高考物理大一輪復(fù)習 第十章 變壓器 電能的輸送

1、高考物理大一輪復(fù)習 第十章 變壓器 電能的輸送課件第1頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四一、變壓器1.構(gòu)造:變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。2.變壓器的工作原理是電磁感應(yīng),工作基礎(chǔ)是互感。知識梳理3.規(guī)律(1)電壓關(guān)系:=,也可適用于副線圈與副線圈之間的電壓關(guān)系。(2)電流關(guān)系:=,只適用于只有一個副線圈的變壓器。(3)功率關(guān)系:P1=P2。第2頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四4.兩種常見的變壓器(1)自耦變壓器(如調(diào)壓變壓器):鐵芯上只繞一個線圈,可升壓,可降壓。(2)互感器二、電能的輸送1.降低輸電損耗的兩個途徑(1)功率損

2、失:設(shè)輸電電流為I,輸電線的電阻為r,則功率損失為P=I2r。第3頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四減小輸電線的電阻由電阻定律R=可知,在輸電距離一定的情況下,為減小電阻,應(yīng)當用電阻率小的金屬材料制造輸電線。此外,還要盡可能增加導線的橫截面積。減小輸電線的電流由P=UI可知,當輸送功率一定時,提高電壓可以減小輸電電流。(2)兩個途徑第4頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.電網(wǎng)供電(1)遠距離高壓輸電示意圖(2)電網(wǎng)通過輸電線、變電站,將許多電廠和廣大用戶連接起來,形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)。第5頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29

3、分，星期四1.(1)原線圈輸入電壓U1一定,負載電阻R變化時,輸出電壓U2也隨著變化。()(2)理想變壓器的副線圈的匝數(shù)不論是一匝還是多匝,線圈上的電壓總與匝數(shù)成正比。()(3)理想變壓器的副線圈的匝數(shù)不論是一匝還是多匝,通過線圈的電流總與匝數(shù)成反比。()(4)遠距離輸電時輸電電壓和輸電線的損失電壓相等。()(5)理想變壓器原線圈接入直流電,副線圈輸出變壓后的直流電。()答案(1)(2)(3)(4)(5)第6頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.用理想變壓器向負載供電,變壓器的輸入電壓不變,如圖所示,如果負載電阻的滑動觸頭向上移動,則圖中所有交流電表的讀數(shù)及變壓器輸入功

4、率的變化情況為()A.V1、V2不變,A1增大、A2減小,P增大B.V1、V2不變,A1、A2增大,P增大C.V1、V2不變,A1、A2減小,P減小D.V1不變、V2增大,A1減小、A2增大,P減小第7頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四答案C當負載電阻的滑動觸頭向上移動時,總電阻R總增大,總電流I總減小,導致電流表A1、A2示數(shù)減小,由于V1示數(shù)不變,變壓器的匝數(shù)不變,所以V2示數(shù)不變,輸入、輸出功率減小,因此答案為C。第8頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四3.如圖所示,理想變壓器有三個線圈A、B、C,其中B、C的匝數(shù)分別為n2、n3,電壓表的示

5、數(shù)為U,電流表的示數(shù)為I,L1、L2是完全相同的燈泡,根據(jù)以上條件不能計算出的物理量是(忽略溫度對電阻的影響)()A.線圈A的匝數(shù)B.燈L2兩端的電壓C.變壓器的輸入功率D.通過燈L1的電流第9頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四答案A由題意知線圈B兩端的電壓為U,設(shè)線圈C兩端的電壓為UC,則=,所以UC=U;又知通過L2的電流為I,則可以求出L2的電阻,L2與L1的電阻相同,所以可求出通過L1的電流;根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以求出L1、L2的功率,可得變壓器總的輸出功率,它也等于變壓器的輸入功率;根據(jù)題意無法求出線圈A的匝數(shù),故選A。第10頁，共41頁，2022年，5月20日，2

6、3點29分，星期四4.(多選)遠距離輸電線路的示意圖如圖所示,若發(fā)電機的輸出電壓不變,那么當用戶用電的總功率增大時()A.升壓變壓器的原線圈中的電流保持不變B.降壓變壓器的輸出電壓升高C.降壓變壓器的輸出電壓降低D.輸電線上損失的功率增大第11頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四答案CD由題意知輸出的總功率增大時,輸入功率也增大。由于發(fā)電機的輸出電壓不變,根據(jù)P=UI得升壓變壓器原線圈電流I1增大,副線圈電流I2也增大,A錯。輸電線上的功率損失R線增大,D正確。降壓變壓器原線圈兩端電壓U3=U2-U線,因為升壓變壓器的輸入電壓U1不變,則U2不變,又U線=I2R線,所以U

7、3降低,U4=U3,即U4降低,B錯誤,C正確。第12頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比,與負載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個副線圈,電流和匝數(shù)成反比有多個副線圈,由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中交流電的頻率相等重難一理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系重難突破第13頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四注意(1)基本關(guān)系中U1、U2、I1、I2均指有效值。(2)當原線圈中串聯(lián)電阻(或燈泡)時,U1為加在原線圈兩端的電壓,并不是電源的電壓。

8、電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定第14頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(1)當電阻R=100 時,保險絲能否被熔斷?(2)要使保險絲不被熔斷,電阻R的阻值應(yīng)不小于多少?變壓器輸出的電功率不能超過多少?解析原線圈電壓的有效值為U1= V=220 V由=得副線圈兩端的電壓典例1如圖所示,理想變壓器B的原線圈跟副線圈的匝數(shù)比n1n2=21,交流電源電壓u1=311 sin 100t V,F為熔斷電流為I0=1.0 A的保險絲,負載為一可變電阻。第15頁，共41頁，2

9、022年，5月20日，23點29分，星期四U2=U1=220 V=110 V(1)當R=100 時,副線圈中電流I2= A=1.10 A由U1I1=U2I2得原線圈中的電流為I1=I2=1.10 A=0.55 A由于I1I0(熔斷電流),故保險絲不會熔斷。(2)設(shè)電阻R取某一值R0時,原線圈中的電流I1剛好達到熔斷電流I0,即I1=1.0 A,則副線圈中的電流為I2=I1=21.0 A=2.0 A第16頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四電阻R的阻值為:R0= =55 此時變壓器的輸出功率為P2=I2U2=2.0110 W=220 W可見,要使保險絲F不被熔斷,電阻R的阻

10、值不能小于 55 ,變壓器輸出的電功率不能超過220 W。答案見解析第17頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1-1(多選)如圖所示,一理想變壓器原線圈匝數(shù)為n1=1 000匝,副線圈匝數(shù)為n2=200匝,將原線圈接在u=200 sin 120t(V)的交流電壓上,電阻R=100,電流表A為理想電表。下列推斷正確的是()A.交變電流的頻率為50 HzB.穿過鐵芯的磁通量的最大變化率為 Wb/sC.電流表A的示數(shù)為 AD.變壓器的輸入功率是16 W第18頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四答案BD解析已知u=200 sin 120t(V),則有效值U1

11、=200 V,角速度=2f=120 rad/s,可知交變電流的頻率為60 Hz;由Um1=n1=200 V,而n1=1 000匝,則穿過鐵芯的磁通量的最大變化率= Wb/s;U2=U1=40 V,由I2=0.4 A,得電流表A的示數(shù)為0.4 A;P1=P2=I2U2=0.440 W=16 W,故B、D正確。第19頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1.對高壓輸電問題,應(yīng)按“發(fā)電機升壓變壓器遠距離輸電線降壓變壓器用電器”這樣的順序,或從“用電器”倒推到“發(fā)電機”一步一步進行分析。2.遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖為例)重難二高壓輸電問題分析第20頁，共41頁，2022年

12、，5月20日，23點29分，星期四(2)電壓、電流關(guān)系:=,=,U2=U+U3,I2=I3=I線。(3)輸電電流:I線=。(4)輸電線上損耗的功率:P損=I線U=R線=R線。當輸送的電功率一定時,輸電電壓增大到原來的n倍,輸電線上損耗的功率就減少到原來的。(1)功率關(guān)系:P1=P2,P3=P4,P2=P損+P3。第21頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四典例2發(fā)電機的端電壓為220 V,輸出電功率為44 kW,輸電導線的電阻為0.2 ,如果用原、副線圈匝數(shù)之比為110 的升壓變壓器升壓,經(jīng)輸電線路后,再用原、副線圈匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶。(1)畫出全過程的

13、線路圖。(2)求用戶得到的電壓和功率。(3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶,求用戶得到的功率和電壓。解析該題是輸電線路的分析和計算問題,結(jié)合電路結(jié)構(gòu)和輸電過程中的電壓關(guān)系和電流關(guān)系可解此題。(1)線路圖如圖所示:第22頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)升壓變壓器的輸出電壓U2=U1=2 200 V,升壓變壓器的輸出電流I2=I1,由P=U1I1得,升壓變壓器的輸入電流I1= A=200 A,第23頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四所以I2=I1= A=20 A。輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為UR=I2R=4 V,PR=R=0.08 kW。

14、降壓變壓器的輸入電流和輸入電壓分別為I3=I2=20 A,U3=U2-UR=2 196 V。降壓變壓器的輸出電壓和輸出電流分別為U4=U3=219.6 V,I4=I3=200 A。用戶得到的功率P4=U4I4=43.92 kW。(3)若不采用高壓輸電,線路損失電壓為UR=I1R=40 V,第24頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四用戶得到的電壓U=U1-UR=180 V,用戶得到的功率為P=UI1=36 kW。答案見解析第25頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2-1(多選)如圖所示,某變電站用10 kV的高壓向10 km外的小區(qū)供電,輸送的電功率為

15、200 kW。現(xiàn)要求在輸電線路上損耗的功率不超過輸送電功率的2%,下列不同規(guī)格的輸電線中,符合要求的是() 選項型號千米電阻(/km)ADYD30/C1BDYD50/C0.6CDYD100/C0.3DDYD150/C0.2第26頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四答案CD解析由P=UI解得輸電電流I=20 A,輸電線路上損耗的功率不超過P線=200 kW2%=4 kW,由P線=I2R,解得R=10 ,由于輸電線長度需要20 km,所以可以選擇千米電阻0.5 /km以下的型號DYD100/C或型號DYD150/C,符合要求的是選項C、D。第27頁，共41頁，2022年，5月

16、20日，23點29分，星期四2-2一臺交流發(fā)電機的額定輸出功率P=4.0103 kW,以400 V電壓將其接在升壓變壓器上向遠方輸電。若輸電導線的總電阻為10 ,允許輸電線損失的功率為輸出功率的10%,問:(1)升壓變壓器的變壓比應(yīng)為多大?(2)為了使遠方用電器能得到220 V的工作電壓,降壓變壓器的變壓比應(yīng)為多大?答案(1)150(2)90011解析(1)由P損=P10%=r,得I2=200 A,由P=U1I1得I1=1104 A所以=。第28頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)U2=U1=2104 V所以U3=U2-I2r=1.8104 V又U4=220 V,所

17、以= 第29頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四一、理想變壓器的動態(tài)分析方法1.匝數(shù)比不變的情況如圖:思想方法(1)U1不變,根據(jù)=,知輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負載電阻R如何變化,U2也不變。第30頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)當負載電阻發(fā)生變化時,I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化。(3)I2變化引起P2變化,P1=P2,故P1發(fā)生變化,輸出功率P2決定輸入功率P1。2.負載電阻不變的情況如圖:第31頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(1)U1不變,發(fā)生變化,故U2變化。(2)R不變

18、,U2改變,故I2發(fā)生變化。(3)根據(jù)P2=,P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1=P2,故P1變化,P1=U1I1,U1不變,故I1發(fā)生變化。3.分析動態(tài)問題的思路程序可表示為U1U2I2I1P1。第32頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四典例1如圖所示,理想變壓器輸入端P、Q接穩(wěn)定的交流電源,通過單刀雙擲開關(guān)S可改變變壓器原線圈匝數(shù)(圖中電壓表及電流表皆為理想電表),則下列說法中正確的是()A.當滑片c向b端移動時,變壓器輸入功率變大B.當滑片c向a端移動時,電流表A1的示數(shù)將減小,電壓表V的示數(shù)不變C.當滑片c向b端移動時,電流表A2的示數(shù)將變大,電壓表V的示數(shù)也變大D.滑片c

19、不動,將開關(guān)S由1擲向2時,三個電表A1、A2、V的示數(shù)都變大第33頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四解析c向b端移動時,R變大,輸出功率P2=,因U2不變,則P2減小,所以輸入功率減小,A項錯;c向a端移動時,R變小,A2示數(shù)I2=變大,則A1示數(shù)變大,B項錯;c向b端移動時,R變大,由I2=知,A2示數(shù)變小,故C項錯;當滑片c不動,開關(guān)S由1擲向2時,原線圈匝數(shù)n1減少,由U2=U1知U2變大,則A2示數(shù)變大,A1示數(shù)變大,故D項正確。答案D第34頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四針對訓練1如圖為理想變壓器,其原、副線圈的匝數(shù)比為21,原線圈

20、接有交流電壓u=220 sin 100t V,圖中電壓表和電流表均為理想交流電表,Rt為負溫度系數(shù)的熱敏電阻(即當溫度升高時,阻值減小),R1為定值電阻,C為電容器。下列說法正確的是()A.電壓表示數(shù)是110 VB.交流電的頻率為100 HzC.通過R1的電流始終為零D.當Rt處溫度升高時,電壓表示數(shù)不變,電流表示數(shù)變大第35頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四答案D解析原線圈所加交變電壓的有效值為U1= V,由理想變壓器的變壓比公式=,可得U2=U1= V=55 V,選項A錯誤;由交流電壓的瞬時值表達式u=220 sin 100t V可知,該交變電流的頻率f= Hz=5

21、0 Hz,選項B錯誤;由于交變電流能對電容器進行充、放電,所以會有充、放電電流通過電阻R1,選項C錯誤;因變壓器為理想變壓器,線圈電阻不計,因此,電壓表的示數(shù)不變,當Rt處的溫度升高時,其電阻阻值變小,所以電流表的示數(shù)變大,選項D正確。第36頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四二、兩種特殊的變壓器模型1.自耦變壓器高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型,自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)只有一個線圈,其中的一部分作為另一個線圈,當交流電源接不同的端點時,它可以升壓也可以降壓,變壓器的基本關(guān)系對自耦變壓器均適用。2.多副線圈變壓器(1)電壓關(guān)系:=(2)電流關(guān)系:n1I1=n2I2+n3I3(3)功率關(guān)系:P1=P2+P3+第37頁，共41頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四典例2如圖所示為一理想變壓器在兩種情況下工作的示意圖。其中燈泡L2、L3的功率均為P,且L1、L2、L3為