山东省2020版高考物理一轮复习第十章电磁感应第4节理想变压器电能的输送课件新人教版.pptx

1、第4节 理想变压器 电能的输送,-2-,知识梳理,考点自诊,1.理想变压器 (1)构造:如图所示,变压器是由 闭合铁芯 和绕在铁芯上的 两个线圈 组成的。 原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫 初级 线圈。 副线圈:与 负载 连接的线圈,也叫 次级 线圈。 (2)原理:利用电磁感应的 互感 现象。 (3)基本关系式 功率关系: P入=P出 ;,有多个副线圈时,n1I1=n2I2+n3I3+nnIn。,-3-,知识梳理,考点自诊,(4)常用的变压器 自耦变压器调压变压器。,-4-,知识梳理,考点自诊,2.远距离输电 (1)输电过程如图所示 (2)输电导线上的能量损失 主要是由输电线的电阻发热产生的

2、,表达式为Q= I2Rt 。 (3)电压损失 U=U-U;U= IR 。 (4)功率损失,-5-,知识梳理,考点自诊,1.判断下列说法的正误。 (1)变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。( ) (2)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。( ) (3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。( ) (4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。( ) (5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。( ) (6)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大。( ),答案,-6-,知识梳理,考点自诊,2.(

3、多选) (2018广西灵山月考)如图所示,原、副线圈匝数比为21的理想变压器正常工作时 ( )A.原、副线圈磁通量之比为21 B.原、副线圈电流之比为12 C.输入功率和输出功率之比为11 D.原、副线圈磁通量变化率之比为11,答案,解析,-7-,知识梳理,考点自诊,3.(2018广东汕头期末)远距离输电时,在输送电功率不变的条件下( ) A.只有增大导线的电阻,才能减小电流,提高输电效率 B.提高输电电压,能减小电流,提高输电效率 C.提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗 D.提高输电电压势必增大输电导线上的电流,答案,解析,-8-,知识梳理,考点自诊,4.(2018山东菏泽期末)如图所

4、示的调压器,滑动触头P和Q都可以调节,在输入交变电压一定的条件下,要使输出电压增大,输入电流增大,下列做法正确的是( ) A.Q不动,P向下移动 B.Q不动,P向上移动 C.P不动,Q向上移动 D.P不动,Q向下移动,A,-9-,知识梳理,考点自诊,-10-,命题点一,命题点二,命题点三,理想变压器原、副线圈关系的应用,-11-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,解析,-12-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨根据公式Em=nBS分析电动机产生的交流电的最大值以及有效值、频率的变化情况;根据 判断原副线圈中电流电压的变化情况,根据副线圈中功率的变化判断原线圈中功率的变化。本题考查了交变

5、电流最大值,有效值,频率,变压器等;需要知道交流电路中电表的示数为有效值,副线圈消耗的功率决定了原线圈的输入功率.主要考查物理概念和科学思维等核心素养。,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(多选)(2016全国卷)如图,理想变压器原、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,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是( )A.原、副线圈匝数比为91 B.原、副线圈匝数比为19 C.此时a和b的电功率之比为91 D.此时a和b的电功率之比为19,答案,解析,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,2.(2017北京卷)如图所示,理想变压器的原线圈

6、接在u=220 sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( ),D.副线圈输出交变电流的周期为50 s,答案,解析,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,理想变压器的动态分析 1.匝数比不变(如图甲所示),-16-,命题点一,命题点二,命题点三,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,2.负载电阻不变(如图乙所示),乙,(2)R不变,U2变化,I2发生变化。,(3)根据P2= 和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化。,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,典例

7、2(2016天津卷)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.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,R1消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电压表V示数变大 C.当滑动变阻器的滑片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,答案,解析,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,分析有关理想变压器动态问题的一般思路 分析理想变压器的动态问题,关键是抓住不变量,以不变量为基础,根据变化量引起的现象由欧姆定律分析电流、电压等各量的变化。分析动态问题的一般思路如下:,-20-,命题点一,命题点二,命题

8、点三,即学即练 3.(2018四川自贡一诊)如图所示,M是一个小型理想变压器,原、副线圈匝数之比n1n2=101,接线柱a、b接一正弦交变电源,输出电压u=311sin 100t(V)。变压器右侧部分为一火警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(电阻随温度升高而减小),R1为一定值电阻。下列说法正确的是( ) A.当R2所在处出现火情时,电阻R1的功率变小 B.当R2所在处出现火情时,电压表V2的示数变大 C.当R2所在处出现火情时,电流表A的示数变小 D.电压表V1示数为22 V,答案,解析,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,4.(2018江苏镇江三模)如图所示,一理想变

9、压器的原线圈接有电压为U的交变电流,副线圈接有电阻R1、光敏电阻R2(阻值随光照增强而减小),开关K开始时处于闭合状态,下列说法正确的是( )A.当光照变弱时,变压器的输入功率增加 B.当滑动触头P向下滑动时,电阻R1消耗的功率增加 C.当开关K由闭合到断开,原线圈中电流变大 D.当U增大时,副线圈中电流变小,答案,解析,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,远距离输电 远距离输电问题的“三二一” 1.三个回路(如图),在回路2中,U2=U+U3,I2=I线=I3。,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,2.两个联系 (1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝

10、数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是,(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是,3.一个守恒 能量守恒关系式P1=P损+P4。,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,典例3(2018河北邯郸期末)一台发电机最大输出功率为8 000 kW,电压为4 000 V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=2 k,到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡,每个灯泡额定电压220 V,额定功率72 W,若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的耗损可忽略,发电机处

11、于满负荷工作状态,求: (1)变压器T1和T2的匝数比分别为多少; (2)发电机处于满负荷工作状态时可供多少盏灯泡正常发光。,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨(1)根据输入功率求出输入电流,根据损失功率求出输出电流,从而求出变压器T1的匝数比,根据变压比求出升变压器的输出电压,再求出输电线上的电压损失,进而降压变压器的输入电压,即可得到降压变压器的匝数比; (2)由于降压变压器的负载能正常工作,求出用户得到的功率,从而确定可供多少盏灯泡正常发光。,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,输电线路功率

12、损失的四种计算方法 (1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P(P为输送功率,P为用户所得功率)。,(4)P损=UI线。,用,其原因是在一般情况下,U不易求出,且易将U和U输出相混而造成错误。,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 5.(多选)(2018天津河西二模)如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T1的原、副线圈匝数之比为n1n2=110,在T1的原线圈两端接入一正弦交流电,输电线的总电阻为2r=2 ,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3n4=101,若T2的“用电设备”两端的电压为U4=2

13、00 V且“用电设备”消耗的电功率为10 kW,不考虑其他因素的影响,则( ),-30-,命题点一,命题点二,命题点三,A.T1的副线圈两端电压的最大值为2 010 V B.T2的原线圈两端的电压为2 000 V C.输电线上损失的电功率为50 W D.T1的原线圈输入的电功率为10.1 kW,答案,解析,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,6.(多选)(2018宁夏兴庆四模)如图所示,为远距离输电的示意图,变压器均为理想变压器,升压变压器T1的原、副线圈的匝数比为k1,降压变压器T2的原、副线圈匝数比为k2,升压变压器原线圈两端接入一电压U=Umsin t的交流电源,用电设备的总电阻为R

14、(可视为纯电阻),输电线总电阻为2r,若用户消耗的功率为P,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电压U和用户获得的电压U分别为( ),-32-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,解析,-33-,三种特殊的变压器 1.自耦变压器 自耦变压器(又称调压器)只有一个线圈,将其中的一部分作为另一个线圈,当交流电源接不同的端点时,它既可以用来升压也可以用来降压,理想变压器的基本关系对自耦变压器均适用,如图所示。,-34-,2.互感器,-35-,3.多个副线圈变压器 遇到具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系:,(2)电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+ (3)功率关系:P1=

15、P2+P3+,-36-,典例(2016江苏卷)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点顺时针旋转到N点的过程中( )A.U2U1,U2降低 B.U2U1,U2升高 C.U2U1,U2降低 D.U2U1,U2升高,答案,解析,-37-,思维点拨深层理解命题意图:本题主要考查变压器的相关知识,意在考查学生对自耦变压器结构的理解以及应用理想变压器的规律分析问题的能力。分析时要分清原线圈与副线圈及滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程中

16、原线圈与副线圈匝数的变化,难度适中。,本题属于自耦变压器,自耦变压器的原理和普通的理想变压器的原理是相同的,电压与匝数成正比,电流与匝数成反比,根据基本的规律分析即可。考生在平时复习时要熟悉各类基本模型特点,深刻理解对应的物理规律,方能在高考时胜人一筹。,-38-,即学即练 1.(多选)(2018山西太原三模)某50 Hz的钳形电流表的工作原理如图所示。当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时,与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗,已知n2=1 000,当用该表测50 Hz交流电时( ),A.电流表G中通过的是交流电流 B.若G中通过的电流为50 mA,则

17、导线中的被测电流为50 A C.若导线中通过的是10 A矩形脉冲交流电,G中通过的电流是10 mA D.当用该表测量400 Hz的电流时,测量值比真实值偏小,答案,解析,-39-,2.(多选)(2018湖南永州一模)如图所示,在某一输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为1001和1100,图中a、b表示电压表或电流表,已知电压表的示数为22 V,电流表的示数为1 A,则( )A.a为电流表,b为电压表 B.a为电压表,b为电流表 C.线路输送电功率是220 kW D.输电线路总电阻为22 ,答案,解析,-40-,3.(多选)(2018山西太原模拟)如图所示,理想变压器的原线圈接u=U0cos 100t的交变电流,副线圈接有可调电阻R,触头P与线圈始终接触良好,下列判断正确的是( ),A.交变电流的频率为50 Hz B.若仅将触头P向A端滑动,则电阻R消耗的电功率增大 C.若仅使电阻R增大,则原线圈的输入电功率增大 D.若使电阻R增大的同时,将触头P向B端滑动,则通过原线圈的电流一定减小,答案,解析,