2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章交變電流傳感器第2節(jié)變壓器電能的輸送教案新人教版

1、第2節(jié)變壓器電能的輸送一、理想變壓器1構(gòu)造如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的。(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級(jí)線圈。(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級(jí)線圈。2原理電流磁效應(yīng)、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(méi)有能量損失(繞線無(wú)電阻、鐵芯無(wú)渦流)(2)沒(méi)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p出電壓關(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(wú)關(guān)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i1u1i2u2

2、i3u3inun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，如圖甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示。甲乙丙丁(2)互感器二、電能的輸送1輸送電流i。2電壓損失(1)uuu。(2)uir。3功率損失(1)ppp。(2)pi2rr。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)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(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，必須提高輸電電壓。一、思考辨析(正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”)1變壓器能改變交變電流的電壓，不能改變交變電

3、流的頻率。()2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(wú)電壓。()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。()4增大輸電導(dǎo)線的橫截面積不利于減少輸電過(guò)程中的電能損失。()5高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗。()6在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越大。()二、走進(jìn)教材1(滬科版選修32p75t3)如圖所示為一理想變壓器，其原、副線圈匝數(shù)之比n1n241，原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌，副線圈與電阻r組成閉合電路。當(dāng)直導(dǎo)線mn在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線時(shí)，電流表的示數(shù)是10 ma，那么電流表的示數(shù)是()a40 mab0 c10

4、 mad2.5 mab由于直導(dǎo)線mn勻速運(yùn)動(dòng)，則mn切割磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流恒定，線圈中產(chǎn)生的磁通量也是恒定的，所以不會(huì)引起副線圈的磁通量變化，所以副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，即電流表a2的示數(shù)為0，選項(xiàng)b正確。2(人教版選修32p50t3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()a1001b1100c110d101a由pui得輸電線的電流i，則輸電線上由電阻造成的電壓損失uirr，所以兩種情況下：u1u2u2u11001，a正確。 理想變壓器的工作原理和基本關(guān)系1分析原線圈有串聯(lián)負(fù)載的變

5、壓器電路問(wèn)題時(shí)要注意變壓器的輸入電壓不等于電源的電壓，而是等于電源電壓減去串聯(lián)負(fù)載的電壓，即：u1u源u串。2分析含有二極管的變壓器電路問(wèn)題時(shí)要注意理想二極管單向?qū)щ娦?，?duì)交變電流的影響，及對(duì)應(yīng)有效值的變化。3理想變壓器的各量的制約關(guān)系制約關(guān)系電壓副線圈電壓u2由原線圈電壓u1和匝數(shù)比決定：u2u1功率原線圈的輸入功率p入由副線圈的輸出功率p出決定：p入p出電流原線圈電流i1由副線圈電流i2和匝數(shù)比決定：i1i2(多選)(2020全國(guó)卷t20)在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220 v，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，r1、r2、r3均為固定電阻，r210 ，r320 ，各

6、電表均為理想電表。已知電阻r2中電流i2隨時(shí)間t變化的正弦曲線如圖(b)所示。下列說(shuō)法正確的是() 圖(a)圖(b)a所用交流電的頻率為50 hzb電壓表的示數(shù)為100 vc電流表的示數(shù)為1.0 ad變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0 w審題指導(dǎo)：本題解題關(guān)鍵是根據(jù)圖(b)判斷電流的有效值，進(jìn)而求得副線圈的電流，再根據(jù)變壓器原、副線圈匝數(shù)比與電流的關(guān)系，結(jié)合歐姆定律來(lái)求解r1兩端的電壓。ad由變壓器不會(huì)使交流電的周期改變和圖(b)可知所用交流電的周期為2102 s，可求得所用交流電的頻率為50 hz，選項(xiàng)a正確；由圖(b)可知通過(guò)r2的電流的有效值為1 a，由串并聯(lián)特點(diǎn)可知通過(guò)r3的電流(即通過(guò)電流

7、表的電流)為0.5 a，故副線圈的電流為i21.5 a，由歐姆定律可得副線圈兩端的電壓u2110 v10 v，由變壓器原、副線圈兩端電壓比與原、副線圈匝數(shù)比的關(guān)系可得，原線圈兩端的電壓u1n1100 v，再根據(jù)原線圈電路的串聯(lián)關(guān)系可得r1兩端的電壓為uv220 v100 v120 v，選項(xiàng)b、c均錯(cuò)誤；根據(jù)變壓器原理可得變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿閜u2i2101.5 w15.0 w，選項(xiàng)d正確。關(guān)于理想變壓器的四點(diǎn)說(shuō)明(1)變壓器不能改變直流電壓。(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率。(3)理想變壓器本身不消耗能量。(4)理想變壓器基本關(guān)系中的u1、u2、i1、i2均為有

8、效值。變壓器的工作原理1(2019江蘇高考)某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為110，當(dāng)輸入電壓增加20 v時(shí)，輸出電壓()a降低2 vb增加2 vc降低200 vd增加200 vd理想變壓器的電壓與匝數(shù)關(guān)系為，整理可得，即原、副線圈匝數(shù)比等于電壓變化量之比，當(dāng)u120 v時(shí)，u2200 v，選項(xiàng)d正確。原線圈中接有負(fù)載電路的分析2.(多選)(2016全國(guó)卷)如圖所示，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(shuō)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

9、率之比為19ad設(shè)燈泡的額定電壓為u0，輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時(shí)燈泡正常發(fā)光，則變壓器原線圈的電壓為9u0，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為91，選項(xiàng)a正確，b錯(cuò)誤；由9u0iau0ib得，流過(guò)b燈泡的電流是流過(guò)a燈泡電流的9倍，根據(jù)pui，a、b燈泡的電功率之比為19，選項(xiàng)c錯(cuò)誤，d正確。含有二極管的變壓器電路分析3.如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2225，電阻r1r225 ，d為理想二極管，原線圈接u220sin(100t)v的交流電，則()a交流電的頻率為100 hzb通過(guò)r2的電流為1 ac通過(guò)r2的電流為 ad變壓器的輸入功率為200 wc由原線圈交流電瞬時(shí)值

10、表達(dá)式可知，交變電流的頻率f50 hz，a項(xiàng)錯(cuò)誤；由理想變壓器變壓規(guī)律可知，輸出電壓u250 v，由理想二極管單向?qū)щ娦钥芍蛔冸娏髅總€(gè)周期只有一半時(shí)間有電流通過(guò)r2，由交變電流的熱效應(yīng)可知，t，解得uu225 v，由歐姆定律可知，通過(guò)r2的電流為 a，b項(xiàng)錯(cuò)誤，c項(xiàng)正確；電阻r2的功率p2ui50 w，而電阻r1的電功率p1100 w，由理想變壓器輸入功率等于輸出功率可知，變壓器的輸入功率為pp1p2150 w，d項(xiàng)錯(cuò)誤。 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析一般有兩種情況：(1)匝數(shù)比不變。(2)負(fù)載電阻不變。匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況(1)u1不變，根據(jù)，輸入電壓u1

11、決定輸出電壓u2，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)輸出電流i2決定輸入電流i1，可以判斷i1的變化；(3)i2變化引起p2變化，根據(jù)p1p2，可以判斷p1的變化(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p1p2，可以判斷p2變化時(shí)，p1發(fā)生變化，u1不變時(shí)，i1發(fā)生變化(2020河北衡水開學(xué)聯(lián)考)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一不計(jì)電阻的矩形線圈，繞垂直磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生如圖甲所示的正弦交流電，把該交流電接在如圖乙所示的理想變壓器的a、b兩端，電壓表和電流表均為理想電表，rt為熱敏電阻(溫度升高時(shí)其電阻減小

12、)，r為定值電阻。下列說(shuō)法正確的是()甲乙a在t0.01 s時(shí)，穿過(guò)該矩形線圈的磁通量的變化率為零b變壓器原線圈兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u36sin 50t(v)crt處溫度升高時(shí)，由于變壓器線圈匝數(shù)比不變，所以電壓表v1、v2的比值不變drt處溫度升高時(shí)，電流表的示數(shù)變小，變壓器輸入功率變大a原線圈接如圖甲所示的正弦交流電，由圖甲可知最大電壓um36 v，周期t0.02 s，角速度100 rad/s，則原線圈兩端的電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u36sin 100t(v)，當(dāng)t0.01 s時(shí)，u0，此時(shí)穿過(guò)該線圈的磁通量最大，穿過(guò)線圈的磁通量的變化率為零，a項(xiàng)正確，b項(xiàng)錯(cuò)誤；由于變壓器線圈匝數(shù)比不變，

13、則原、副線圈電壓比不變，但v2測(cè)量的不是副線圈電壓，rt處溫度升高時(shí)，阻值減小，電流增大，則r兩端電壓增大，所以v2示數(shù)減小，則電壓表v1、v2示數(shù)的比值增大，c項(xiàng)錯(cuò)誤；rt處溫度升高時(shí)，rt的阻值減小，副線圈電流增大，電流表示數(shù)增大，變壓器副線圈電壓不變，變壓器輸出功率增大，理想變壓器的輸入功率由輸出功率決定，所以變壓器的輸入功率增大，d項(xiàng)錯(cuò)誤。解決理想變壓器中有關(guān)物理量的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的方法(1)分清不變量和變量，弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系，利用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路特點(diǎn)進(jìn)行分析判定。(2)分析該類問(wèn)題的一般思維流程是匝數(shù)比不變，負(fù)載變化的情況1.有一理

14、想變壓器，副線圈所接電路如圖所示，燈l1、l2為規(guī)格相同的兩只小燈泡。當(dāng)s斷開時(shí)，燈l1正常發(fā)光。s閉合后，下列說(shuō)法正確的是()a電阻r消耗的電功率增大b燈l1、l2都能正常發(fā)光c原線圈的輸入功率減小d原、副線圈的電流比減小a當(dāng)s閉合后，由變壓器電壓與匝數(shù)比關(guān)系：，可知副線圈電壓u2不變，而電路的電阻減小，所以副線圈的電流增大，由pi2r知r消耗的功率增大，故a正確；副線圈的電流增大，所以電阻r的電壓增大，而副線圈電壓u2不變，所以燈泡兩端的電壓減小，燈l1、l2都不能正常發(fā)光，故b錯(cuò)誤；由于副線圈中負(fù)載電阻減小，消耗的功率為p，故消耗的功率增大，又因?yàn)檩斎牍β实扔谳敵龉β?，故原線圈的輸入功率

15、增大，所以c錯(cuò)誤；變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變，由電流與匝數(shù)關(guān)系，知原、副線圈中電流之比不變，故d錯(cuò)誤。匝數(shù)比改變，負(fù)載不變2.(多選)如圖所示，電路中的變壓器為理想變壓器，s為單刀雙擲開關(guān)，u1為加在原線圈兩端的交變電壓，i1、i2分別為原、副線圈中的電流。下列說(shuō)法中正確的是()a保持u1不變，s由b切換到a，則r上消耗的功率減小b保持u1不變，s由a切換到b，則i2減小c保持u1不變，s由b切換到a，則i1增大d保持u1不變，s由a切換到b，則變壓器的輸入功率增大bc保持u1不變，s由b切換到a時(shí)，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓u2增大，電流i2增大，r消耗的功率增大，由變壓器功率關(guān)系可知，其輸

16、入功率也增大，故i1增大；s由a切換到b時(shí)，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓u2減小，輸出電流i2減小，所以根據(jù)p2i2u2，p2減??；又因p1p2，所以變壓器輸入功率減小。由以上分析可知，正確選項(xiàng)為b、c。 遠(yuǎn)距離輸電1理清三個(gè)回路遠(yuǎn)距離輸電電網(wǎng)間的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。輸電過(guò)程的電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路，即電源回路、輸送回路和用戶回路。在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源，每個(gè)回路均可應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律，而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系則是聯(lián)系不同回路的橋梁。2抓住兩個(gè)物理量的聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系了電源回路和輸送回路，由理想變壓器

17、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，p1p2，i1n1i2n2。(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系了輸送回路和用戶回路，由理想變壓器原理可得：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，p3p4，i3n3i4n4。3掌握一個(gè)能量守恒定律發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)導(dǎo)線將能量輸送給線圈1，線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量，在輸送過(guò)程中，先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分，剩余的絕大部分通過(guò)降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗，所以其能量關(guān)系為p1p線損p用戶。(多選)(2020全國(guó)卷t19)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國(guó)

18、已成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從a處采用550 kv的超高壓向b處輸電，輸電線上損耗的電功率為p，到達(dá)b處時(shí)電壓下降了u。在保持a處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1 100 kv特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率變?yōu)閜，到達(dá)b處時(shí)電壓下降了u。不考慮其他因素的影響，則()appbppcuuduuad若采用550 kv的超高壓輸電，輸電線上的功率損耗pr，輸電線路損失的電壓ur，若改用1 100 kv的特高壓輸電，同理有pr，ur，可得p，u，故b、c項(xiàng)錯(cuò)誤，a、d項(xiàng)正確。輸電線路功率損失的計(jì)算方法p損p1p4p1為輸送的功率，p4為用戶得到的功率p損ir線i線為輸電線路上的電流，r線為線路電阻p損u為輸電線路上損失的電壓，不要與u2、u3相混p損ui線u不要錯(cuò)代入u2或u3遠(yuǎn)距離輸電原理1(2018江蘇高考)采用