2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十 交變電流 第2講 變壓器 電能的輸送課件.ppt

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第2講 變壓器電能的輸送 考點(diǎn)1 理想變壓器 閉合鐵芯 兩個(gè)線圈 1 變壓器的構(gòu)造 如圖10 2 1所示 變壓器是由 和繞在鐵芯上的 組成的 初級(jí) 負(fù)載 次級(jí) 1 原線圈 與交流電源連接的線圈 也叫 線圈 2 副線圈 與 連接的線圈 也叫 線圈 構(gòu)造圖圖10 2 1 2 變壓器的原理 電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng) 由于電流的 在不斷變化 鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化 變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生 所以盡管兩個(gè)線圈之間沒有導(dǎo)線相連 副線圈也能夠輸出電流 是變壓器工作的基礎(chǔ) 大小 方向 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 理想變壓器中的參數(shù)關(guān)系 互感現(xiàn)象 理想變壓器 不考慮銅損 線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱 鐵損 渦流產(chǎn)生的焦耳熱 和磁漏的變壓器 它的輸入功率 輸出 功率 等于 4 基本關(guān)系式 1 功率關(guān)系 對(duì)于理想變壓器不考慮能量損失 總有P入 2 電壓關(guān)系 在同一鐵芯上只有一組副線圈時(shí) U1U2 P出 n1n2 3 電流關(guān)系 在同一鐵芯上有多組副線圈時(shí) 由P入 P出知I1U1 I2U2 I3U3 n2n1 考點(diǎn)2 遠(yuǎn)距離輸電 1 根據(jù)P損 降低輸電損耗有兩種方法 1 減小輸電線的 2 減小輸電導(dǎo)線中的電流 在輸送功率一定的情況下 根 據(jù)P UI 要減小電流 必須提高 2 遠(yuǎn)距離輸電的功率損失 輸送功率一定時(shí) 線路電流I 輸電線上損失的1U2遠(yuǎn)距離輸電中的功率關(guān)系 P輸 功率P損 I2R線 可知P損 I2R線 電阻 輸電電壓 P損 P用戶 基礎(chǔ)自測(cè) 1 2016年江蘇卷 一自耦變壓器如圖10 2 2所示 環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈 將其接在a b間作為原線圈 通過滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分 接在c d間作為副線圈 在a b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí) c d間的輸出電壓為U2 在將滑 動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中 圖10 2 2 A U2 U1 U2降低B U2 U1 U2升高C U2 U1 U2降低D U2 U1 U2升高答案 C 2 2016年四川卷 如圖10 2 3所示 接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電 如果將原 副線圈減少相同匝 數(shù) 其他條件不變 則 A 小燈泡變亮B 小燈泡變暗 圖10 2 3 C 原 副線圈兩端電壓的比值不變D 通過原 副線圈電流的比值不變答案 B 3 多選 如圖10 2 4所示 理想變壓器原 副線圈的匝數(shù)比 P為滑動(dòng)變阻器的滑片 當(dāng)副線圈上的滑片M處于圖示位置時(shí) 燈泡A能發(fā)光 操作過程中 小燈泡兩端的電壓均未超過其額定 值 且認(rèn)為燈泡的電阻不受溫度的影響 則 圖10 2 4 A 副線圈輸出電壓的有效值為22V B 滑片P向左移動(dòng)時(shí) 變壓器的輸出功率增加 C 滑片P向右移動(dòng)時(shí) 為保證燈泡亮度不變 需將滑片M 向上移 D 滑片M向上移動(dòng)時(shí) 為保證燈泡亮度不變 需將滑片P 向左移 答案 AD 4 遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖10 2 5所示 升壓變壓器原 副線圈的匝數(shù)分別為n1 n2 電壓分別為U1 U2 電流分別為I1 I2 輸電線上的電阻為R 變壓器為理想變壓器 則下列關(guān)系 式中正確的是 圖10 2 5 答案 D 熱點(diǎn)1 理想變壓器原 副線圈基本量的關(guān)系 熱點(diǎn)歸納 續(xù)表 考向1 基本關(guān)系的應(yīng)用 典題1 2017年北京卷 如圖10 2 6所示 理想變壓器有R 55 的負(fù)載電阻 原 副線圈匝數(shù)之比為2 1 電流表 電壓表均為理想電表 下列說法正確的是 W A 原線圈的輸入功率為220B 電流表的讀數(shù)為1A C 電壓表的讀數(shù)為110 V D 副線圈輸出交流電的周期為50s 圖10 2 6 解析 電表的讀數(shù)均為有效值 原線圈兩端電壓有效值為220V 由理想變壓器原 副線圈兩端電壓與線圈匝數(shù)成正比可知 副線圈兩端電壓有效值為110V C錯(cuò)誤 流過電阻R的電流為2A 可知負(fù)載消耗的功率為220W 根據(jù)能量守恒定律可知 原線圈的輸入功率為220W A錯(cuò)誤 由P UI可知 電流表的讀數(shù)為1A 選項(xiàng)B正確 由交變電壓瞬時(shí)值表達(dá)式可知 100 rad s 周期T 0 02s D錯(cuò)誤 答案 B 方法技巧 關(guān)于理想變壓器的四點(diǎn)說明 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均為有效值 考向2 變壓器原線圈與用電器串聯(lián)的問題 典題2 多選 2016年新課標(biāo) 卷 如圖10 2 7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 下列說法正確的是 A 原 副線圈匝數(shù)比為9 1B 原 副線圈匝數(shù)比為1 9C 此時(shí)a和b的電功率之比為9 1 D 此時(shí)a和b的電功率之比為1 9 圖10 2 7 解析 設(shè)燈泡的額定電壓為U0 則輸入電壓U 10U0 由于兩燈泡均正常發(fā)光 故原線圈兩端的電壓U1 U U0 9U0 副線圈兩端的電壓U2 U0 所以原 副線圈的匝數(shù)比n1 n2 U1 U2 9 1 A項(xiàng)正確 B項(xiàng)錯(cuò)誤 原 副線圈的電流之比I1 I2 n2 n1 1 9 由電功率P UI可知 a和b的電功率之比為1 9 C項(xiàng)錯(cuò)誤 D項(xiàng)正確 答案 AD 考向3 變壓器副線圈含二極管的問題 典題3 多選 如圖10 2 8所示 一理想變壓器原 副線 圈的匝數(shù)分別為n1 n2 原線圈通過一理想電流表 接正弦式交 流電源 一個(gè)二極管和阻值為R的負(fù)載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端 假設(shè)該二極管的正向電阻為零 反向電阻為無窮大 用交流電壓表測(cè)得a b端和c d端的電壓分別為Uab和Ucd 則 圖10 2 8 A Uab Ucd n1 n2 B 增大負(fù)載電阻的阻值R 電流表的讀數(shù)變小C 負(fù)載電阻的阻值越小 c d間的電壓Ucd越大D 將二極管短路 電流表的讀數(shù)加倍 解析 經(jīng)交流電壓表 交流電流表測(cè)得的值分別為交變電 電壓U2 而輸出電壓U2不等于c d端電壓 因二極管具有單向?qū)щ娦?輸出電壓經(jīng)二極管整流后有效值發(fā)生變化 Ucd 功率減小 根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率可知 輸 入功率必減小 故電流表讀數(shù)變小 B項(xiàng)正確 C項(xiàng)錯(cuò)誤 二極 輸入功率P1也加倍 而輸入電壓U1不變 根據(jù)P1 U1I1得電流表讀數(shù)加倍 D項(xiàng)正確 答案 BD 熱點(diǎn)2考向1 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析匝數(shù)比不變的情況 如圖10 2 9所示 圖10 2 9 典題4 2016年天津卷 如圖10 2 10所示 理想變壓器原線圈接在交流電源上 圖中各電表均為理想電表 下列說法正 確的是 A 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí) R1消耗的功率變大 示數(shù) 變大 B 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí) 電壓表C 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上 滑動(dòng)時(shí) 電流表 示數(shù)變大 D 若閉合開關(guān)S 則電流表 示數(shù) 變大 示數(shù)變大 圖10 2 10 解析 滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí) 滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變大 總電阻也變大 而副線圈兩端的電壓沒有變化 所以干路中的電流減小 R1消耗的功率變小 A項(xiàng)錯(cuò)誤 干路中的電流變小 R1兩端的電壓變小 并聯(lián)電路的電壓 變大 即電壓表 示數(shù)變大 B項(xiàng)正確 由于變壓器副線圈干 路中的電流變小 所以原線圈中的電流變小 即電流表 的示 數(shù)變小 C項(xiàng)錯(cuò)誤 閉合開關(guān)S后 并聯(lián)電路的阻值變小 總電阻也變小 干路中的電流變大 R1兩端的電壓變大 并聯(lián)電 路的電壓變小 通過R2的電流變小 即電流表 示數(shù)變小 示數(shù)變大 D項(xiàng)錯(cuò)誤 因變壓器的功率變大 故電流表答案 B 考向2 負(fù)載電阻不變的情況 如圖10 2 11所示 圖10 2 11 典題5 如圖10 2 12所示 發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為e 678sin100 t V 變壓器的副線圈匝數(shù)可調(diào) 滑片P置于a處時(shí) 用戶恰好得到220V的電壓 R表示輸電線的電阻 下列說法正確 的是 A 電流的頻率為100Hz B 電壓表 的示數(shù)為220V C 電壓表 的示數(shù)為678V 圖10 2 12 D 當(dāng)滑片P向上滑時(shí) 的示數(shù)變大 解析 電流的頻率為f 2 100 2 Hz 50Hz 選項(xiàng)A錯(cuò) 誤 因用戶恰好得到220V的電壓 即電壓表 的示數(shù)大于 220V 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 電壓表 的示數(shù)等于交流電的有效值 答案 D 熱點(diǎn)3 遠(yuǎn)距離輸電問題 熱點(diǎn)歸納 遠(yuǎn)距離輸電問題的 三二一 1 理清三個(gè)回路 如圖10 2 13所示 圖10 2 13在回路2中 U2 U U3 I2 I線 I3 2 抓住兩個(gè)聯(lián)系 典題6 如圖10 2 14為遠(yuǎn)距離輸電示意圖 兩變壓器均為理想變壓器 升壓變壓器T的原 副線圈匝數(shù)分別為n1 n2 在T的原線圈兩端接入一電壓u Umsin t的交流電源 若輸送電功率為P 輸電線的總電阻為2r 不考慮其他因素的影響 則輸電線上損失的電功率為 圖10 2 14 答案 C 方法技巧 輸電線路功率損失的計(jì)算方法 遷移拓展 多選 2017年廣東江門模擬 某小型水電站的電能輸送示意圖如圖10 2 15所示 已知輸電線的總電阻R 10 降壓變壓器T2的原 副線圈匝數(shù)之比為4 1 電阻R0 11 若T1 T2均為理想變壓器 T2的副線圈兩端電壓表達(dá)式 為u 220sin100 t V 下列說法正確的是 圖10 2 15A 發(fā)電機(jī)中的電流變化頻率為100HzB 通過R0的電流的有效值為20AC 升壓變壓器T1的輸入功率為4650WD 若R0的電阻減小 發(fā)電機(jī)的輸出功率也減小 解析 變壓器不能改變交變電流的頻率 交變電流的頻率 f 2 50Hz 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 降壓變壓器副線圈兩端交變電壓 的有效值為220V 負(fù)載電阻為11 所以通過R0的電流的有效值是I 20A 選項(xiàng)B正確 根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可知 輸電線上的電流為I 5A 所以輸電線上消耗的功率為I 2R 250W 用電器消耗的功率為I2R0 4400W 所以升壓變壓器的輸入功率為4650W 選項(xiàng)C正確 當(dāng)用電器的電阻R0減小時(shí) 通過用電器的電流增大 通過輸電線的電流增大 用電器的功率增大 輸電線損耗的功率增大 則發(fā)電機(jī)的輸出功率也增大 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 BC 特殊的變壓器模型 考向1 自耦變壓器 自耦變壓器又稱為調(diào)壓變壓器 它只有一個(gè)線圈 把全部線圈作為原線圈或副線圈 線圈的一部分作為副線圈或原線圈 由此自耦變壓器可以降壓 也可以升壓 變壓器的基本規(guī)律對(duì)自耦變壓器均適用 典題7 自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈 原 副線圈都只取該線圈的某部分 一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖10 2 16所示 其副線圈匝數(shù)可調(diào) 已知變壓器線圈的總匝數(shù)為1900匝 原線圈為1100匝 接在有效值為220V的交流電源上 當(dāng)變壓器輸出電壓調(diào)至最大時(shí) 負(fù)載R上的功率為2kW 設(shè)此時(shí)原線圈中電流的有效值為I1 負(fù)載兩端電壓的有效值為 U2 且變壓器是理想的 則U2和I1分別約為 圖10 2 16 B 380V和9 1AD 240V和9 1A A 380V和5 3AC 240V和5 3A答案 B 考向2 雙副線圈變壓器 計(jì)算具有兩個(gè) 或兩個(gè)以上 副線圈的變壓器問題時(shí) 應(yīng)注意三個(gè)關(guān)系 典題8 如圖10 2 17所示 接在理想變壓器回路中的四個(gè)規(guī)格相同的燈泡都正常發(fā)光 那么 理想變壓器的匝數(shù)比n1 n2 n3為 圖10 2 17 A 1 1 1C 6 2 1 B 3 2 1D 2 2 1 答案 B 考向3 互感器 互感器分為電壓互感器和電流互感器 比較如下表所示 典題9 2017年福建龍巖質(zhì)檢 L1和L2是高壓輸電的兩條輸電線 現(xiàn)要通過變壓器測(cè)量L1和L2之間的電壓 下列四種 電路連接正確的是 AC BD 解析 通過變壓器測(cè)量L1和L2之間的電壓 需要電壓互感器 變壓器原線圈應(yīng)并聯(lián)在L1和L2之間 由于電壓表量程較小 變壓器應(yīng)為降壓變壓器 原線圈匝數(shù)應(yīng)大于副線圈匝數(shù) 所以選項(xiàng)A正確 答案 A 觸類旁通 如圖10 2 18所示 L1和L2是輸電線 甲是電壓互感器 乙是電流互感器 若已知變壓比為1000 1 變流比為100 1 并且知道電壓表示數(shù)為220V 電流表示數(shù)為 10A 則輸電線的輸送功率為 圖10 2 18 A 2 2 103WB 2 2 10 2WC 2 2 108WD 2 2 104W 答案 C