高考物理-单元总复习课件第2单元-变压器-电能的输送课件.ppt

,第二单元变压器电能的输送,1构造和原理,(如图1所示),(1)主要构造：由,组成,(2)工作原理：电磁感应的,现象,原线圈、副线圈和闭合铁芯,互感,(1)电压关系：，若,n,1,n,2,，为,变压器；若,n,1,n,2,，为,变压器,(2)电流关系：，只适用于只有一个副线圈的情况,降压,升压,3互感器,(1)电压互感器，用来把,电压变成,电压,(2)电流互感器，用来把,电流变成,电流,低,大,小,高,特别提醒：(1)如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器是理想变压器,(2)变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电流和电压,1,功率损失及减小损失的方法,(1)设输电电流为,I,，输电线的电阻为,R,，则功率损失,P,.,(2)减小功率损失的方法,减小输电线的电阻：选择,小的材料，增大导线的,提高输电电压：在输出功率一定的条件下，提高输电电压，减小,，从而减小输电线上的电能损失,I,2,R,电阻率,横截面积,输电电流,2电压损失：,U,，减小功率损失和电压损失，都要求提高,，减小,输电电压,IR,输电电流,3电网供电,(1)远距离高压输电,由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电站内需用,升压到几百千伏后再向远距离送电，到达用电区再用,降到所需的电压，基本电路如图2所示：,升压变压器,降低变压器,(2)电网：通过网状输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的,输电网络,理想变压器,1.没有能量损失(铜损、铁损),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,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、副线圈中电流的频率相等,制,约,关,系,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,(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据,(2)变压器的以上关系都是根据口字型的变压器推出的如果变压器不是,“,口,”,字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系,1,理想变压器的几个因果关系,当理想变压器的匝数比不变时，如图3所示各量相互关系如下：,(3)输出功率,P,2,决定输入功率,P,1,，理想变压器的输入功率与输出功率相等，即,P,1,P,2,，在输入电压,U,1,一定的情况下，当负载电阻,R,增大时，,I,2,减小，则变压器的输出功率,P,2,I,2,U,2,减小，输入功率,P,1,也将相应减小；当负载电阻,R,减小时，,I,2,增大，变压器的输出功率,P,2,I,2,U,2,增大，则输入功率,P,1,也将增大,2动态分析问题的思路程序可表示为：,(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈相当于电源,(2)对理想变压器应注意能量守恒定律的应用,1,远距离输电,远距离输电线路示意图如图4所示,3解答远距离输电问题的步骤,(1)画出输电线路图，将已知量和未知量标在图中相应位置；,(2)以升压变压器和降压变压器原、副线圈为参考，将输电线路划分为几个独立回路；,(3)根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路电学量之间关系；,(4)根据升压、降压原副线圈的电压、电流关系和功率关系列式求解,高压输电既能减小功率损失，也能减少电压损失，但在实际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需综合考虑各种因素，依照不同的情况选择合适的输电电压,【例1】,(2010年辽宁盘锦),如图5所示，理想变压器初级线圈接一交变电流，交变电流的电压有效值恒定不变则下列说法中正确的是(),A只将S,1,从2拨向1时，电流表示数变小,B只将S,2,从4拨向3时，电流表示数变小,C只将S,3,从闭合变为断开，电阻,R,2,两端电压增大,D只将变阻器,R,3,的滑动触头上移，变压器的输入功率减小,答案：,BD,高分通道,关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：,(1)负载电阻不变，原副线圈的电压,U,1,、,U,2,，电流,I,1,、,I,2,，功率,P,1,、,P,2,随匝数比变化而变化,(2)匝数比不变，原副线圈的电压,U,1,、,U,2,，电流,I,1,、,I,2,，功率,P,1,、,P,2,随负载电阻的变化而变化,无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系,U,2,由,U,1,和匝数比决定；,I,2,由,U,2,和负载电阻决定；,I,1,由,I,2,和匝数比决定,变式1：,如图6所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡,L,1,和,L,2,；输电线的等效电阻为,R,，开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法中正确的是(),A副线圈两端,M,、,N,输出电压减小,B副线圈输电线等效电阻,R,上的电压降增大,C通过灯泡,L,1,的电流减小,D原线圈中的电流增大,解析：,当开关S闭合后，,L,2,与,L,1,并联，使副线圈的负载电阻的阻值变小，理想变压器副线圈电阻不计，因此,M,、,N,间的输出电压不变，副线圈中的总电流,I,2,增大，电阻,R,上的电压降,U,R,I,2,R,亦增大，灯泡,L,1,两端的电压减小，,L,1,中的电流减小，故B、C正确由于,I,2,的增大，导致原线圈中的电流,I,1,相应增大，故D正确,答案：,BCD,【例2】,(2009年四川卷),如图7图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，,R,1,20，,R,2,30，,C,为电容器，已知通过,R,1,的正弦交流电如图乙所示，则(),图7,答案：,C,高分通道,(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈相当于电源,(2)对理想变压器注意能量守恒定律的应用,变式2：,如图8所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为,n,1,n,2,n,3,1051，其中,n,1,接到220 V的交流电源上，,n,2,和,n,3,分别与电阻,R,2,、,R,3,组成闭合回路已知通过电阻,R,3,的电流,I,3,2 A，电阻,R,2,110，求通过电阻,R,2,的电流和通过原线圈的电流,解析：,闭合铁芯中磁通量的变化率处处相同，对绕在同一铁芯上的线圈来说，每一匝产生的电动势相同，所以有,U,1,U,2,U,3,n,1,n,2,n,3,.,根据功率关系,P,1,P,2,P,3,则得,U,1,I,1,U,2,I,2,U,3,I,3,，,由此可见,I,1,/,I,2,并不等于,n,2,/,n,1,.,答案：,1 A0.7 A,【例3】发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器发电机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为125，输电导线中的电功率损失为输入功率的4%.,(1)画出上述输电全过程的线路图,(2)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流,(3)求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压,(4)计算降压变压器的输出功率,(1)输电过程线路图，如图9所示,答案：,(1)见图9(2)6250 V16 A(3)15.6 6000 V,(4)96000 W,高分通道,(1)有关远距离输电问题，应先画出远距离输电的示意图，并将已知量和待求量写在示意图的相应位置,(2)抓住输电的两端电源和用电器；分析一条线输电线；研究两次电压变换升压和降压,(3)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路，各回路分别用欧姆定律，串、并联的特点及电功、电功率等公式进行计算联系各回路的是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系,变式3：,某发电机的输出功率为10 kW，输出电压为500 V，输电导线总电阻为5，允许输电导线上损失的功率为总功率的5%，用户所需电压220 V，设计供电电路，计算升压变压器和降压变压器的匝数比如发电机内阻为1，为保证输出功率为10 kW，发电机的电动势应为多大？,如发电机内阻为1，为保证输出功率为10 kW，发电机的电动势应为,E,500 V,I,1,r,520 V.,答案：,供电电路见图10129522520 V,1,(2010年广东汕头),某理想变压器原线圈输入电功率为,P,，原、副线圈匝数比为,k,，在副线圈上接一内阻为,r,的电动机，电动机正以速度,v,匀速向上提升质量为,m,的重物，已知重力加速度为,g,，则变压器初级线圈两端的电压为(),解析：,对副线圈装置由能量守恒：,P,mg,v,Ir,，由变压器变流比有,I,2,/,I,1,k,，又对原线圈有：,P,I,1,U,1,，联立解得选项A正确,答案：,A,2,(2008年天津卷),一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻,R,，设原线圈的电流为,I,1,，输入功率为,P,1,，副线圈的电流为,I,2,，输出功率为,P,2,，当,R,增大时(),A,I,1,减小，,P,1,增大 B,I,1,减小，,P,1,减小,C,I,2,增大，,P,2,减小 D,I,2,增大，,P,2,增大,解析：,理想变压器的特点是输入功率等于输出功率，当负载电阻增大时，由于副线圈的电压不变，所以输出电流,I,2,减小，导致输出功率,P,2,减小，所以输入功率,P,1,减小；输入的电压不变，所以输入的电流,I,1,减小，B正确,答案：,B,3,如图11所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为,n,.原线圈接正弦交流电压,U,，输出端接有一个交流电流表和一个电动机电动机线圈电阻为,R,.当输入端接通电源后，电流表读数为,I,，电动机带动一重物匀速上升下列判断正确的是(),答案：,D,4,(2010年潍坊模拟),2008年1月10日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重此次灾害牵动亿万人的心为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰若在正常供电时，高压线上输电电压为,U,，电流为,I,，热耗功率为,P,；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9,P,，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)(),答案：,AD,5,(2010年福建龙岩),如图12甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比,n,1,n,2,111，电阻,R,20，V是交流电压表，原线圈加上如图乙所示的交流电，则(),答案：,AC,6,某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线总电阻为6.,(1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率,(2)若改用5000 V高压输电，用户端利用,n,1,n,2,221的变压器降压，求用户得到的电压,答案：,(1)16.62 kW(2)226.18 V,