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1、課標版課標版 物理物理第2講變壓器遠距離輸電一、理想變壓器一、理想變壓器1.構造:如圖所示,變壓器是由 和繞在鐵芯上的 組成的。(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。教材研讀教材研讀閉合鐵芯閉合鐵芯兩個線圈兩個線圈初級初級負載負載次級次級2.原理:電流磁效應、 。3.基本關系式(1)功率關系: 。(2)電壓關系:只有一個副線圈時=。有多個副線圈時=。(3)電流關系:只有一個副線圈時=。由P入=P出及P=UI推出有多個副線圈時,U1I1= 。4.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調壓變壓器11Un22Un11Un22Un33Un12II21nn電
2、磁感應電磁感應 P入入=P出出U2I2+U3I3+UnIn (2)互感器自測自測1 (辨析題)(1)變壓器不但能改變交變電流的電壓,還能改變交變電流的頻率。( )(2)理想變壓器能改變交變電壓、交變電流,但不改變功率,即輸入功率總等于輸出功率。( )(3)變壓器副線圈并聯更多的用電器時,原線圈輸入的電流隨之減小。( )答案 (1) (2) (3):電壓互感器 用來把高電壓變成低電壓。電流互感器 用來把大電流變成小電流。二、遠距離輸電二、遠距離輸電1.輸電過程(如圖所示)2.輸電導線上的能量損失:主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產生的,表達式為Q= 。3.電壓損失(1)U=U-U;(2)U= 。4.功率
3、損失I2RtIR(1)P=P-P;(2)P= =R。5.輸送電流(1)I=;(2)I=。2PUPUUURI2R考點一理想變壓器基本規(guī)律的應用考點一理想變壓器基本規(guī)律的應用基本關系式中物理量之間的決定關系:考點突破考點突破電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和線圈匝數比決定,U2=U1(原制約副)功率副線圈中的功率P2由用戶負載決定,原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定,P1=P2(副制約原)電流原線圈的電流I1由副線圈的電流I2和線圈匝數比決定,I1=I2(副制約原)21nn21nn典例典例1 (2014山東理綜,17,6分)(多選)如圖,將額定電壓為60 V的用電器,通過一理想變壓器
4、接在正弦交變電源上。閉合開關S后,用電器正常工作,交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是( )A.變壓器輸入功率為484 WB.通過原線圈的電流的有效值為0.6 AC.通過副線圈的電流的最大值為2.2 AD.變壓器原、副線圈匝數比n1 n2=11 3答案 BD對于理想變壓器,P入=P出,所以輸入功率P入=602.2 W=132 W,A錯。I1= A=0.6 A,B正確。通過副線圈的正弦式交流電電流的最大值I2m=I2=2.2 A,C錯誤。變壓器原、副線圈匝數比n1 n2=U1 U2=11 3,D正確。1-1 (多選)如圖所示,一理想變壓器原線
5、圈匝數為n1=1 000匝,副線圈匝數為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( )1PU入132220222A.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的示數為 AD.變壓器的輸入功率是16 W答案 BD已知u=200 sin 120t(V),則有效值U1=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 00252522t20匝,則穿過鐵芯的磁通量的最大變化率= Wb/s;U2=U1=40
6、V,由I2=0.4 A,得電流表A的示數為0.4 A;P1=P2=I2U2=0.440 W=16 W。t2521nn2UR考點二理想變壓器的動態(tài)分析考點二理想變壓器的動態(tài)分析1.線圈匝數比不變的情況(如圖所示)(1)U1不變,根據=可以得出不論負載電阻R如何變化,U2不變。(2)當負載電阻發(fā)生變化時,I2變化,根據=可以判斷I1的變化情況。(3)I2變化引起P2變化,根據P1=P2,可以判斷P1的變化。2.負載電阻不變的情況(如圖所示)12UU12nn12II21nn(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P2=和P1=P2,可以判斷P2變化時,P1
7、發(fā)生變化,I1發(fā)生變化。典例典例2 (2016山東濰坊聯考)如圖甲所示的電路中,S為單刀雙擲開關,電表為理想電表,Rt為熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小),理想變壓器原線圈接圖乙所示的正弦交流電,則( )12nn22URA.變壓器原線圈中交流電壓u的表達式u=110sin 100t(V)B.S接在a端,Rt溫度升高時,變壓器的輸入功率變小C.S接在a端,Rt溫度升高時,電壓表和電流表的示數均變大D.S由a切換到b,Rt消耗的功率變大答案 A由圖乙可知電壓最大值為110 V,周期為0.02 s,所以=1222T00 rad/s,則原線圈中交流電壓的表達式u=Um sin t=110 sin 10
8、0t(V),A項正確;副線圈輸出電壓由變壓器原副線圈匝數比和輸入電壓決定,故Rt溫度升高時,副線圈兩端電壓不變,則電壓表示數不變,C項錯;S接在a端,Rt溫度升高時其阻值減小,再由P=可知,變壓器輸出功率增大,故變壓器的輸入功率也隨之增大,B項錯;S由a切換到b,副線圈匝數減小,故輸出電壓減小,由P=知,Rt消耗的功率減小,D項錯。22UR2UR分析變壓器動態(tài)問題的思路流程U1U2I2I1 2-1 (2015天津理綜,6,6分)(多選)如圖所示,理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表,副線圈匝數可以通過滑動觸頭Q來調節(jié),在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R,P為滑動變阻器的滑動觸頭。
9、在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電,則( )A.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表讀數變大B.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表讀數變小C.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表讀數變大D.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表讀數變小答案 BC保持Q位置不動,則副線圈兩端電壓U2不變,P向上滑動,則R增大,副線圈電流I2減小,由P1=UI1=U2I2,可知I1減小,電流表讀數減小,A錯誤,B正確。保持P位置不動,則R不變,Q向上滑動,n2變大,根據=得,U2=U,則U2增大,由I2=,知I2增大,由UI1=U2I2,U不變,知I1增大,電流表讀數變大,所以C正確,D錯誤。故選
10、B、C。1Un22Un21nn20URR2-2如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數比為10 1,b是原線圈的中心接頭,電壓表V和電流表A均為理想電表,除滑動變阻器電阻R、定值電阻R0以外其余電阻不計,從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時值表達式為u1=220 sin 100t(V)。下列說法中正確的是( )A.t= s時刻,c、d兩點間的電壓瞬時值為110 V21600B.當單刀雙擲開關與a連接時,電壓表的示數為22 VC.單刀雙擲開關與a連接,在滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,電壓表和電流表的示數均變小D.當單刀雙擲開關由a扳向b時,電壓表和電流表的示數均變大答案 D已知c、
11、d兩點間的電壓瞬時值表達式u1=220 sin 100t(V),當t= s時,u1=220 sin V=110 V,選項A錯誤。由=,得U2=220 V=22 V,選項B錯誤。單刀雙擲開關與a連接,滑片P向上移動時,電壓表示數變大,電流表示數變小,選項C錯誤。當單刀雙擲開關由a扳向b時,可知原線圈匝數減小,則U2變大,分析可知電壓表和電流表示數均變大,選項D正確。22160026212UU12nn121U nn110考點三遠距離輸電問題考點三遠距離輸電問題1.理清三個回路2.抓住兩個聯系(1)理想的升壓變壓器聯系著回路1和回路2,由變壓器原理可得:線圈1(匝數為n1)和線圈2(匝數為n2)中各
12、個量間的關系是=,=,P1=P2。(2)理想的降壓變壓器聯系著回路2和回路3,由變壓器原理可得:線圈3(匝數為n3)和線圈4(匝數為n4)中各個量間的關系是=,=,P3=P4。3.掌握一個守恒能量守恒關系式P1=P損+P312UU12nn12II21nn34UU34nn34II43nn典例典例3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、副線圈匝數之比為1 10 的升壓變壓器升壓,經輸電線路后,再用原、副線圈匝數比為10 1的降壓變壓器降壓供給用戶。(1)畫出全過程的線路圖。(2)求用戶得到的電壓和功率。(3)若不經過變壓而直接送到用戶,求用戶得到的
13、功率和電壓。答案見解析解析該題是輸電線路的分析和計算問題,結合電路結構和輸電過程中的電壓關系和電流關系可解此題。(1)線路圖如圖所示:(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,所以I2=I1= A=20 A。21nn12nn1PU344 1022012nn1 20010輸電線路上的電壓損失為UR=I2R=4 V,PR=R=0.08 kW。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
14、。用戶得到的功率P4=P-PR=43.92 kW。(3)若不采用高壓輸電,線路損失電壓為UR=I1R=40 V,用戶得到的電壓U=U1-UR=180 V,用戶得到的功率為P=UI1=36 kW。22I43nn在遠距離輸電問題中,一般用P損=R線計算線路功率損耗,其原因是I線可以由公式P輸出=I線U輸出求出,而P損=UI線和P損=則不常用,其原因是在一般情況下,U不易求出,且易將U和U輸出相混而造成錯誤。2I線2UR線3-1 (2015福建理綜,15,6分)圖為遠距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線圈匝數分別為n1、n2,在T的原線圈兩端接入一電壓u=Um sin t的
15、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( )A.() B.()C.4()2()2r D.4()2()2r12nn2m4Ur21nn2m4Ur12nnmPU21nnmPU答案 C T的輸入電壓U1=,則P=U1I1,I1=,又因為=,所以I2=I1=,則輸電線上損失的電功率P損=2r=4 r,C項正確。m2U1PUm2PU12II21nn12nn212mn Pn U22I212nn2mPU3-2一臺交流發(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為多大?答案 (1)1 50 (2)900 11解析 (1)由P損=P10%=r,得I2=200 A,由P=U1I1得I1=1104 A所以=。(2)U2=U1=2104 V所以U3=U2-I2r=1.8104 V又U4=220 V,所以= 22I12nn21II15021nn34nn34UU90011
高考物理一輪復習 第十一章 交變電流 第2講 變壓器 遠距離輸電課件
