高考物理一輪復習 第十一章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器、電能的輸送課件.ppt

第十一章交變電流傳感器 第2講變壓器 電能的輸送 過好雙基關 一 理想變壓器1 構造如圖1所示 變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的組成的 圖1 兩個線圈 1 原線圈 與交流電源連接的線圈 也叫線圈 2 副線圈 與負載連接的線圈 也叫線圈 2 原理電流磁效應 初級 次級 電磁感應 3 理想變壓器原 副線圈基本量的關系 p出 頻率 4 幾種常用的變壓器 1 自耦變壓器 調壓變壓器 如圖2甲 降壓作用 乙 升壓作用 所示 圖2 低電壓 小電流 答案 自測1關于理想變壓器 下列說法正確的是a 變壓器只對變化的電流起作用 對恒定電流不起作用b 變壓器不但能改變交變電流的電壓 還能改變交變電流的頻率c 正常工作的變壓器 當副線圈與用電器斷開時 副線圈兩端無電壓d 變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時 原線圈輸入的電流隨之減小 二 電能的輸送如圖3所示 若發(fā)電站輸出電功率為p 輸電電壓為u 用戶得到的電功率為p 用戶的電壓為u 輸電線總電阻為r 圖3 1 輸出電流 2 電壓損失 1 u u u 2 u ir 3 功率損失 1 p p p 2 p 4 減少輸電線上電能損失的方法 1 減小輸電線的電阻r 由r 知 可加大導線的 采用 的材料做導線 2 減小輸電線中的電流 在輸電功率一定的情況下 根據p ui 要減小電流 必須提高 i2r 橫截面積 電阻 率小 輸電電壓 答案 自測2教材p50第3題改編從發(fā)電站輸出的功率為220kw 輸電線的總電阻為0 05 用110v和11kv兩種電壓輸電 兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為a 100 1b 1 100c 1 10d 10 1 解析 研透命題點 例1 2016 全國卷 16 一含有理想變壓器的電路如圖4所示 圖中電阻r1 r2和r3的阻值分別為3 1 和4 為理想交流電流表 u為正弦交流電壓源 輸出電壓的有效值恒定 當開關s斷開時 電流表的示數為i 當s閉合時 電流表的示數為4i 該變壓器原 副線圈匝數比為 命題點一理想變壓器原理的應用 能力考點師生共研 a 2b 3c 4d 5 圖4 答案 解析 變式1 多選 2016 全國卷 19 如圖5所示 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 當輸入電壓u為燈泡額定電壓的10倍時 兩燈泡均能正常發(fā)光 下列說法正確的是a 原 副線圈匝數比為9 1b 原 副線圈匝數比為1 9c 此時a和b的電功率之比為9 1d 此時a和b的電功率之比為1 9 答案 解析 圖5 1 匝數比不變的情況 如圖6 1 u1不變 根據 輸入電壓u1決定輸出電壓u2 不論負載電阻r如何變化 u2不變 2 當負載電阻發(fā)生變化時 i2變化 輸出電流i2決定輸入電流i1 故i1發(fā)生變化 3 i2變化引起p2變化 p1 p2 故p1發(fā)生變化 命題點二理想變壓器的動態(tài)分析 能力考點師生共研 圖6 2 負載電阻不變的情況 如圖7 圖7 例2 多選 2017 山東濰坊中學一模 如圖8所示 理想變壓器為降壓變壓器 原線圈通過燈泡l1與正弦式交流電相連 副線圈通過導線與兩個相同的燈泡l2和l3相連 開始時開關s處于斷開狀態(tài) 當s閉合后 所有燈泡都能發(fā)光 下列說法中正確的是a 燈泡l1和l2中的電流有效值可能相等b 燈泡l2兩端的電壓變小c 燈泡l1變亮 燈泡l2的亮度不變d 變壓器原線圈的輸入功率不變 答案 解析 圖8 解析當s閉合后 根據i1n1 i2n2可知 因為是降壓變壓器 n1 n2 則i1 i2 i1等于燈泡l1的電流 i2是燈泡l2和l3的電流之和 則燈泡l1 l2中的電流有效值可能相等 故a正確 當s閉合后 副線圈回路總電阻變小 輸出功率變大 輸出電流變大 變壓器的輸入功率等于輸出功率 所以變壓器的輸入功率變大 輸入電流變大 燈泡l1分擔的電壓變大 燈泡l1變亮 則原線圈兩端電壓減小 又原 副線圈匝數不變 故副線圈兩端電壓變小 燈泡l2兩端的電壓變小 l2變暗 故b正確 c d錯誤 例3如圖9是原 副線圈都有中心抽頭 匝數一半處 的理想變壓器 原線圈通過單刀雙擲開關s1與電流表連接 副線圈通過另一單刀雙擲開關s2與定值電阻r0相連接 通過s1 s2可以改變原 副線圈的匝數 現在原線圈加一電壓有效值為u的正弦交流電 當s1接a s2接c時 電流表的示數為i 下列說法正確的是a 當s1接a s2接d時 電流為2ib 當s1接a s2接d時 電流為c 當s1接b s2接c時 電流為4id 當s1接b s2接d時 電流為 答案 解析 圖9 變式2 多選 如圖10所示的電路中 p為滑動變阻器的滑片 保持理想變壓器的輸入電壓u1不變 閉合開關s 下列說法正確的是a p向下滑動時 燈l變亮b p向下滑動時 變壓器的輸出電壓不變c p向上滑動時 變壓器的輸入電流變小d p向上滑動時 變壓器的輸出功率變大 答案 解析 圖10 例4 2017 河南六市一聯(lián) 如圖11甲所示 理想變壓器原 副線圈匝數比為5 1 原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電 副線圈與二極管 正向電阻為零 相當于導線 反向電阻為無窮大 相當于斷路 定值電阻r0 熱敏電阻rt 阻值隨溫度的升高而減小 及報警器p 電流增加到一定值時報警器p將發(fā)出警報聲 組成閉合電路 電壓表 電流表均為理想電表 則以下判斷正確的是 含二極管的電路動態(tài)分析 拓展點 圖11 a 變壓器線圈輸出交流電的頻率為25hzb 電壓表的示數為22vc rt處溫度減小到一定值時 報警器p將發(fā)出警報聲d 報警器報警時 變壓器的輸入功率比報警前小 答案 解析 解析由題圖乙可知f 50hz 而理想變壓器不改變交流電的頻率 a項錯誤 由題給條件可知 rt處溫度升高到一定值時 報警器會發(fā)出警報聲 c項錯誤 因報警器報警時回路中電流比報警前大 則報警時副線圈回路的總功率比報警前大 而輸入功率與輸出功率相等 d項錯誤 1 理清三個回路遠距離輸電電網間的基本結構如圖12所示 輸電過程的電路被劃分為三個獨立的回路 即電源回路 輸送回路和用戶回路 在每個回路中 變壓器的原線圈是回路的用電器 而相應的副線圈是下一個回路的電源 每個回路均可應用閉合電路歐姆定律 串并聯(lián)電路的規(guī)律 而變壓器的電壓 電流 功率關系則是聯(lián)系不同回路的橋梁 命題點三遠距離輸電 能力考點師生共研 圖12 2 抓住兩個物理量的聯(lián)系 1 理想的升壓變壓器聯(lián)系了電源回路和輸送回路 由理想變壓器原理可得 線圈1 匝數為n1 和線圈2 匝數為n2 中各個量間的關系是 i1n1 i2n2 p1 p2 2 理想的降壓變壓器聯(lián)系了輸送回路和用戶回路 由理想變壓器原理可得 線圈3 匝數為n3 和線圈4 匝數為n4 中各個量間的關系是 i3n3 i4n4 p3 p4 3 掌握一個能量守恒定律發(fā)電機把機械能轉化為電能 并通過導線將能量輸送給線圈1 線圈1上的能量就是遠程輸電的總能量 在輸送過程中 先被輸送回路上的導線電阻損耗一小部分 剩余的絕大部分通過降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗 所以其能量關系為p1 p線損 p用戶 例5 2015 福建理綜 15 圖13為遠距離輸電示意圖 兩變壓器均為理想變壓器 升壓變壓器t的原 副線圈匝數分別為n1 n2 在t的原線圈兩端接入一電壓u umsin t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 圖13 答案 解析 變式3 多選 2017 湖南六校聯(lián)考 某大型光伏電站的功率是500kw 電壓為12v 送往外地時 先通過逆變器轉化為220v的交流電 轉化效率為80 然后經變壓器 升壓為20000v 通過總電阻為20 的輸電線路送往某地 再經變壓器 降為220v 電壓供用戶使用 下列說法正確的是a 變壓器 的原 副線圈匝數比為1000 11b 變壓器 的原 副線圈匝數比為11 1000c 用戶最多可使用的功率為392kwd 用戶負載越多 線路上損耗的功率越小 答案 解析 用戶最多可使用的功率為p用 p2 i2r線 4 105w 8000w 392kw c項正確 用戶負載越多 線路上電流越大 線路上損耗的功率越大 d項錯誤 1 自耦變壓器自耦變壓器 又稱調壓器 它只有一個線圈 其中的一部分作為另一個線圈 當交流電源接不同的端點時 它可以升壓也可以降壓 變壓器的基本關系對自耦變壓器均適用 如圖14所示 命題點四兩種特殊的變壓器模型 基礎考點自主悟透 圖14 2 互感器分為電壓互感器和電流互感器 兩者比較如下 例6如圖15甲所示為一自耦變壓器 變壓器的原線圈ab端輸入電壓如圖乙所示 副線圈電路中定值電阻r0 11 電容器c的擊穿電壓為22v 移動滑片p使電容器剛好不會被擊穿 所有電表均為理想電表 下列說法正確的是 圖15 a 電壓表的示數為220vb 原 副線圈的匝數比為10 1c 電流表的示數等于通過電阻r0的電流d 原線圈ab端輸入電壓的變化規(guī)律為u 311sin tv 答案 解析 解析由題圖乙知輸入電壓的有效值即電壓表的示數 為220v a正確 電容器通交流電 所以電流表的示數大于通過電阻r0的電流 c錯誤 由題圖乙知交流電的周期為0 02s 所以角速度為100 rad s 原線圈ab端輸入電壓的變化規(guī)律為u 311sin100 tv d錯誤 例7 2017 山西太原模擬 普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流 通常要通過電流互感器來連接 圖16中電流互感器ab一側線圈的匝數較少 工作時電流為iab cd一側線圈的匝數較多 工作時電流為icd 為了使電流表能正常工作 則a ab接mn cd接pq iab icdb ab接mn cd接pq iab icdc ab接pq cd接mn iab icdd ab接pq cd接mn iab icd 答案 解析 圖16 課時作業(yè) 1 2017 北京理綜 16 如圖1所示 理想變壓器的原線圈接在u 220sin100 t v 的交流電源上 副線圈接有r 55 的負載電阻 原 副線圈匝數之比為2 1 電流表 電壓表均為理想電表 下列說法正確的是a 原線圈的輸入功率為220wb 電流表的讀數為1ac 電壓表的讀數為110vd 副線圈輸出交流電的周期為50s 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 圖1 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 2017 天津和平質量調查 如圖2甲所示的電路中 l1 l2 l3為三只 6v3w 的燈泡 變壓器為理想變壓器 各電表均為理想電表 當ab端接如圖乙所示的交變電壓時 三只燈泡均正常發(fā)光 下列說法中正確的是a 變壓器原 副線圈的匝數比為1 2b 副線圈兩端輸出的交流電頻率為50hzc 電流表的示數為0 5ad 電壓表的示數為18v 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖2 14 電流表的示數ia i2 2i0 1a c項錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 如圖3甲是遠距離輸電線路示意圖 圖乙是用戶端電壓隨時間變化的圖象 則a 發(fā)電機產生的交流電的頻率是100hzb 降壓變壓器輸出的電壓有效值是340vc 輸電線的電流僅由輸送功率決定d 僅增加升壓變壓器的副線圈匝數 其他條件不變 輸電線上損失的功率減小 圖3 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析由題圖乙可知交流電的周期t 0 02s 則頻率f 50hz 變壓器不改變交流電的周期與頻率 則a錯 輸電線的電流由輸送功率和輸送電壓共同決定 則c錯 當僅增加升壓變壓器的副線圈匝數時 則輸電電壓增大 由p ui可知 輸電電流減小 再由p i2r可知輸電線上損失的功率減小 則d正確 14 4 多選 2017 湖南長沙三月模擬 圖4中理想變壓器的原 副線圈的匝數之比為2 1 電阻r1 10 r2 20 兩電表均為理想交流電表 若r1兩端電壓瞬時值表達式為u1 10sin100 tv 則下列說法正確的是a 電流表的示數為0 5ab 電壓表示數為14 14vc r2消耗的功率為20wd 原線圈輸入交流電頻率為100hz 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖4 14 電壓表測的是r2兩端電壓ur2 i2r2 20v b錯誤 r2消耗的功率pr2 i22r2 20w c正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5 多選 普通交流電流表和交流電壓表不能直接接在高壓輸電線路上測電流和電壓 通常要通過互感器來連接 現在在圖5高壓電路輸入端已接入兩個互感器 原 副線圈的匝數比分別為1 200和200 1 圖中甲 乙表示電壓表或電流表 已知電路中電壓表的讀數為11v 電流表的讀數為1a 則a 甲電表是電壓表 乙電表是電流表b 甲電表是電流表 乙電表是電壓表c 圖示高壓輸送電路輸電線的總電阻是11 d 圖示高壓輸送電路輸入的總功率為440kw 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖5 14 6 多選 2018 河北冀州調研 如圖6所示 理想變壓器輸入端接在電動勢隨時間變化 內阻為r的交流電源上 輸出端接理想電流表及阻值為r的負載 如果要求負載上消耗的電功率最大 則下列說法正確的是 圖6 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 7 一自耦變壓器如圖7所示 環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈 將其接在a b間作為原線圈 通過滑動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 c d間的輸出電壓為u2 在將滑動觸頭從m點順時針轉到n點的過程中a u2 u1 u2降低b u2 u1 u2升高c u2 u1 u2降低d u2 u1 u2升高 圖7 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 8 多選 如圖8所示 t為理想變壓器 原 副線圈匝數比為5 1 a1 a2為理想交流電流表 v1 v2為理想交流電壓表 r1 r2為定值電阻 r3為光敏電阻 阻值隨光照強度的增大而減小 原線圈兩端電壓u 220sin314tv 以下說法正確的是a 當光照增強時 電壓表v1示數為44v且保持不變b 當光照增強時 電壓表v2示數增大c 通過電流表a1的電流方向每秒變化100次d 當光照增強時 電流表a1 a2示數同時變大 圖8 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析原線圈兩端電壓有效值為220v 原 副線圈匝數比為5 1 所以副線圈的電壓有效值為44v 電壓表v1示數為44v保持不變 與電阻的變化無關 a錯誤 當光照增強時 r3的電阻減小 副線圈電路總電阻減小 電路的總電流變大 r1的電壓變大 副線圈的總電壓不變 所以電壓表v2示數變小 b錯誤 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 當光照增強時 r3的電阻減小 副線圈電路總電阻減小 所以電路的總電流要變大 因此a1 a2的示數都要變大 故d正確 14 9 多選 如圖9甲所示 理想變壓器原 副線圈的匝數比為10 1 原線圈接交流電源和交流電壓表 交流電流表 副線圈通過電阻為r的導線與熱水器 抽油煙機連接 已知原線圈兩端的電壓保持不變 副線圈上的電壓按如圖乙所示規(guī)律變化 現閉合開關s接通抽油煙機 下列說法正確的是a 熱水器兩端電壓的瞬時值表達式為u 220sin100 tvb 電壓表示數為2200vc 電流表示數變大d 變壓器的輸入功率增大 答案 解析 圖9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析題圖乙為副線圈上的電壓變化規(guī)律 而熱水器上的電壓要小于副線圈上的電壓 選項a錯誤 由交變電流規(guī)律可知 副線圈上的電壓的有效值為220v 由變壓器變壓關系可知 電壓表示數為2200v 選項b正確 閉合開關 副線圈輸出功率增大 則原線圈輸入功率增大 因此電流表示數變大 選項c d正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 10 2017 河北唐山一模 一含有理想變壓器的電路如圖10所示 變壓器原 副線圈匝數比n1 n2 2 1 圖中電阻r1 r2和r3的阻值分別是4 2 和3 正弦交流電源有效值恒定為u 當開關s斷開時 理想電流表的示數為i 則當s閉合時 電流表的示數為 圖10 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 11 多選 2018 山東濰坊質檢 如圖11甲所示的電路中 理想變壓器原線圈接圖乙所示正弦交變電流 閉合s后 額定電壓為20v的用電器正常工作 理想交流電流表的示數為0 1a 已知圖中元件d具有正向電流導通 反向電流截止的作用 下列判斷正確的是a 交變電流的頻率為50hzb 變壓器原 副線圈匝數比為11 1c 用電器額定功率為22wd 在用電器電阻不變的情況下斷開開關s 用電器功率將變?yōu)樵瓉淼囊话?圖11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 14 解析由u t圖象可知交變電流的周期t 0 02s 則頻率f 50hz a項正確 由題圖乙可知原線圈兩端輸入電壓u1 220v 因閉合s后 額定電壓為20v的用電器正常工作 則此時變壓器副線圈兩端電壓u2 20v n1 n2 u1 u2 220v 20v 11 1 b項錯誤 理想變壓器p入 p出 i1u1 22w 又p出 p電器 c正確 若在用電器電阻不變的情況下斷開開關s 則一個周期內用電器只有半個周期的時間正常工作 用電器的功率變?yōu)樵瓉淼囊话?d項正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 12 多選 如圖12為某小型水電站的電能輸送示意圖 發(fā)電機通過升壓變壓器t1和降壓變壓器t2向用戶供電 已知輸電線的總電阻r 10 降壓變壓器t2的原 副線圈匝數之比為4 1 副線圈與純電阻用電器組成閉合電路 用電器電阻r0 11 若t1 t2均為理想變壓器 t2的副線圈兩端電壓表達式為u 220sin100 t v 下列說法正確的是a 發(fā)電機中的電流變化頻率為100hzb 通過用電器的電流有效值為20ac 升壓變壓器的輸出功率為4650wd 當用電器的電阻r0減小時 發(fā)電機的輸出功率減小 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 圖12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 當用電器的電阻r0減小時 降壓變壓器的輸出電流增大 則輸電線上的電流增大 升壓變壓器原線圈中的電流變大 根據p ui知 發(fā)電機的輸出功率增大 故d錯誤 14 13 2017 江西南昌