天津市武清区杨村第四中学高三物理-第2讲变压器-电能的输送复习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,2,讲变压器电能的输送,知识建构,技能建构,1.基本结构:闭合铁芯和线圈,如图所示.,一、理想变压器,知识建构,技能建构,2.理想变压器的原理:穿过原、副线圈的磁通量,=,BS,和磁通量的变,化率,相同,结果原、副线圈中交变电流的,T,、,f,都,相同,感应电,动势与它们各自的线圈匝数成正比.,3.变压器的主要规律,(1)在磁损不计的情况下,电压关系:,=,.,当,n,1,n,2,时,有,U,1,U,2,叫做,降压器,;当,n,1,n,2,则,U,1,U,2,叫做,升压器,.,知识建构,技能建构,(3)电流关系:只有一组副线圈,则,=,;有几组副线圈,则,I,1,U,1,=,I,2,U,2,+,I,3,U,3,+,.,二、远距离输电,(2)在能损不计的情况下,输出功率,等于,输入功率.,知识建构,技能建构,1.输电线上的功率损失,由导线上发热损失功率的公式,P,损,=,I,2,R,可知,减小输电线上的电流是,减小发热损失的可行办法.在输送功率一定的情况下,由,P,送,=,UI,及,P,损,=,I,2,R,可知,可以采用,提高输送电压,的办法减小输送电流,从而达到,减小导线上发热损失的目的.,知识建构,技能建构,2.输送过程示意图及基本关系,(1)输电过程的电压关系,知识建构,技能建构,(2)输电过程的功率关系,P,出,=,P,损,+,P,用,知识建构,技能建构,1.(2012年山东济南模拟)如图所示,理想变压器的原、副线圈分别接,着定值电阻,R,1,、,R,2,且,R,1,=,R,2,原、副线圈的匝数比,n,1,n,2,=21,交流电,源电压为,U,则,(),A.,R,1,两端的电压为,B.,R,1,两端的电压为,C.,R,2,两端的电压为,D.,R,2,两端的电压为,知识建构,技能建构,确.,【,答案,】AC,【,解析,】,输入的交流电源电压,U,应等于原线圈两端电压加上,R,1,两,端电压,即,U,=,U,1,+,则通过原线圈的电流,I,1,=,=,而,I,2,=,=,.,又因为,=,=,R,1,=,R,2,=,所以代入可求得,=,=,A,、,C,正,知识建构,技能建构,2.(2012年河北衡水模拟)如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交,流电源两端的电压,-,时间图象.原、副线圈匝数比,n,1,n,2,=101,串联,在原线圈电路中交流电流表的示数为1 A,则,(),A.变压器原线圈所接交流电压的有效值为220 V,B.变压器输出端所接电压表的示数为22,V,C.变压器输出端交变电流的频率为50 Hz,知识建构,技能建构,D.变压器的输出功率为220,W,【,解析,】,由交流电的有效值与最大值的关系可得,U,=,=220 V,A,正确,;,变压器输出电压,U,2,=,U,=22 V,电压表示数即为有效值,为,22,V,B,错误,;,由图可知,交变电流的周期,T,=0.02 s,则频率,f,=50 Hz,且变,压器工作时交变电流的频率不变,C,正确,;,变压器的输出功率等于,输入功率,P,=,IU,=220 W,D,错误,.,【,答案,】AC,知识建构,技能建构,3.(2012年吉林长春模拟)用电高峰期,电灯往往会变暗,其原理可简,化为如下物理问题.如图所示,理想变压器的副线圈上,通过输电线连,接两只相同的灯泡L,1,和L,2,输电线的等效电阻为,R,原线圈输入有效值,恒定的交流电压,当开关S闭合时,以下说法正确的是,(),A.原线圈中电流减小,B.,R,两端的电压增大,C.副线圈输出电压减小,知识建构,技能建构,D.原线圈输入功率减小,【,解析,】,由于变压器原、副线圈的匝数不变,原线圈输入有效值,恒定的交流电压,则副线圈两端的输出电压也是不变的,当,S,闭合,并联了一个灯泡,电路的电阻减小,流过,R,的电流增加,则,R,两端的电,压增加,原线圈中的电流也增加,原线圈输入功率增大,.,【,答案,】B,知识建构,技能建构,4.(2012年安徽淮北模拟)如图所示,一理想变压器的原线圈匝数,n,1,=1,000匝,副线圈匝数,n,2,=200匝,电阻,R,=88.原线圈接入一电压,u,=220,sin 100,t,(V)的交流电源,电压表和电流表对电路的影响可忽略不计,则,(),A.,t,=1 s的时刻,电压表的示数为0,B.电流表的示数为2.5 A,C.变压器的输入功率为22 W,知识建构,技能建构,D.副线圈交变电流的频率是100 Hz,【,解析,】,电压表示数应该为有效值,由,=,可得,:,U,2,=44 V,A,错误,;,I,2,=,=0.5 A,故,I,1,=,I,2,=0.1 A,即电流表示数为,0.1 A,B,错误,;,对于理想,变压器,电源的输入功率与输出功率相等,由,P,=,UI,可知,C,正确,;,根据,f,=,=,Hz=50 Hz,可知,D,错误,.,【,答案,】C,知识建构,技能建构,一、理想变压器及其原、副线圈基本量的关系,知识建构,技能建构,例1如图所示,理想变压器,B,的原线圈跟副线圈的匝数比,n,1,n,2,=21,交流电源电压,U,=311sin 100,t,V,F,为熔断电流,I,0,=1.0 A的保险,丝,负载,R,为一可变电阻.,知识建构,技能建构,(2)要使保险丝不被熔断,电阻,R,的阻值应不小于多少?变压器输出的,电功率不能超过多少?,【,名师点金,】,根据保险丝熔断电流的大小,利用变压器原、副线圈,的电流、电压的关系计算出电阻,R,的临界阻值,.,(1)当电阻,R,=100 时,保险丝能否被熔断?,知识建构,技能建构,【,规范全解,】,原线圈电压的有效值,U,1,=,V=220 V,由,=,得副线圈两端的电压,U,2,=,U,1,=,220 V=110 V.,知识建构,技能建构,(1)当,R,=100 时,副线圈中电流,I,2,=,=,A=1.10 A,由,U,1,I,1,=,U,2,I,2,得原线圈中的电流,I,1,=,I,2,=,1.10 A=0.55 A,由于,I,1,I,0,(熔断电流),故保险丝不会熔断.,知识建构,技能建构,(2)设电阻,R,取某一值,R,0,时,原线圈中的电流,I,1,刚好到达熔断电流,I,0,即,I,1,=1.0 A,则副线圈中的电流,I,2,=,I,1,=,I,1,=2,1.0 A=2.0 A,可变电阻阻值:,R,0,=,=,=55,此时变压器的输出功率为,P,2,=,I,2,U,2,=2.0,110 W=220 W,可见,要使保险丝,F,不被熔断,电阻,R,的阻值不能小于55,输出的电,功率不能大于220 W.,知识建构,技能建构,【,答案,】(1),保险丝不会熔断,(2),电阻,R,的阻值不能小于,55,电,功率不能大于,220 W,知识建构,技能建构,功率关系,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,电压关系,原、副线圈的电压比等于匝数比,与负载情况,、副线圈个数的多少无关,电流关系,只有一个副线圈,电流和匝数成反比多个副线圈,由输入功率和输出功率相等确定电流关系,频率关系,原、副线圈中交流电的频率相等,方法概述,理想变压器原、副线圈基本量的关系,知识建构,技能建构,电压,副线圈电压,U,2,由原线圈,电压,U,1,和匝数比决定,功率,原线圈的输入功率,P,1,由,副线圈的输出功率,P,2,决定,电流,原线圈电流,I,1,由副线圈,电流,I,2,和匝数比决定,知识建构,技能建构,例2如图所示,理想变压器输入端,PQ,接稳定的交流电源,通过,单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈的匝数(图中电压表及电流,表皆为理想电表),则下列说法中正确的是,(),A.当滑片,c,向,b,端移动时,变压器输入功率变大,B.当滑片,c,向,a,端移动时,电流表,的示数将减小,电压表,的示数,不变,二、理想变压器动态问题分析,知识建构,技能建构,C.当滑片,c,向,b,端移动时,电流表,的示数将变大,电压表,的示数,也变大,D.滑片,c,不动,将开关S由1掷向2时,三个电表,、,、,的示数,都变大,【,名师点金,】,滑片,c,移动,是改变负载电阻的大小,从而改变副线圈,电流、功率,进而改变原线圈的电流,;,开关,S,由,1,掷向,2,是减少原线圈,匝数,从而改变其他各物理量,.,知识建构,技能建构,【,规范全解,】,c,向,b,端移动时,R,变大,输出功率,P,2,=,又因,U,2,不变,则,P,2,减小,所以输入功率减小,A,项错误,.,【,答案,】D,知识建构,技能建构,1.匝数比不变的情况,如图甲所示.,甲,方法概述,知识建构,技能建构,(1),U,1,不变,根据,=,输入电压,U,1,决定输出电压,U,2,不论负载电阻,R,如何变化,U,2,也不变.,(2)当负载电阻发生变化时,I,2,变化,输出电流,I,2,决定输入电流,I,1,故,I,1,发,生变化.,(3),I,2,变化引起,P,2,变化,P,1,=,P,2,故,P,1,发生变化.,知识建构,技能建构,2.负载电阻不变的情况如图乙所示.,乙,知识建构,技能建构,(2),R,不变,U,2,改变,故,I,2,发生变化.,(1),U,1,不变,发生变化,故,U,2,变化.,(3)根据,P,2,=,P,2,发生变化,再根据,P,1,=,P,2,故,P,1,变化,P,1,=,U,1,I,1,U,1,不变,故,I,1,发生变化.,知识建构,技能建构,3.分析动态问题的思路可表示为:,U,1,U,2,I,2,I,1,P,1,.,变式训练1一理想变压器原、副线圈的匝数比为101,原线圈输,入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P,为滑,动变阻器的触头.下列说法正确的是,(),A.副线圈输出电压的频率为50 Hz,知识建构,技能建构,B.副线圈输出电压的有效值为31 V,C.,P,向右移动时,原、副线圈的电流比减小,D.,P,向右移动时,变压器的输出功率增加,知识建构,技能建构,【,规范全解,】,由图象可知原线圈输入电压的最大值,:,U,m,=310 V,T,=2,10,-,2,s,则原线圈输入电压的有效值,:,U,1,=,=220 V,f,=,=,Hz=50,Hz,选项,A,正确,;,由,=,可得,:,U,2,=,U,1,=22 V,B,错误,;,P,向右移动时,副,线圈所接电路的电阻减小,又副线圈输出电压不变,所以副线圈的电,流增大,原线圈的电流也增大,而匝数比不变,所以原、副线圈的电流,比不变,又副线圈输出电压不变,则变压器的输出功率增加,D,正确,C,错误,.,【,答案,】AD,知识建构,技能建构,例3某小型发电站的发电机输出交流电压为500 V,输出电功,率为50 kW,如果用电阻为3 的输电线向远处用户送电,这时用户获,得的电压和电功率是多少?假如,要求输电线上损失的电功率是输送,功率的0.6%,则发电站要安装一个升压变压器,到达用户前再用降压,变压器变为220 V供用户使用,不考虑变压器的能量损失,这两个变,压器原、副线圈的匝数比各是多少?,三、远距离输电问题,知识建构,技能建构,【,名师点金,】,先画出输电线路图,然后以变压器为界,分成几个独立,的闭合电路,应用欧姆定律和串、并联电路的特点及电功、电功率,等有关公式分析各自的电流、电压和功率关系,各独立回路之间可,通过变压器的,=,=,及理想变压器,P,入,=,P,出,等联系起来,.,知识建构,技能建构,【,规范全解,】,用,500 V,电压送电时的示意图如图甲所示,50 kW,的电,功率在输电线上的电流为,:,I,0,=,=,A=100 A,用户获得的电压为:,U,1,=,U,0,-,I,0,R,=(500,-,100,3)V=200 V,用户获得的功率,P,1,=,I,0,U,1,=2,10,4,W,改用高压输送时,示意图如图乙所示,要求,P,损,=0.6%,P,即,P,损,=50,10,3,0.6%W=300 W,甲,知识建构,技能建构,乙,【,答案,】200 V2,10,4,W11049722,知识建构,技能建构,(1)解通过升压、降压变压器进行远距离送电问题的关键是分清各,部分输入、输出的各个物理量及其相互关系.,方法概述,(2)输电导线将升压变压器与降压变压器连接起来,即升压变压器副,线圈中的电流、输电线上的电流与降压变压器原线圈中的电流三,者相等.,(3)电压是由发电站控制的,送电单位通过控制用户的使用,同时用户,也可以通过电流或功率影响送电单位电能的输送.,知识建构,技能建构,(4)还需注意以下几点:,因为输电距离不变,所以输电线长度一定,.(,要考虑双线输电,),发电机的输出功率通常认为是恒定的,.,输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值,.,熟记两个基本公式,电压关系:,U,升,=,U,降,+,U,=,U,降,+,IR,线,能量关系:,P,出,=,P,损,+,P,降,=,R,线,+,I,2,U,降,=,I,1,U,升,.,变式训练2某发电站的输出功率为1,10,4,kW,输出电压为4 kV,通,过理想变压器升压后向80 km远处供电,已知输电导线的电阻率,=2.,4,10,-,8,m,导线横截面积为1.5,10,-,4,m,2,输电线路损失的功率为输出,功率的4%,求:,知识建构,技能建构,(2)输电线路上的电压损失.,【,规范全解,】(1),导线电阻,r,=,=2.4,10,-,8,=25.6,输电线路损失的功率为输出功率的4%,则4%,P,=,I,2,r,代入数据得:,I,=125 A,由理想变压器,P,入,=,P,出,及,P,=,UI,得:,输出电压,U,=,=,V=8,10,4,V.,(1)升压变压器的输出电压.,知识建构,技能建构,(2)输电线路上电压损失,U,=,Ir,=125,25.6 V=3.2,10,3,V.,【,答案,】(1)80000 V(2)3200 V,知识建构,技能建构,高考真题1(2011年高考福建理综卷)图甲中理想变压器原、副线,圈的匝数之比,n,1,n,2,=51,电阻,R,=20,L,1,、L,2,为规格相同的两只小,灯泡,S,1,为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压,u,随时间,t,的变化关系如图乙所示.现将S,1,接1、S,2,闭合,此时L,2,正常发光.下列说,法正确的,(),甲乙,A.输入电压,u,的表达式,u,=20,sin(50,t,)V,B.只断开S,2,后,L,1,、L,2,均正常发光,知识建构,技能建构,C.只断开S,2,后,原线圈的输入功率增大,D.若S,1,换接到2后,R,消耗的电功率为0.8 W,【,命题分析,】,本题考查正弦交变电流的变化规律及变压器动态问,题分析,难度中等,将交变电流图象与变压器结合起来是近几年高考,的热点,.,【,解析提示,】,首先由图象得出有效值和瞬时值表达式,再根据变压,器原、副线圈各量的关系判断电路变化前后各量的变化情况,.,知识建构,技能建构,【,规范全解,】,由图乙可知输入电压最大值,u,m,=20,V,=100,输入,电压表达式,u,=20,sin(100,t,)V,选项,A,错误,;,只断开,S,2,后,L,1,、,L,2,的电,压均为正常工作电压的一半,两灯泡均不能正常发光,选项,B,错误,;,只,断开,S,2,后,副线圈接入电阻变大,输出功率减小,原线圈的输入功率也,变小,选项,C,错误,;S,1,换接到,2,后,由,=,及,P,=,可知,P,=0.8 W,选项,D,正确,.,【,答案,】D,知识建构,技能建构,考向预测1如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为201,R,1,=10,R,2,=20,电容器电容,C,=100 F.已知电阻,R,1,两端的正弦交流,电压如图乙所示,则,(),A.原线圈输入电压的最大值为400 V,B.交流电的频率为100 Hz,C.电容器所带电荷量恒为2,10,-,3,C,知识建构,技能建构,D.电阻,R,1,消耗的电功率为20 W,【,解析,】,由图乙可知变压器输出的电压最大值为,20 V,有效值为,1,0,V,变压器原、副线圈的匝数比为,201,所以原线圈输入电压,的最大值为,400 V,A,选项正确,;,副线圈交流电的周期为,0.02 s,频率,为,50 Hz,原、副线圈交流电的频率一致,B,选项错误,;,电容器所带电,荷量随电压变化而变化,.C,选项错误,;,R,1,消耗的电功率,P,=,=20 W,D,选项正确,.,【,答案,】AD,知识建构,技能建构,高考真题2(2010年高考天津理综卷)为探究理想变压器原、副线,圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电,源上,副线圈连接相同的灯泡L,1,、L,2,电路中分别接了理想交流电压,表,、,和理想交流电流表,、,导线电阻不计,如图所示.当开,关S闭合后,(),A.,示数变大,与,示数的比值不变,B.,示数变大,与,示数的比值变大,知识建构,技能建构,C.,示数变小,与,示数的比值变大,D.,示数不变,与,示数的比值不变,【,命题分析,】,本题考查理想变压器的动态变化问题,难度中等偏下,这类题型在近几年高考中常被考查到,.,知识建构,技能建构,【,解析提示,】,解答本题时要注意,:,u,1,、,u,2,不受功率变化的影响,;S,闭合后,总功率增大,由此判断总电流与各支路电流,的变化.,知识建构,技能建构,【,规范全解,】,开关,S,闭合前后,与,的示数均不变,故选项,D,正确,;,开关,S,闭合后,用电器的总电阻变小,示数变大,而,n,1,I,1,=,n,2,I,2,所以,与,示数的比值不变,.,故选项,A,正确,.,【,答案,】AD,知识建构,技能建构,考向预测2如图所示,一低压交流稳压器中,变压器的原、副线圈,都带有滑动头,通过上下调节,P,1,、,P,2,的位置,可以改变变压器输入、,输出电压.图示L是一个小灯泡,R,2,是定值电阻,R,1,、,R,3,是滑动变阻器,若要增大灯泡L的亮度,可以采取的办法是,(),A.,P,1,、,P,3,、,P,4,不动,P,2,下移,B.,P,1,、,P,2,、,P,3,不动,P,4,下移,C.,P,2,、,P,3,、,P,4,不动,P,1,上移,知识建构,技能建构,D.,P,1,、,P,2,、,P,4,不动,P,3,上移,【,解析,】,根据变压器的变压原理,=,要增大输出电压,需要使,P,1,下移或,P,2,上移,;,滑动变阻器,R,1,是分压接法,P,3,上移可以使灯泡两端电,压增大,灯泡功率也就增大,使其变亮,;,滑动变阻器,R,3,的触头,P,4,上移,时才能使灯泡两端的电压增大,使灯泡变亮,所以只有,D,项正确,.,【,答案,】D,知识建构,技能建构,