高考物理-变压器-电能的输送、电磁场和电磁波总复习课件.ppt

自主学习,1构造和原理(如图所示),(1)主要构造：由,、,和,组成,(2)工作原理：电磁感应的,现象,原线圈,副线圈,闭合铁芯,互感,2理想变压器的基本关系式,(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几种常见的变压器,(1)自耦变压器调压变压器,(2),互感器,【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,深化拓展,理想变压器原、副线圈基本量的关系,基本,关系,功率关系,P,入,P,出,电压关系,U,1,/,U,2,n,1,/,n,2,，与负载、副线圈的多少无关,电流关系,只有一个副线圈时：,I,1,/,I,2,n,2,/,n,1,有多个副线圈时：由,P,入,P,出,得,I,1,U,1,I,2,U,2,I,3,U,3,I,n,U,n,或,I,1,n,1,I,2,n,2,I,3,n,3,I,n,n,n,因果关系(,n,1,和,n,2,不变时),由,U,2,可知,U,1,决定,U,2,，即原线圈两端电压决定副线圈两端的电压,由,I,1,可知,I,2,决定,I,1,，即副线圈中的电流决定原线圈中的电流,由,P,入,P,出,可知输出功率决定输入功率，功率按需分配,【特别提醒】,变压器不改变交流电的频率，不改变功率，只改变交流电压和电流,针对训练,(2008高考天津理综)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,自主学习,1输电线上损失的电功率：,P,耗,I,2,R,线,2减少输电线上损失电功率的方法,(1)减小输电导线的,，如采用电阻率小的材料；加大导线的横截面积,(2)提高输电,，减小输电电流,第(1)种方法的作用十分有限，代价较高，一般采用第(2)种方法,电阻,电压,【特别提醒】,变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制,深化拓展,输电线路问题分析,1远距离输电线路示意图，如图所示,2远距离高压输电的基本关系,(1)功率关系：,P,1,P,2,，,P,1,P,2,P,2,P,2,P,线,(2),电流、电压关系：,U,2,U,1,U,线,，,I,2,I,1,I,线,(3)输电电流：,(4)输电导线上损耗的电功率：,P,耗,P,2,P,1,I,2,(,U,2,U,1,),由上式可以看出，当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的,n,倍，输电导线上损失的功率就减小到原来的 .,针对训练,关于高压输电，下列说法正确的是(),A从发电站到输电线路需要升压变压器,B从发电站到输电线路需要降压变压器,C高压输电是为了增大输电电流,D高压输电是为了减小输电电流,答案：,AD,自主学习,1,麦克斯韦电磁场理论：,变化的磁(电)场产生电(磁)场,2,电磁场,变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场,3电磁波,(1)定义：,由近及远地传播形成电磁波,(2)特点：,电磁波是,在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直,电磁波的传播不需要,，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速,c,3.0,10,8,m/s.电磁波的传播过程也是传递电磁场能量的过程,电磁场,横波,介质,电磁波从一种介质进入另一种介质，频率,，但,和,均发生变化，电磁波的传播速度等于波长和频率的乘积，即,v,f,.,不变,波速,波长,深化拓展,一、麦克斯韦电磁场理论,1对麦克斯韦电磁场理论的理解,(1)恒定的磁(电)场不能产生电(磁)场,(2)变化的磁(电)场产生电(磁)场,(3)均匀变化的磁(电)场产生稳定的电(磁)场,均匀变化的磁场是指：磁感应强度,B,是时间,t,的一次函数,(4)周期性变化即振荡的磁(电)场产生同频率的周期性变化的电(磁)场,二、电磁波与机械波有什么区别与联系？,1电磁波与机械波的相同点,(1)都具有周期性,(2)都具备波的特性，如反射、折射、干涉和衍射,(3)波长、波速、频率关系式相同，即,v,f,.,2电磁波与机械波的区别,区别,电磁波,机械波,研究对象,电磁现象,力学现象,产生,由周期性变化的电场、磁场产生,由质点(波源)的振动产生,纵、横波,横波,纵波或横波,波速,在真空中等于光速(很大),在透明介质中传播速度比真空中小，且频率越大，波速越小,在空气中很小(如声波为340m/s),在固体、液体中传播速度比在空气中大，与频率无关,介质需要,不需要介质(在真空中仍可传播),必须有介质(真空中不能传播),能量传播,电磁能,机械能,针对训练,用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是(),解析：,稳定的磁场(电场)不会产生电场(磁场)；均匀变化的磁场(电场)产生稳定的电场(磁场)；周期性变化的磁场(电场)产生同频率周期性变化的电场(磁场)，且产生的电场(磁场)的强弱与磁场(电场)变化的快慢有关，C正确,答案：,C,【特别提醒】,在C图中，,t,0时 最大，所以,E,最大.,自主学习,(1)无线电波的发射,要向外发射无线电波，振荡电路必须具有如下特点：第一，要有,的频率；第二，采用,电路，使电场和磁场分散到尽可能大的空间,开放,较高,利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变使无线电波随各种信号而改变叫,常用的调制方法有,和,两种使高频振荡的,振幅,随信号而改变叫调幅，经过调幅以后发射出去的无线电波叫调幅波使高频振荡的频率随信号而改变叫调频，经过调频以后发射出去的无线电波叫调频波在无线电波的发射中必须有天线、地线、振荡器和开放电路，还要用到调制,调制,调幅,调频,(2)无线电波的接收,当接收电路的,跟接收到的无线电波的频率相同，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象,使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐能够调谐的接收电路叫做调谐电路收音机的调谐电路，是通过调节可变电容器的电容来改变电路的频率而实现调谐的,从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫检波检波是调制的逆过程，也叫解调,简单收音机通常包括调谐、检波、放大、重现四个主要部分,固有频率,针对训练,要接收到载有信号的电磁波，并通过耳机发出声音，在接收电路中必须经过下列过程中的(),A调幅B调频C调谐D检波,答案：,CD,自主学习,(1)电视,在电视发射端，摄取景物并将景物反射的光信号转换为电信号的过程叫摄像，这个过程是由,来完成的,在电视接收端，将电信号还原成像的过程，由电视接收机的显像管来完成，伴音信号经检波电路取出后，送到扬声器，扬声器伴随电视屏幕上的景像发出声音来,摄像管,(2)雷达,雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备当雷达向目标发射无线电波时，在指示器的荧光屏上呈现出一个尖形波；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现出第二个尖形波根据两个波的距离，可直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离，再根据发射无线电波的方向和仰角，便可确定障碍物的位置,【特别提醒】,静电场由电荷产生，感应电场由变化的磁场产生,静电场中的电场线不闭合，感应电场的电场线是闭合的,针对训练,关于雷达，下列说法正确的是(),A雷达只是用来向外发射电磁波的装置,B雷达只是用来接收外界电磁波的装置,C雷达除了向外界发射电磁波，它还要接收它发射出去的被障碍物反射回来的电磁波,D雷达只能测出物体的位置，但不能描绘出物体的形状,解析：,雷达是发射电磁波后再接收反射回来的电磁波，利用发射和接收的时间差计算出被测物距雷达距离,s,ct,，还可以描绘出物体的形状,答案：,C,规律方法,理想变压器的动态分析问题，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,，输入和输出功率,P,1,、,P,2,随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况不论哪种情况都要注意：,1根据题意弄清变量与不变量,2弄清变压器动态变化的决定关系,(1)原线圈与副线圈电压的关系,原、副线圈电压,U,1,、,U,2,的关系为,(2)输入功率与输出功率的关系,在理想变压器中，由于能量的损失忽略不计，其输入功率,P,1,和输出功率,P,2,相等，,P,1,P,2,.理想变压器的输入功率,P,1,决定于输出功率,P,2,，即,P,2,增大时，,P,1,增大；,P,2,减小时，,P,1,减小当变压器有多个副绕组时,P,1,P,2,P,3,(3)原线圈与副线圈电流的关系,对于只有一个副线圈的理想变压器，原、副线圈电流,I,1,、,I,2,的关系为：,(4)负载制约,变压器副线圈中的功率,P,2,由用户负载决定，,P,2,P,负1,P,负2,变压器副线圈中的电流,I,2,由用户负载及电压,U,2,确定，,I,2,；,总功率,P,总,P,线,P,2,.,(5)动态分析问题的思路程序可表示为,【例1】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A,1,的示数将减小，电压表V的示数不变,C当滑片,c,向,b,端移动时，电流表A,2,的示数将变大，电压表V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A,1,、A,2,、V的示数都变大,思维点拨,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，改变原线圈电流开关S由1掷向2，是减少原线圈匝数，从而改变其他各物理量,解析,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；,c,向,a,移动时，,R,变小，A,2,示数,I,2,变大，则A,1,示数变大，B项错；,c,向,b,移动时，,R,变大，由,I,2,知，A,2,示数变小，故C项错；,当滑片,c,不动，开关S由1掷向2时，原线圈匝数,n,1,减少，由,U,2,知,U,2,变大，故A,2,示数变大，A,1,示数变大，故D项正确,答案,D,总结提升,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,2009江苏高考),如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为15，原线圈两端的交变电压为,u,20 sin100,t,V.氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有(),A开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz,B开关接通后，电压表的示数为100V,C开关断开后，电压表的示数变大,D开关断开后，变压器的输出功率不变,解析：,本题主要考查变压器相关知识，在能力的考查上要求考生能够运用已学的物理知识进行分析判断在解题时要注意变压器的三个决定关系，副线圈电压由原线圈决定，则不论负载如何变化，电压表读数不变，始终为有效值100V，B正确；每个交流电周期内氖管发光两次，每秒发光100次，则氖管发光频率为100Hz，开关断开后，负载电阻增大、电流减小，则变压器的输出功率减小,答案：,AB,【例2】,如图所示，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220V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,3,2A，电阻,R,2,110，求通过电阻,R,2,的电流和通过原线圈的电流,思维点拨,解答本题时可从原副线圈的功率关系、电压关系角度并结合欧姆定律进行分析,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,2U,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,.,根据电压比的关系，得,U,2,110V，,根据功率关系有,I,1,U,1,I,2,U,2,I,3,U,3,，且,U,3,22V.,答案,1A0.7A,总结提升,(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,(2008高考海南卷),如图所示，理想变压器原副线圈匝数之比为41.原线圈接入一电压为,u,U,0,sin,t,的交流电源，副线圈接一个,R,27.5的负载电阻若,U,0,220V，,100,rad/s，则下述结论正确的是(),A副线圈中电压表的读数为55V,B副线圈中输出交流电的周期为,C原线圈中电流表的读数为0.5A,D原线圈中的输入功率为110 W,解析：,原线圈电压有效值,U,1,220V，由电压比等于匝数比可得副线圈电压,U,2,55V，A对；电阻,R,上的电流为2A，由原副线圈电流比等于匝数的反比，可得电流表示数为0.5A，C对；输入功率为,P,2200.5W110W，D错；周期,T,0.02s，B错,答案：,AC,规律方法,求解电能的输送问题的一般思维步骤,(1)画出电能输送的原理草图，如下图所示,(2)以变压器铁芯为界线分各个回路，各回路独立，运用欧姆定律，分析回路中的电压、电流和功率等问题,(3)各回路间通过变压器的匝数比、电压比、电流比和原、副线圈输入、输出功率相同的关系相联系,(4),在计算输电线上的发热功率损失时，思路应该是,【例3】某发电厂发电机的输出功率,P,100kW，发电机端电压,U,250V，向远处送电的输电线的总电阻,R,8.要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得到的电压又正好是220V.,(1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图,(2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比,分析,远距离输电时，常采用提高传输电压以减小输送电能的损失，而升降压过程必须靠变压器来完成，熟悉,“,交流发电机,升压变压器,输电线,降压变压器,用电户,”,这一过程是解本题的关键,解析,(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图所示,(2)按题意，,P,损,5%,P,0.05,100,10,3,W5,10,3,W，设输电线路中的电流为,I,，则,P,损,I,2,R,输送电压,发电机输出的电压,U,1,U,250V,升压变压器的匝数比：,输电线路上损失的电压：,U,损,IR,25,8V200V,降压变压器原线圈,n,3,两端的电压为：,U,3,U,2,U,损,4000V200V3800V,用户在副线圈,n,4,两端得到电压,U,4,220V,所以降压变压器的匝数比：,即升压变压器原、副线圈的匝数比为116，降压变压器原、副线圈的匝数比为19011.,答案,略,总结提升,对于远距离输电的题目，由于题中涉及好几个电压(或电流)，学生有时会把这些值混在一起，因此解这类题时，应画一个简单的输电线路示意图，把各电压值是哪部分的标在图上，找到它们之间的相互关系后，解题时就不会再搞混了,(2009山东临沂),发电厂输出的交流电压为2.2万伏，输送功率为2.2,10,6,W，现在用户处安装一降压变压器，用户的电压为220V，发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22，求：,(1)输电导线上损失的电功率；,(2)变压器原、副线圈匝数之比,解析：,(1)输电线损失的电功率：,P,损,(,P,送,/,U,送,),2,R,线,2.2,10,5,W.,(2)降压变压器原线圈电压,U,1,为,U,1,U,总,U,线,U,总,(,P,送,/,U,送,),R,线,2.2,10,4,V100,22V,19800V,所以降压变压器原、副线圈匝数比,19800/220901,答案：,(1)2.2,10,5,W(2)901,请同学们认真完成课后强化作业,