2019年度高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 变压器、电能的输送 一、理想变压器 1.构造 如图 1 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 . 图 1 (1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫 初级 线圈 . (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫 次级 线圈 . 2.原理 电流磁效应、 电磁感应 . 3.理想变压器原、副线圈基本量的关系 理想变 压器 (1)没有能量损失 (绕线无电阻、铁芯无涡流 ) (2)没有磁通量损失 (磁通量全部集中在铁芯中 ) 基 本 关 系 功率 关系 根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即 P 入 P 出 电压 关系 原、副线圈的电

2、压之比等于其匝数之比，公式： U1U2n1n2，与负载、副线圈的个数无关 电流 关系 (1)只有一个副线圈时： I1I2 n2n1(2)有多个副线圈时：由 P 入 P 出 得 I1U1 I2U2 I3U3 ? InUn或 I1n1 I2n2 I3n3 ? Innn 频率 关系 f1 f2(变压器不改变交变电流的 频率 ) 【 精品教育资源文库 】 【 精品教育资源文库 】 4.几种常用的变压器 (1)自耦变压器 调压变压器，如图 2 甲 (降压作用 )、乙 (升压作用 )所示 . 图 2 (2)互感器? 电压互感器 n1n2 ：把高电压变成 低电压 ， 如图丙所示 .电流互感器 n1n2，

3、则 I1I2， I1等于灯泡【 精品教育资源文库 】 L1的电流， I2是灯泡 L2和 L3的电流之和，则灯泡 L1、 L2中的电流有效值可能相等，故 A 正确；当 S 闭合后，副线圈回路总电阻变小，输出功率变大，输出电流变大，变压器的输入功率等于输出功率，所以变压器的输入功率变大，输入电流变大，灯泡 L1 分担的电压变大，灯泡L1 变亮，则原线圈两端电压减小，又原、副线圈匝数不变，故副线圈两端电压变 小，灯泡L2两端的电压变小， L2变暗，故 B 正确， C、 D 错误 . 例 3 如图 9 是原、副线圈都有中心抽头 (匝数一半处 )的理想变压器，原线圈通过单刀双掷开关 S1与电流表连接，

4、副线圈通过另一单刀双掷开关 S2与定值电阻 R0相连接，通过 S1、S2可以改变原、副线圈的匝数 .现在原线圈加一电压有效值为 U 的正弦交流电，当 S1接 a，S2接 c 时，电流表的示数为 I，下列说法正确的是 ( ) 图 9 A.当 S1接 a， S2接 d 时，电流为 2I B.当 S1接 a， S2接 d 时，电流为 I2 C.当 S1接 b， S2接 c 时 ，电流为 4I D.当 S1接 b， S2接 d 时，电流为 I2 答案 C 解析 设 S1、 S2分别接 a、 c 时，原、副线圈匝数比为 n1 n2，则输出电压 U2 n2n1U，功率 P UI U 22R0；在 S1、

5、S2分别接 a、 d 时，输出电压 U2 n2U2n1，功率 P UI U2 2R0 ，联立得I 14I， A、 B 项均错，同理可知， C 项对， D 项错误 . 变式 2 (多选 )如图 10 所示的电路 中， P 为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压 U1不变，闭合开关 S，下列说法正确的是 ( ) 图 10 【 精品教育资源文库 】 A.P 向下滑动时，灯 L 变亮 B.P 向下滑动时，变压器的输出电压不变 C.P 向上滑动时，变压器的输入电流变小 D.P 向上滑动时，变压器的输出功率变大 答案 BD 解析 P 向上或向下滑动时，由变压器的电压特点 U1U2 n1n2可知，

6、U2不变，灯 L 的亮度也不变，A 项错误， B 项正确； P 向上滑动时，滑动变阻器的阻值减小，副线圈电路总电阻减小，由 P U2R可知，变压器的输出功率 P2变大，又理想变压器的输入功率等于输出功率，则输入功率P1也变大，由 P1 U1I1及 U1不变可知，变压器的输入电流变大， C 项错误， D 项正确 . 拓展点 含二极管的电路动态分析 例 4 (2017 河南六市一联 )如图 11 甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 51 ，原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈与二极管 (正向电阻为零，相当于导线；反向电阻为无穷大，相当于断路 )、定值电阻 R0、热敏电阻 Rt(阻值随温度的升

7、高而减小 )及报警器 P(电流增加到一定值时报警器 P 将发出警报声 )组成闭合电 路，电压表、电流表均为理想电表 .则以下判断正确的是 ( ) 图 11 A.变压器线圈输出交流电的频率为 25 Hz B.电压表的示数为 22 2 V C.Rt处温度减小到一定值时，报警器 P 将发出警报声 D.报警器报警时，变压器的输入功率比报警前小 答案 B 解析 由题图乙可知 f 1T 50 Hz，而理想变压器不改变交流电的频率， A 项错误 .由题图乙可知原线圈输入电压的有效值 U1 220 V，则副线圈两端电压有效值 U2 n2n1U1 44 V，设电压表示数为 U，由于二极管作用，副线圈回路在一个周

8、期内只有半个周期的时间有电流，则由有效值定义有 U 22R总 T2U2R总 T，解得 UU22 22 2 V， B 项正确 .由题给条件可知， Rt处温【 精品教育资源文库 】 度升高到一定值时，报警器会发出警报声， C 项错误 .因报警器报警时回路中电流比报警前大，则报警时副线圈回路的总功率比报警前大，而输入功率与输出功率相等， D 项错误 . 命题点三 远距离输电 1.理清三个回路 图 12 远距离输电电网间的基本结构如图 12 所示 .输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路 .在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每

9、个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁 . 2.抓住两个物理量的联系 (1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：线圈 1(匝数为n1)和线圈 2(匝数为 n2)中各个量间的关系是 U1U2 n1n2， I1n1 I2n2， P1 P2. (2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：线圈 3(匝数为n3)和线圈 4(匝数为 n4)中各个量间的关系是 U3U4 n3n4， I3n3 I4n4， P3 P4. 3.掌握一个能量守恒定律 发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给

10、线圈 1，线圈 1 上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为 P1 P 线损 P 用户 . 例 5 (2015 福建理综 15) 图 13 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 T 的原、副线圈匝数分别为 n1、 n2，在 T 的原线圈两端接入一电压 u Umsin t 的交流电源，若输送电功率为 P，输电线的总电阻为 2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为 ( ) 图 13 【 精品教育资源文库 】 A.(n1n2)U 2m4r B.(n2n1)U

11、 2m4r C.4(n1n2)2(PUm)2r D.4(n2n1)2(PUm)2r 答案 C 解析 原线圈电压的有效值： U1 Um2，根据 U1U2 n1n2可得 U2 n2n1 Um2，又因为是理想变压器，所以 T 的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率 P，所以输电线上的电流 I PU2，输电线上损失的电功率为 P I22r 4r? ?n1n22?PUm2，所以 C 正确， A、 B、 D 错误 . 变式 3 (多选 )(2017 湖南六校联考 )某大型光伏电站的功率是 500 kW，电压为 12 V，送往外地时，先通过逆变器转化为 220 V 的交流电 (转化效率为 80%)，然后经变

12、压器 升压为20 000 V，通过总电阻为 20 的输电线路送往某地，再经变压器 降为 220 V，电压供用户使用，下列说法正确的是 ( ) A.变压器 的原、副线圈匝数比为 1 00011 B.变压器 的原、副线圈匝数比为 111 000 C.用户最多可使用的功率为 392 kW D.用户负载越多，线路上损耗的功率越小 答案 BC 解析 变压器 的原、副线圈匝数比为 n1n2 U1U2 111 000， B 项正确 .变压器 的输出功率 P2P1 500 kW80% 400 kW，输电电流 I P2U2 400 kW20 000 V 20 A，则输电 线上损失的电压 U IR 线 400 V，变压器 的输入电压 U1 U2 U 19 600 V，则变压器 的原、副线圈匝数比为 n1n2 U1U2 98011 ， A 项错误 .用户最多可使用的功率为 P 用 P2 I2R 线 410 5 W 8 000 W 392 kW， C 项正确 .用户负载越多，线路上电流越大，线路上损耗的功率越大， D 项错误 . 命题点四 两种特殊的变压器模型 1.自耦变压器 自耦变压器 (又称调压器 )，它只有一个线圈，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，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图 14所示 .