福建省高中物理第一輪總復(fù)習(xí)時(shí)變壓器電能輸送魯科新課標(biāo)PPT課件

1、 一、理想變壓器 1.理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征 構(gòu)造：兩組線圈(原、副線圈)繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器. 作用：在輸送電能的過程中改變電壓. 原理：其工作原理是利用了現(xiàn)象. 特征：正因?yàn)槭抢秒姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的過程中改變交變電壓.電磁感應(yīng)第1頁/共48頁 2.理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律 如圖11-2-1所示，在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓U1后，由于電磁感應(yīng)的原因，原、副線圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：E1=n1 ,E2=n2t 2t 圖11-2-1第2頁/共48頁 忽略原、副線圈內(nèi)阻，有U1E1，U2E2 另外，考慮

2、到鐵芯的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)為在任意時(shí)刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等，于是又有1=2 由此便可得理想變壓器的電壓變化規(guī)律為 . 在此基礎(chǔ)上再忽略變壓器自身的能量損失(一般包括線圈內(nèi)能量損失和鐵芯內(nèi)能量損失這兩部分，分別俗稱為“銅損”和“鐵損”)，于是有P1=P2 而P1=I1U1P2=I2U21122UnUn 第3頁/共48頁 由此可見： (1)電壓跟匝數(shù)的關(guān)系： (2)功率關(guān)系：P輸入=P輸出 (3)電流關(guān)系： . 需要特別引起注意的是： (1)只有當(dāng)變壓器只有一個(gè)副線圈工作時(shí)，才有：U1I1=U2I2， 1122UnUn 1221InIn 1221InIn 第4頁/共48頁 (2

3、)變壓器的輸入功率由輸出功率決 定，往往用到：P1=U1I1， 即在輸入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比.式中的R表示負(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”.“負(fù)載”表示副線圈所接的用電器的實(shí)際功率.實(shí)際上，負(fù)載越小，R越大；負(fù)載越大，R越小.這一點(diǎn)在審題時(shí)要特別注意.2211/n URn 第5頁/共48頁 二、遠(yuǎn)距離高壓輸電中的功率、電壓和電流關(guān)系 在電能遠(yuǎn)距離傳輸中，為了減小輸電過程中的能量損失，通常采用高壓輸電，將電源電壓用升壓變壓器提高，到了用戶又要用降壓變壓器降壓，輸電電路如圖11-2-2所示.圖11-2-2第6

4、頁/共48頁 分析此類問題的過程中，先必須明確三個(gè)回路： (1)電源回路(升壓變壓器原線圈電壓U1，升壓變壓器原線圈電流I1，升壓變壓器原線圈功率P1)第7頁/共48頁 (2)輸送回路(升壓變壓器副線圈電壓U2,降壓變壓器原線圈電壓U3,輸電線損失電壓U,升壓變壓器副線圈電流I2,降壓變壓器原線圈電流I3,升壓變壓器副線圈功率P2,降壓變壓器原線圈功率P3,輸電線損失功率P) (3)用戶回路(降壓變壓器副線圈電壓U4,降壓變壓器副線圈電流I4,降壓變壓器副線圈功率P4)第8頁/共48頁 其次要掌握以下幾個(gè)關(guān)系： (1)功率關(guān)系(為了研究的方便，我們常把變壓器視為理想變壓器處理)P1=P2,P2

5、=P3+P , P3=P4 (2)電壓關(guān)系 ,U2=U3+U,1122UnUn 3344UnUn 第9頁/共48頁 (3)電流關(guān)系 ,I2=I3, (4)輸電導(dǎo)線電壓損失U= . = . (5)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率 P= = = . = = .I2R線U2-U3I2UP2-P3P1-P41221InIn 3443InIn 22I R線線222PRU線線第10頁/共48頁 變壓器基本原理 一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2=115.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖11-2-3所示.副線圈僅接入一個(gè)10的電阻.圖11-2-3第11頁/共48頁 則( ) A.流過電阻的電流是20A B.

6、與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V C.經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103J D.變壓器的輸入功率是1103W 2第12頁/共48頁 原線圈中電壓的有效值是220V，由變壓比知副線圈中電壓為100V，流過電阻的電流是10A；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V；經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6104J.故選D.第13頁/共48頁 變式訓(xùn)練1：如圖11-2-4，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為41.原線圈接入一電壓為u=U0sint的交流電源，副線圈接一個(gè)R=27.5的負(fù)載電阻.若U0=220 V，=100rad/s，圖11-2-42第14頁/共48頁 則下述結(jié)論正確的是( ) A.副線圈中電壓表的讀數(shù)

7、為55 V B.副線圈中輸出交流電的周期為 s C.原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5A D.原線圈中的輸入功率為110 W 答案：C1100 22第15頁/共48頁 變壓器的負(fù)載變化引起其他物理量的變化 用電高峰期，電燈往往會變暗，其原理可簡化為如下物理問題.如圖11-2-5所示，理想變壓器的副線圈上，通過輸電線連接兩只相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R，原線圈輸入有效值恒定的交流電壓，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，第16頁/共48頁 以下說法正確的是( ) A.原線圈中電流減小 B.R兩端的電壓增大 C.副線圈輸出電壓減小 D.原線圈輸入功率減小圖11-2-5第17頁/共48頁 因輸出電壓與負(fù)載無關(guān)，

8、由原副線圈的匝數(shù)比和原線圈兩端電壓決定，應(yīng)保持不變，故C錯(cuò)；當(dāng)S接通時(shí)，負(fù)載總電阻減小，流經(jīng)副線圈和輸電線等效電阻R的電流增大，流經(jīng)原線圈的電流也增大，故A錯(cuò)；等效電阻R的電壓增大，B對；原線圈輸入功率P=UI，應(yīng)增大，故D錯(cuò)，正確選項(xiàng)為B.第18頁/共48頁 變式訓(xùn)練2：如圖11-2-6，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的和.為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2；、.和 為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3.圖11-2-6第19頁/共48頁 現(xiàn)斷開S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是( ) A.U2變小，I3變小 B.U2不變，

9、I3變小 C.I1變小，I2變小 D.I1變大，I2變大C第20頁/共48頁 了解遠(yuǎn)距離輸電的特點(diǎn)，會處理輸電過程中變壓器的相關(guān)問題 學(xué)校有一臺應(yīng)急備用的發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為R=4，全校22個(gè)教室，每個(gè)教室用“220V,40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，第21頁/共48頁 則： (1)發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？ (2)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢多大？ (3)輸電線上損耗的電功率多大？圖11-2-7第22頁/共48頁 (1)所有燈都正常工作的總功率 22640W=5280W, 用電器總電流為I2= , 輸電線上的電流I1=IR=I2= =

10、6A, 降壓變壓器上：U2=4U2=880V， 輸電線上的電壓損失為：UR=IRR=24V,225280A24A220PU 24I 第23頁/共48頁 因此升壓變壓器的輸出電壓為U1=UR+U2=904V， 輸入電壓為U1= =226V， 輸入電流為I1=4I1=24A， 所以發(fā)電機(jī)輸出功率為P出=U1I1=5424W. (2)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢E=U1+I1r=250V (3)輸電線上損耗的電功率PR= R=144W14U 2RI第24頁/共48頁 變式訓(xùn)練3：某小型實(shí)驗(yàn)水電站輸出功率是20kW，輸電線路總電阻是6. (1)若采用380V輸電，求輸電線路損耗的功率; (2)若改用5000V高壓輸

11、電，用戶端利用n1n2=221的變壓器降壓，求用戶得到的電壓.第25頁/共48頁 322120 1052.6338052.6361662016.62PIAAUPI RWWkW損輸電線上的電流強(qiáng)度為輸電線路損耗的功率為解析：第26頁/共48頁 3111222211220 1050004226(50004 6)49761497622.18PIAUUUI RVVUnUnAVnUUVn 改用高壓輸電后，輸電線上的電流強(qiáng)度變?yōu)橛脩舳嗽谧儔浩鹘祲呵矮@得的電壓根據(jù)用戶得到的電壓為第27頁/共48頁121211-2-84112A 3 B 48C 0 D1.RnnAmAAmAmA如圖所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)

12、比，當(dāng)導(dǎo)體棒向右勻速切割磁感線時(shí)，電流表 的讀數(shù)是，則副線圈中電流表 的讀數(shù)應(yīng)該為( )與 阻值有關(guān)第28頁/共48頁 解析：導(dǎo)體棒勻速向右切割磁感線運(yùn)動(dòng)，變壓器輸入端為穩(wěn)恒電流，故輸出端電壓為零，變壓器不工作 答案：C第29頁/共48頁 2.如圖1129所示為一臺理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)分別為n1=400匝，n2=800匝，如果導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)，那么可以確定( ) A這是一臺升壓變壓器 B副線圈兩端電壓是原線圈兩端電壓的一半 C通過副線圈的電流是通過原線圈電流的兩倍 D變壓器輸出電功率是輸入電功率的兩倍圖11-2-9A第30頁/共48頁 3.在變電所，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電

13、流，使用的儀器是電流互感器，下面四個(gè)圖中，能正確反映其工作原理的是( ) 第31頁/共48頁第32頁/共48頁 解析：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏?，因此原線圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中 答案：A第33頁/共48頁 4.如圖11210所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則( )圖11-2-10第34頁/共48頁 A保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將減小 B保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小 C保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大 D保

14、持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將減小第35頁/共48頁 解析：K由a合到b時(shí)，n1減小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2=U/R隨之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，從而I1增大，A錯(cuò)誤；K由b合到a時(shí)，與上述情況相反，P2將減小，B正確；P上滑時(shí)，R增大，P2=U/R減小，又P1=P2，P1=I1U1，從而I1減小，C錯(cuò)誤；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大，I2=U2/R隨之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D錯(cuò)誤 答案：B第36頁/共48頁 5.有一種穿芯式電流互感器，如圖11211所示，其工作原理是將被測量導(dǎo)線從互感器中心直接穿過

15、，從鐵芯所繞線圈上電流表的讀數(shù)就可計(jì)算出被測導(dǎo)線上的電流，若已知線圈的匝數(shù)為50匝，電流表的示數(shù)為5A，則導(dǎo)線上的電流為( ) A0.1A B10A C250A D10 A 圖11-2-112C第37頁/共48頁 6.如圖11212所示，一個(gè)變壓器(可視為理想變壓器)的原線圈接在220V的市電上，向額定電壓為1.80104V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過12mA時(shí)，熔絲就熔斷求 (1)熔絲的熔斷電流是多大？ (2)當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時(shí)，變壓器的輸入功率是多大？圖11-2-12第38頁/共48頁 解析：(1)設(shè)原、副線圈上的電壓、

16、電流分別為U1、U2、I1、I2.根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有：I1U1=I2U2 當(dāng)I2=12mA時(shí)，I1即為熔斷電流 代入數(shù)據(jù)，得I1=0.98A (2)設(shè)副線圈中電流為I2=10mA時(shí)，變壓器的輸入功率為P1，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有：P1=I2U2， 代入數(shù)據(jù)得P1=180W第39頁/共48頁 7.(2010天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導(dǎo)線電阻不計(jì)，如圖10213所示當(dāng)開關(guān)S閉合后( )圖10-

17、2-13第40頁/共48頁AA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變BA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變大，V1與V2示數(shù)的比值變大DV1示數(shù)變大，V1與V2示數(shù)的比值不變第41頁/共48頁22221221112221211:.ASRUnUUVVIUnRInIAIInA當(dāng)開關(guān) 閉合后，負(fù)載電阻 減小，由電壓關(guān)系，可得不變，即 、示數(shù)不變，得 增大，即示數(shù)增大，由可知 增大解析即 示數(shù)增大答案：，第42頁/共48頁 8.(2010浙江卷)某水電站，用總電阻為2.5的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3106kW.現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是( ) A輸電線

18、上輸送的電流大小為2.0105A B輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kV C若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108kW D輸電線上損失的功率為P=U2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻第43頁/共48頁26333332628223 10106 10A500 106 102.515 1053 10()2.59 10:B5CPIUPIAAUUIrUVVkVPPI rrWkWUUPRU由得輸電線上輸送的電流， 錯(cuò)；由得輸電線路上的電壓損失，若用電壓輸解析對；電，輸電線上損失的功率為比總功率還大，不可能， 錯(cuò)；當(dāng)用公式計(jì)算損失的功率時(shí)， 為輸電線上損失的電壓，而不是輸電電壓D， 錯(cuò)第44頁/共48頁 9.發(fā)電機(jī)輸出功率為100kW，輸出電壓為250V，用戶需要220V的電壓，輸電線電阻為10，若輸電線損失的功率為輸送功率的4%，試求： (1)輸電線上的升壓和