，若它们都能正常发光，则变压器原、副线圈匝数比n1n2和ab间输入电压为A.21,16 V B.21,20 VC.12,16 V D.12,20 V【例4】答案解析分析题眼由L2、L3并联后与L4串联，灯泡正常发光可得U28 V，P216 W，根据输入功率等于输出功率有P2U2I2U1I1，而I11 A，I22 A，所以U116 V，UabU1UL120 V，n1n221.1.理顺交变电路中灯泡的串并联关系，结合闭合电路欧姆定律进行分析.2.熟练运用变压器的基本关系建立前后两个回路的联系.方法感悟方法感悟题组阶梯突破题组阶梯突破5.(多选)如图理想变压

14、器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b，当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正确发光.下列说法正确的是A.原、副线圈匝数比为91B.原、副线圈匝数比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19答案分析U010U0=9U0U06.(多选)如图，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n1，原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为R.当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升，下列判断正确的是A.原线圈中的电流为B.电动机线圈消耗的功率为IUC.电动机两端电压为IRD.变压器的输入功率为答案解析盘查拓展

15、点5常见变压器原理及示例分析常见变压器原理及示例分析1.自耦变压器(如家用调压变压器)，铁芯上只有一个线圈，可升压，也可降压.如图甲、乙所示.类型项目电压互感器电流互感器原线圈的连接并联在高压电路中，匝数多而细串联在待测高压电路中，匝数少而粗副线圈的连接连接电压表，匝数少而粗连接电流表，匝数多而细互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流测量工具用电压表测低电压用电流表测小电流2.互感器，分为电压互感器和电流互感器，比较如下：结合匝数比可计算出的结果高压电路的电压大电流电路的电流原理图 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，

16、其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V的交流电源上.当变压器输出电压调到最大时，负载R上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为A.380 V和5.3 A B.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 A D.240 V和9.1 A【典例1】答案解析 (多选)普通交流电流表和交流电压表不能直接接在高压输电线路上测电流和电压，通常要通过互感器来连接，现在在图所示高压电路输入端已接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为1200和2001，图中甲、乙表示电压

17、表或电流表，已知电路中电压表的读数为11 V，电流表的读数为1 A，则A.甲电表是电压表，乙电表是电流表B.甲电表是电流表，乙电表是电压表C.图示高压输送电路输电线的总电阻是11 D.图示高压输送电路输入的总功率为440 kW【典例2】答案解析串联并联分析 有一种调压变压器的构造如图所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间加上输入电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压.图中 为交流电流表，为 交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C、D两端接正弦交流电源，变压器可视为理想变压器，则下列说法正确的是A.当R3不变，滑动触头P顺时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小B.当

18、R3不变，滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小C.当P不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变小，电压表读数变小D.当P不动，滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数 变大【典例3】答案解析课时作业6A.变压器输入电压的瞬时值表达 式为u220 sin t(V)B.电压表的示数为220 VC.变压器原、副线圈的匝数比为111D.变压器的输入功率为110 W1.如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电.当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10 W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是答案解析12345

19、6789102.如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变答案解析123456789103.(多选)如图所示，T为理想变压器，原副线圈匝数比为51.A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小)，原线圈两端电压u220 sin 314t V，以下说法正确的是A.当光照增强时，电压表V1示数为44 V 保持不变B.当光照增强时，电压表V2示数增大C.通过电流表A1的电流方

20、向每秒变化100次D.当光照增强时，电流表A1、A2示数同时变大答案解析12345678910A.发电机中的电流变化频率为100 HzB.通过用电器的电流有效值为20 AC.升压变压器的输出功率为4 650 WD.当用电器的电阻R0减小时，发电机的输出功率减小4.(多选)如图为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电.已知输电线的总电阻R10，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，副线圈与纯电阻用电器组成闭合电路，用电器电阻R011.若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压表达式为u220 sin 100t(V).下列说法正确的是答案解析12

21、3456789105.图甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1100，降压变压器原、副线圈匝数比为1001，远距离输电线的总电阻为100.若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750 kW.下列说法中正确的有A.用户端交流电的频率为100 HzB.输电线中的电流为30 AC.用户端电压为250 VD.输电线路损耗功率为180 kW答案123456789106.某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW，输出电压为500 V，输电线的总电阻为10，允许线路损耗的功率为输出功率的4%.(1)当村民和村办小企业需要220 V电压时，求所用升压变压器和降压

22、变压器原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)答案解析13721112345678910(2)若不用变压器而由发电机直接输送，则村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少？答案解析320 V5 760 W若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图乙所示).由P出UI线可得I线18 A所以线路损耗的功率P线I线2R线18210 W3 240 W用户得到的电压U用户UI线R线(5001810)V320 V用户得到的功率P用户P出P线(9 0003 240)W5 760 W.123456789107.某河的水流量为4 m3/s，水流下落的高度差为5 m.现在利用河水来发电，设所用发电机的总效率为

23、50%.(1)求发电机的输出功率.答案解析9.8104 W水推动发电机叶轮的功率P ，又mV所以P ，发电机的输出功率为P出50%P解得P出50%1.010349.85 W9.8104 W.12345678910(2)设发电机的输出电压为350 V，在输送途中输电线的电阻为4，损耗的功率为输出功率的5%，问在用户需用电压为220 V时，所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别为多少？(g9.8 m/s2)答案解析123456789108.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为n1n2221，原线圈接在电压的有效值为U0220 V的正弦式交流电源上，副线圈连接理想电压表V、交流

24、电流表A、理想二极管D和电容器C.则下列说法中正确的是A.电压表的示数为10 VB.电容器不断地充电和放电，所带电荷量不断变化C.稳定后电流表的读数为零D.稳定后电容器两极板间电势差始终为10 V答案解析12345678910A.热水器两端电压的瞬时值表达式为u220 sin 100t VB.电压表示数为2 200 VC.电流表示数变大D.变压器的输入功率增大9.(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈接交流电源和交流电压表、交流电流表，副线圈通过电阻为R的导线与热水器、抽油烟机连接.已知原线圈两端的电压保持不变，副线圈上的电压按如图乙所示规律变化.现闭合开关S接通抽油烟机，下列说法正确的是答案解析1234567891010.(多选)如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大.用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则A.UabUcdn1n2B.增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小C.负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大D.将二极管短路，电流表的读数加倍答案解析12345678910