北京专用高考物理一轮复习第十三章交变电流电磁场与电磁波第2讲变压器远距离输电.ppt

,知识梳理,深化拓展,栏目索引,第,2,讲变压器远距离输电,知识梳理,一、变压器,1.变压原理:,利用电磁感应现象改变交变电流的电压。,原线圈接交变电流,由于非均匀变化的电流产生变化的磁场,从而在副,线圈中产生电动势,可以输出需要的电压。,2.理想变压器原、副线圈基本量间的关系,理想变压器:没有能量损失的变压器。,电压关系:,=,与负载、副线圈多少无关;,电流关系:只有一个副线圈时,=,;,有多个副线圈时,I,1,n,1,=I,2,n,2,+I,3,n,3,+,;,功率关系:,P,1,=P,2,。,1.远距离输电要解决的关键问题是减少输电导线上的电功率损失,具体,方法是:提高,输电电压,减小输电电流。,二、远距离输电,2.交流电远距离高压输电电路模式如图所示。,3.远距离高压输电的几个基本关系,功率关系:,P,1,=,P,2,P,1,=,P,2,P,2,=,P,1,+,P,线,;,电流、电压关系:,=,=,=,=,;,输电电流:,I,2,=,=,=,;,输电导线上损耗的电功率:,P,线,=,P,2,-,P,1,=,I,2,(,U,2,-,U,1,)=,=,R,线,;,输电效率:,=,100%=,100%,。,1.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,交流电源的电动势,e,=311 sin 100,t,V(不考虑其内阻),电阻,R,=88。,电压表和电流表对电路的影响可忽略不计。下列说法正确的是,(),A.电压表的示数为62.2 V,B.电流表的示数为2.5 A,C.变压器的输入功率为22 W,D.原线圈磁通量变化率的最大值为311 Wb/s,C,答案,C原线圈两端电压为,U,1,=,V=220 V,则副线圈两端电压为,U,2,=,U,1,=44 V,电压表示数为44 V,则,I,2,=,=0.5 A,P,出,=0.5,44=22 W,又,P,入,=,P,出,则,P,入,=22 W=,I,1,220 V,得,I,1,=0.1 A,则电流表示数为0.1 A,交流电源,的电动势,e,=311 sin 100,t,(V),而原线圈磁通量变化率的最大值为,Wb/s=0.311 Wb/s,所以答案为C。,2.(多选)如图所示,M,为理想变压器,各电表均可视为理想电表。当电路,输入端,a,、,b,接正弦交流电压,则在滑动变阻器的滑片,P,向下滑动的过程,中,示数不会发生变化的电表是,(),A.A,1,B.A,2,C.V,1,D.V,2,答案,CD由,=,知,电压表V,1,的示数和电压表,V,2,的示数均不变;当,滑动变阻器阻值变大时,输出功率减小,A,1,和A,2,的示数均减小。,CD,3.远距离输电时,在输出电功率不变的条件下,(),A.只有增大导线的电阻,才能减小电流,提高输电效率,B.提高输电电压,能减小电流,提高输电效率,C.提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗,D.提高输电电压势必增大输电导线上的电流,答案,B在输出功率一定时,由,P,=,UI,知,当,U,增大时,I,减小,输电导线损,耗的功率,P,损,=,I,2,R,将变小。,B,深化拓展,考点一,理想变压器的基本关系,考点二,理想变压器的动态分析,考点三,远距离输电问题,深化拓展,考点一理想变压器的基本关系,【,情景素材教师备用,】,220,sin 100,t,(V)的交流电源上,副线圈接有,R,=55 的负载电阻,原、副线,圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是,(),1-1(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在,u,=220,A.原线圈的输入功率为220,W,B.电流表的读数为1 A,C.电压表的读数为110,D.副线圈输出交流电的周期为50 s,B,答案,B由题知,变压器的输入电压,U,1,=,V=220 V,所以,U,2,=,U,1,=110 V;副线圈电流,I,2,=,=2 A,原线圈电流,I,1,=,I,2,=1 A。本题中电压,表、电流表的读数为有效值,故B项正确,C项错误;原线圈输入功率,P,1,=,U,1,I,1,=220 W,A项错误;交流电的周期,T,=,=,s=0.02 s,D项错误。,1-2(2017北京海淀期末)(多选)如图所示,一理想变压器的原、副线圈,匝数分别为2200匝和110匝,将原线圈接在输出电压,u,=220,sin 100,t,(V)的交流电源两端。副线圈上只接有一个电阻,R,与原线圈串联的理想,交流电流表的示数为0.20 A。下列说法中正确的是,(),BCD,BCD,理想交流电流表显示的是电流的有效值,可知原线圈电流有效,值为0.20 A,由,=,可得,I,2,=4 A,A错;原线圈两端电压有效值为220 V,由,=,得,U,2,=11 V,B对;电阻,R,的电功率为,P,=,UI,=11,4 W=44 W,C对;穿过,变压器铁芯的磁通量变化率最大时,电路中有最大电压,由公式,E,=,n,得磁通量变化率的最大值为,=,Wb/s=,Wb/s,D对。,A.变压器副线圈中电流的有效值为0.01 A,B.电阻,R,两端电压的有效值为11 V,C.电阻,R,的电功率为44 W,D.穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 Wb/s,考点二理想变压器的动态分析,1.此类问题大致有两种情况:一是负载电阻不变,原、副线圈的电压,(,U,1,、,U,2,)、电流(,I,1,、,I,2,)、输入功率、输出功率随原、副线圈匝数比变,化而变化的情况;另一类是原、副线圈匝数比不变,原、副线圈的电压,(,U,1,、,U,2,)、电流(,I,1,、,I,2,)、输入功率、输出功率随负载电阻变化而变化,的情况。根据题意分清变量与不变量,要明确变量之间的相互制约关,系,这是处理此类问题的关键。,制约关系,电压,副线圈的电压,U,2,由原线圈的电压,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,原线圈的电流,I,1,由副线圈的电流,I,2,和匝数比决,定,2.动态分析问题的思路程序可表示为:,2-1如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输,入电压是市区电网的电压,假设负载变化时输入电压保持不变。输出电,压通过输电线输送给用户,两条输电线的总电阻用,R,0,表示,变阻器,R,代表,用户用电器的总电阻,当用电器增加时,相当于,R,的值减小。忽略变压器,上的能量损失,不计电压表、电流表的内阻对电路的影响。当用户的用,电器增加时,下列说法正确的是,(),A.电压表读数增大,电流表读数增大,B.电压表读数减小,电流表读数增大,C.电压表读数不变,电流表读数增大,D.电压表读数不变,电流表读数减小,C,答案,C设原、副线圈的匝数分别为,n,1,和,n,2,原、副线圈两端电压分,别为,U,1,和,U,2,原、副线圈中电流分别为,I,1,和,I,2,。由,=,可知,U,2,不变,即,电压表读数不变,故A、B选项错误。由,I,2,=,知,当,R,减小时,I,2,增大,由,n,1,I,1,=,I,2,n,2,可知,I,1,将增大,即电流表读数增大,故C对而D错。,2-2(多选)如图所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原,线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压,副线圈接一可变电阻,R,。,在其他条件不变的情况下,为使变压器输入功率增大,下面的措施正确,的是,(),A.仅增加原线圈匝数,n,1,B.仅增加副线圈匝数,n,2,C.仅减小电阻,R,的阻值D.仅增大电阻,R,的阻值,BC,答案,BC变压器的输入功率由输出功率决定,而,P,出,=,故仅增大,U,2,或仅减小,R,都可以达到增大,P,出,的目的,而,U,2,=,U,1,故仅增加,n,2,也就意味,着仅增加,U,2,故B、C正确。,考点三远距离输电问题,1.如图所示,发电站的输出电功率为,P,输出电压为,U,用户得到的电,功率为,P,电压为,U,则输电电流为,I,=,=,=,。,2.输电导线损失的电压:,U,线,=,U,-,U,=,IR,线,。,3.输电导线上损失的电功率,P,=,P,-,P,=,I,2,R,线,=(,),2,R,线,=,。,4.减少电能损失的基本途径:根据公式,P,=,I,2,R,线,=,R,线,可知有两个基,本途径,即减小输电线电阻,如加大输电导线的横截面积,采用电阻率,小的材料等;高压输电,在输送功率一定的条件下,提高电压,减小输电,电流。,【,情景素材教师备用,】,3-1(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升,压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为,r,降压变,压器原、副线圈的匝数比为,n,3,n,4,=,n,1,降压变压器的副线圈两端电,压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值,R,0,=22 的电阻组成闭合电,路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是,(),BD,A.发电机产生交流电的频率为0.5 Hz,B.降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式,u,=220,sin 100,t,V,C.通过,R,0,电流的最大值为20,A,D.输电线损失的功率为,(W),答案,BD变压器不改变交流电的频率,由图乙可知交流电的频率,f,=,Hz=50 Hz,A错误;由图乙知降压变压器的副线圈两端电压的瞬,时值表达式,u,=220,sin 100,t,V,B正确;通过,R,0,电流的最大值,I,m,=,=,A=10,A,有效值,I,=,=10 A,通过输电线的电流为,I,3,=,I,=,A,输电线损失的功率为,P,=,r,=,(W),C错误,D正确。,3-2发电机的输出电压为220 V,输出功率为44 kW,每条输电线电阻为,0.2。,(1)求用户得到的电压和电功率各是多少,(2)如果发电站先用变压比为110的升压变压器将电压升高,经同样输,电线后变压比为101的降压变压器降压后供给用户,则用户得到的电,压和电功率各是多少?,答案,(1)140 V28 kW(2)219.2 V43 840 W,解析,(1)在用220 V电压直接供电时,电路如图所示,设此时发电机的输出电压为,U,0,输出功率为,P,0,则输电电流,I,=,=,A=200 A,输电线上的电压损失,U,=,Ir,线,=200,(2,0.2)V=80 V,用户得到的电压,U,用,=,U,0,-,U,=220 V-80 V=140 V,损失的电功率,P,=,I,U,=200,80 W=16 kW,用户得到的功率,P,用,=,P,0,-,P,=44 kW-16 kW=28 kW,(2)若采用高压输电,电路如图所示,则有,输电电压,U,1,=,=220,10 V=2 200 V,输电电流,I,1,=,=,=20 A,输电线上电压损失,U,=,I,1,r,线,=20,(2,0.2)V=8 V,损失功率,P,=,r,线,=20,2,(2,0.2)W=160 W,降压变压器的输入电压为,U,2,=,U,1,-,U,=2 200 V-8 V=2192 V,由,=,得用户得到的电压,U,3,=,U,2,=,2 192 V=219.2 V,用户得到的功率,P,用,=,P,0,-,P,=4.4,10,4,W-160 W=43 840 W,