第2節(jié)

理想變壓器

電能的輸送-2-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診1.理想變壓器(1)構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由閉合鐵芯

和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈

組成的。

①原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫初級(jí)

線圈。

②副線圈:與負(fù)載

連接的線圈,也叫次級(jí)

線圈。

(2)原理:利用電磁感應(yīng)的互感

現(xiàn)象。

(3)基本關(guān)系式①功率關(guān)系:

P入=P出

;

有多個(gè)副線圈時(shí),n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn。

-3-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診(4)常用的變壓器①自耦變壓器——調(diào)壓變壓器。-4-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診2.遠(yuǎn)距離輸電(1)輸電過程如圖所示(2)輸電導(dǎo)線上的能量損失主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的,表達(dá)式為Q=

I2Rt

。

(3)電壓損失①ΔU=U-U';②ΔU=

IR

。

(4)功率損失-5-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診1.(多選)如圖所示,原、副線圈匝數(shù)比為2∶1的理想變壓器正常工作時(shí)

(

)A.原、副線圈磁通量之比為2∶1B.原、副線圈電流之比為1∶2C.輸入功率和輸出功率之比為1∶1D.原、副線圈磁通量變化率之比為1∶1答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-6-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診2.(多選)理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=10∶1,原線圈兩端接交流電源,則(

)A.原、副線圈中電流頻率之比f1∶f2=10∶1B.原、副線圈兩端電壓之比為U1∶U2=10∶1C.原、副線圈內(nèi)電流之比I1∶I2=1∶10D.變壓器輸入和輸出功率之比P1∶P2=10∶1答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-7-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診3.遠(yuǎn)距離輸電時(shí),在輸送電功率不變的條件下(

)A.只有增大導(dǎo)線的電阻,才能減小電流,提高輸電效率B.提高輸電電壓,能減小電流,提高輸電效率C.提高輸電電壓勢(shì)必增大輸電導(dǎo)線上的能量損耗D.提高輸電電壓勢(shì)必增大輸電導(dǎo)線上的電流答案解析解析關(guān)閉在輸出功率一定時(shí),由P=UI知,當(dāng)U增大時(shí),I減小,輸電導(dǎo)線損耗的功率P損=I2R將變小;當(dāng)輸電線上的電阻減小時(shí),輸電線損耗的功率P損=I2R將變小,提高輸電效率,所以A、C、D錯(cuò)誤,B正確。答案解析關(guān)閉B-8-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診4.(2017·河南頂級(jí)名校摸底)如圖所示,一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=11∶5。原線圈與正弦式交流電源連接,輸入電壓u=220sin100πtV。副線圈接入電阻的阻值R=100Ω。則(

)A.通過電阻的電流是2AB.交變電流的頻率是100HzC.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100VD.變壓器的輸入功率是484W答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-9-知識(shí)梳理考點(diǎn)自診5.下圖為遠(yuǎn)距離輸電的電路原理圖,下列判斷正確的是

(

)A.U1>U2 B.U2=U3C.I4<I2 D.I1>I2答案解析解析關(guān)閉在遠(yuǎn)距離輸電的過程中,第一級(jí)為升壓過程,故U1<U2,理想變壓器輸入功率等于輸出功率,即U1I1=U2I2,可得I1>I2,A錯(cuò)誤,D正確;由部分電路歐姆定律可得U3=U2-I2R線,B錯(cuò)誤;由于第二級(jí)為降壓過程,故U3>U4,由U3I2=U4I4,可知I2<I4,C錯(cuò)誤。答案解析關(guān)閉D-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三理想變壓器原、副線圈關(guān)系的應(yīng)用-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例1(2016·全國(guó)卷Ⅰ)一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω

、1Ω

和4Ω,A為理想交流電流表,U為正弦交流電源,輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為(

)A.2

B.3

C.4

D.5答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)撥該題的特點(diǎn):變壓器的原線圈與電阻串聯(lián)后接入交流電壓,變壓器輸入電壓為U與電阻R1兩端電壓的差值。處理變壓器的原線圈與電阻串聯(lián)后接入交流電壓?jiǎn)栴}的思路1.要注意明確電路結(jié)構(gòu),知道開關(guān)通斷時(shí)電路的連接方式。2.明確輸入電壓與總電壓之間的關(guān)系。3.根據(jù)電壓之比等于匝數(shù)之比、電流之比等于匝數(shù)的反比列式。-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練1.(多選)(2016·全國(guó)卷Ⅲ)如圖,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∶1D.此時(shí)a和b的電功率之比為1∶9答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.(2017·北京卷)如圖所示,理想變壓器的原線圈接在u=220sin100πt(V)的交流電源上,副線圈接有R=55Ω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(

)D.副線圈輸出交變電流的周期為50s答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析1.匝數(shù)比不變(如圖甲所示)(3)I2變化引起P2變化,根據(jù)P1=P2,可以判斷P1的變化情況。

-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.負(fù)載電阻不變(如圖乙所示)乙

(2)R不變,U2變化,I2發(fā)生變化。

(3)根據(jù)P2=和P1=P2,可以判斷P2變化時(shí),P1發(fā)生變化,U1不變時(shí),I1發(fā)生變化。-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例2(2016·天津卷)如圖所示,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)變阻器的滑片P向上滑動(dòng)時(shí),R1消耗的功率變大B.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上滑動(dòng)時(shí),電壓表V示數(shù)變大C.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上滑動(dòng)時(shí),電流表A1示數(shù)變大D.若閉合開關(guān)S,則電流表A1示數(shù)變大,A2示數(shù)變大答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三分析有關(guān)理想變壓器動(dòng)態(tài)問題的一般思路分析理想變壓器的動(dòng)態(tài)問題,關(guān)鍵是抓住不變量,以不變量為基礎(chǔ),根據(jù)變化量引起的現(xiàn)象由歐姆定律分析電流、電壓等各量的變化。分析動(dòng)態(tài)問題的一般思路如下:-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練3.(2016·四川卷)如圖所示,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解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三4.(2017·山東煙臺(tái)期末)如圖所示的交流電路中,理想變壓器輸入正弦式交變電流,各交流電表均為理想電表。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片向上滑動(dòng)時(shí)(

)A.燈泡L變亮B.電流表的示數(shù)變大C.電壓表的示數(shù)變小D.變壓器的輸入功率不變答案解析解析關(guān)閉當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向上滑動(dòng)時(shí),變阻器接入電路的電阻增大,副線圈中的電流I2減小,R0兩端的電壓減小,電壓表的示數(shù)增大,L中的電流增大,電流表A的示數(shù)減小,A正確,B、C錯(cuò)誤;變壓器的輸入功率等于其輸出功率,P出=U2I2減小,D錯(cuò)誤。答案解析關(guān)閉A-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三含有變壓器的動(dòng)態(tài)電路問題的解題思路

-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電遠(yuǎn)距離輸電問題的“三二一”1.理清三個(gè)回路(如圖)在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I線=I3。

-23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.抓住兩個(gè)聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2,由變壓器原理可得:線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3,由變壓器原理可得:線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是3.掌握一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式P1=P損+P4。-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例3(多選)一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kW,電壓為4000V,經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電。輸電線路總電阻R=1kΩ。到目的地經(jīng)變壓器T2降壓,負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220V、60W)。若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%,變壓器T1和T2的損耗可忽略,發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài),則(

)A.變壓器T1原、副線圈電流分別為103A和20AB.變壓器T2原、副線圈電壓分別為1.8×105V和220VC.變壓器T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1D.有6×104盞燈泡(220V

60W)正常發(fā)光ABD-25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三解析:輸電原理示意圖如圖所示。

-26-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三

-27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三輸電線路功率損失的四種計(jì)算方法(1)輸送功率是指升壓變壓器輸出的功率,損失功率是指由于輸電線發(fā)熱而消耗的功率。兩者關(guān)系是P損=P-P'(P為輸送功率,P'為用戶所得功率)。-28-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(4)P損=ΔUI線。

用,其原因是在一般情況下,ΔU不易求出,且易將ΔU和U輸出相混而造成錯(cuò)誤。-29-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練5.如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,在T1的原線圈兩端接入一電壓u=Umsin

ωt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(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-30-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三6.(2017·重慶期中)如圖為某小型水電站的電能輸送示意圖,發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電。已知輸電線總電阻R=10Ω,升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)之比為1∶5,降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1,副線圈與純電阻組成閉合電路,用電器電阻R0=11Ω。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=220sin100πtV。求:(1)用戶端的用電電流I3和輸電電流I2。(2)輸電線上損耗的電壓ΔU和損耗的功率ΔP。(3)發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1和輸出功率P1。-31-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三答案:(1)用戶端的用電電流I3為20A,輸電電流I2為5A。(2)輸電線上損耗的電壓ΔU為50V,損耗的功率ΔP為250W。(3)發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1為186V,輸出功率P1為4650W,解析:(1)根據(jù)副線圈兩端電壓表達(dá)式可知,用戶得到的有效電壓U3=220

V,

-32-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三代入數(shù)據(jù)解得U1=186

V根據(jù)能量守恒,P1=P2=U2I2=930×5

W=4

650

W。-33-模型建立典例示范變式訓(xùn)練三種特殊的變壓器1.自耦變壓器自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)只有一個(gè)線圈,將其中的一部分作為另一個(gè)線圈,當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí),它既可以用來升壓也可以用來降壓,理想變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用,如圖所示。-34-模型建立典例示范變式訓(xùn)練2.互感器

-35-模型建立典例示范變式訓(xùn)練3.多個(gè)副線圈變壓器遇到具有兩個(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:(2)電流關(guān)系:n1I1=n2I2+n3I3+…(3)功率關(guān)系:P1=P2+P3+…-36-模型建立典例示范變式訓(xùn)練例題(2016·江蘇卷)一自耦變壓器如圖所示,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(

)A.U2>U1,U2降低 B.U2>U1,U2升高C.U2<U1,U2降低 D.U2<U1,U2升高答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-37-模型建立典例示范變式訓(xùn)練命題分析深層理解命題意圖:本題主要考查變壓器的相關(guān)知識(shí),意在考查學(xué)生對(duì)自耦變壓器結(jié)構(gòu)的理解以及應(yīng)用理想變壓器的規(guī)律分析問題的能力。分析時(shí)要分清原線圈與副線圈及滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至N點(diǎn)過程中原線圈與副線圈匝數(shù)的變化,難度適中?？偨Y(jié)提升本題屬于自耦變壓器,自耦變壓器的原理和普通的理想變壓器的原理是相同的,電壓與匝數(shù)成正比,電流與匝數(shù)成反比,根據(jù)基本的規(guī)律分析即可?？忌谄綍r(shí)復(fù)習(xí)時(shí)要熟悉各類基本模型特點(diǎn),深刻理解對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律,方能在高考時(shí)勝人一籌。-38-模型建立典例示范變式訓(xùn)練1.(2017·江蘇宿遷沭陽中學(xué)期末)如圖所示,電壓互感器、電流互感器可看成理想變壓器,已知電壓互感器原、副線圈匝數(shù)比是1000∶1,電流互感器