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22届高中物理一轮总复习 28 理想变压器 电能的输送（新高考）课件PPT
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这是一份22届高中物理一轮总复习 28 理想变压器 电能的输送（新高考）课件PPT，共43页。PPT课件主要包含了内容索引，必备知识预案自诊，知识梳理，考点自诊，关键能力学案突破，对点演练等内容，欢迎下载使用。
1.理想变压器(1)构造:如图所示,变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的。
①原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫 线圈。 ②副线圈:与 连接的线圈,也叫 线圈。
(2)原理①:利用电磁感应的 现象。 (3)基本关系式①功率关系: ; ②电压关系②:只有一个副线圈时, 。 ③电流关系:只有一个副线圈时, 。 有多个副线圈时,n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn。
(4)常用的变压器①自耦变压器——调压变压器。
2.远距离输电(1)输电过程如图所示
(2)输电导线上的能量损失主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为Q= 。 (3)电压损失①ΔU=U-U';②ΔU= 。
(4)功率损失(5)输送电流③
1.判断下列说法的正误。(1)变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。( )(2)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。( )(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。( )(4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。( )(5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。( )(6)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大。( )
2.(新教材人教版选择性必修第二册P65习题改编)从发电站输出的功率为220 kW,输电线的总电阻为0.05 Ω,用110 V和11 kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比是多少?
【典例1】 图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 ΩB.5 Ω C.6 ΩD.8 Ω
根据串联分压规律可知,R1和R2、R构成的并联电路部分的分压为U=U2-UL=30 V-24 V=6 V通过R1的电流为通过R2、R的电流为I2=IL-I1=1.6 A-0.6 A=1 AR2、R的分压为U=I2(R2+R)A正确。
破题 根据变压器匝数关系求副线圈两端电压,副线圈相当于电源;然后根据串并联知识求电阻。
1.(多选)(2020全国卷Ⅲ)在图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.所用交变电流的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
2.图甲是线圈P绕垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电压图像,把该交流电压加在图乙中理想变压器的a、b两端。交流电流表和交流电压表均为理想电表,R1是定值
电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器(温度升高时电阻减小),其他各处电阻不计。下列说法中正确的是( )A.t=0.2 s时,电压表的读数为0B.t=0.1 s和t=0.3 s时,穿过线圈P的磁通量最大C.当R2的温度升高时,电阻R1上产生的热量增多D.当R2的温度升高时,电压表示数不变,电流表示数变大
答案 D解析 电压表的读数是交流电的有效值,则t=0.2 s时,电压表的读数不为0,选项A错误;t=0.1 s和t=0.3 s时,感应电动势最大,磁通量的变化率最大,则穿过线圈P的磁通量最小,选项B错误;当R2的温度升高时,电阻减小,但是R1两端电压等于变压器副线圈的电压不变,电压表示数不变,电阻R1上的电流不变,则产生的热量不变,R2的电流变大,则次级电流变大,根据变压器次级电流与初级电流成正比可知,初级电流变大,即电流表示数变大,选项C错误,D正确。
1.匝数比不变(如图甲所示)
【典例2】 (2020北京卷)如图所示,理想变压器原线圈接在u=Umsin(ωt+φ)的交流电源上,副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后( )A.电流表A2的示数减小B.电压表V1的示数减小C.电压表V2的示数不变D.电流表A1的示数不变
答案 A 解析 开关S闭合时,副线圈总的电阻减小,由于变压器的匝数比和输入的电压都不变,所以输出的电压也不变,即V1示数不变,但因副线圈的总电阻减小,则副线圈的总电流增大,则原线圈的电流增大,故A1的示数变大;由于副线圈的电流增大,故串联在副线圈的电阻R两端的电压增大,而副线圈的总电压不变,所以副线圈并联部分的电压减小,即V2的示数减小,故电流表A2的示数减小,故A正确,B、C、D错误。
思维点拨 该题属于匝数比不变的动态变化情形,开关S闭合时,相当于副线圈总的电阻减小,然后按照上面讲的一般步骤分析即可。
3.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈中心的抽头,电压表和电流表均为理想电表,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u1=220 sin(100πt) V,则( )A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表V1的示数为22 VB.当t= s时,电压表V0的读数为110 VC.单刀双掷开关与a连接,滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电压表V1的示数变小,电流表示数增大D.当单刀双掷开关由a扳向b时,变压器输入功率增大
4.如图所示,一理想变压器的原线圈接有电压为U的交变电流,副线圈接有电阻R1、光敏电阻R2(阻值随光照增强而减小),开关K开始时处于闭合状态,下列说法正确的是( )
A.当光照变弱时,变压器的输入功率增加B.当滑动触头P向下滑动时,电阻R1消耗的功率增加C.当开关K由闭合到断开,原线圈中电流变大D.当U增大时,副线圈中电流变小
远距离输电问题的“三二一”1.三个回路(如图)在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。
3.一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4。
【典例3】 一台发电机最大输出功率为8 000 kW,电压为4 000 V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=2 kΩ,到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡,每个灯泡额定电压220 V,额定功率72 W,若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,求:(1)变压器T1和T2的匝数比分别为多少;(2)发电机处于满负荷工作状态时可供多少盏灯泡正常发光。
解析 (1)由P=UI可得,升压变压器输入电流I1=2×103A由P损=I2R得升压变压器的输出电流I2=20 A
得,升压变压器的输出电压:U2=4×105V输电线上的电压损失:U损=I2R=4×104V降压变压器的输入电压:U3=U2-I2R=3.6×105V用户得到的电压即为降压变压器的输出电压:U1=220 V
思维点拨 (1)根据输入功率求出输入电流,根据损失功率求出输出电流,从而求出变压器T1的匝数比,根据变压比求出升变压器的输出电压,再求出输电线上的电压损失,进而求出降压变压器的输入电压,即可得到降压变压器的匝数比;(2)由于降压变压器的负载能正常工作,求出用户得到的功率,从而确定可供多少盏灯泡正常发光。
【规律方法】输电线路功率损失的四种计算方法(1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P'(P为输送功率,P'为用户所得功率)。
5.(多选)远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的总电阻为R,变压器为理想变压器,下列关系式中正确的是( )
6.(2020浙江卷)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 AB.输电线上的电流I线=625 AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455 A
1.理想变压器(1)构造:如图所示,变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的。
①原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫 线圈。 ②副线圈:与 连接的线圈,也叫 线圈。
(2)原理①:利用电磁感应的 现象。 (3)基本关系式①功率关系: ; ②电压关系②:只有一个副线圈时, 。 ③电流关系:只有一个副线圈时, 。 有多个副线圈时,n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn。
(4)常用的变压器①自耦变压器——调压变压器。
2.远距离输电(1)输电过程如图所示
(2)输电导线上的能量损失主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为Q= 。 (3)电压损失①ΔU=U-U';②ΔU= 。
(4)功率损失(5)输送电流③
1.判断下列说法的正误。(1)变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。( )(2)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。( )(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。( )(4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。( )(5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。( )(6)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大。( )
2.(新教材人教版选择性必修第二册P65习题改编)从发电站输出的功率为220 kW,输电线的总电阻为0.05 Ω,用110 V和11 kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比是多少?
【典例1】 图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 ΩB.5 Ω C.6 ΩD.8 Ω
根据串联分压规律可知,R1和R2、R构成的并联电路部分的分压为U=U2-UL=30 V-24 V=6 V通过R1的电流为通过R2、R的电流为I2=IL-I1=1.6 A-0.6 A=1 AR2、R的分压为U=I2(R2+R)A正确。
破题 根据变压器匝数关系求副线圈两端电压,副线圈相当于电源;然后根据串并联知识求电阻。
1.(多选)(2020全国卷Ⅲ)在图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.所用交变电流的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
2.图甲是线圈P绕垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电压图像,把该交流电压加在图乙中理想变压器的a、b两端。交流电流表和交流电压表均为理想电表,R1是定值
电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器(温度升高时电阻减小),其他各处电阻不计。下列说法中正确的是( )A.t=0.2 s时,电压表的读数为0B.t=0.1 s和t=0.3 s时,穿过线圈P的磁通量最大C.当R2的温度升高时,电阻R1上产生的热量增多D.当R2的温度升高时,电压表示数不变,电流表示数变大
答案 D解析 电压表的读数是交流电的有效值,则t=0.2 s时,电压表的读数不为0,选项A错误;t=0.1 s和t=0.3 s时,感应电动势最大,磁通量的变化率最大,则穿过线圈P的磁通量最小,选项B错误;当R2的温度升高时,电阻减小,但是R1两端电压等于变压器副线圈的电压不变,电压表示数不变,电阻R1上的电流不变,则产生的热量不变,R2的电流变大,则次级电流变大,根据变压器次级电流与初级电流成正比可知,初级电流变大,即电流表示数变大,选项C错误,D正确。
1.匝数比不变(如图甲所示)
【典例2】 (2020北京卷)如图所示,理想变压器原线圈接在u=Umsin(ωt+φ)的交流电源上,副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后( )A.电流表A2的示数减小B.电压表V1的示数减小C.电压表V2的示数不变D.电流表A1的示数不变
答案 A 解析 开关S闭合时,副线圈总的电阻减小,由于变压器的匝数比和输入的电压都不变,所以输出的电压也不变,即V1示数不变,但因副线圈的总电阻减小,则副线圈的总电流增大,则原线圈的电流增大,故A1的示数变大;由于副线圈的电流增大,故串联在副线圈的电阻R两端的电压增大,而副线圈的总电压不变,所以副线圈并联部分的电压减小,即V2的示数减小,故电流表A2的示数减小,故A正确,B、C、D错误。
思维点拨 该题属于匝数比不变的动态变化情形,开关S闭合时,相当于副线圈总的电阻减小,然后按照上面讲的一般步骤分析即可。
3.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈中心的抽头,电压表和电流表均为理想电表,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u1=220 sin(100πt) V,则( )A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表V1的示数为22 VB.当t= s时,电压表V0的读数为110 VC.单刀双掷开关与a连接,滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电压表V1的示数变小,电流表示数增大D.当单刀双掷开关由a扳向b时,变压器输入功率增大
4.如图所示,一理想变压器的原线圈接有电压为U的交变电流,副线圈接有电阻R1、光敏电阻R2(阻值随光照增强而减小),开关K开始时处于闭合状态,下列说法正确的是( )
A.当光照变弱时,变压器的输入功率增加B.当滑动触头P向下滑动时,电阻R1消耗的功率增加C.当开关K由闭合到断开,原线圈中电流变大D.当U增大时,副线圈中电流变小
远距离输电问题的“三二一”1.三个回路(如图)在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。
3.一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4。
【典例3】 一台发电机最大输出功率为8 000 kW,电压为4 000 V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=2 kΩ,到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡,每个灯泡额定电压220 V,额定功率72 W,若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,求:(1)变压器T1和T2的匝数比分别为多少;(2)发电机处于满负荷工作状态时可供多少盏灯泡正常发光。
解析 (1)由P=UI可得,升压变压器输入电流I1=2×103A由P损=I2R得升压变压器的输出电流I2=20 A
得,升压变压器的输出电压:U2=4×105V输电线上的电压损失:U损=I2R=4×104V降压变压器的输入电压:U3=U2-I2R=3.6×105V用户得到的电压即为降压变压器的输出电压:U1=220 V
思维点拨 (1)根据输入功率求出输入电流,根据损失功率求出输出电流,从而求出变压器T1的匝数比,根据变压比求出升变压器的输出电压,再求出输电线上的电压损失,进而求出降压变压器的输入电压,即可得到降压变压器的匝数比;(2)由于降压变压器的负载能正常工作,求出用户得到的功率,从而确定可供多少盏灯泡正常发光。
【规律方法】输电线路功率损失的四种计算方法(1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P'(P为输送功率,P'为用户所得功率)。
5.(多选)远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的总电阻为R,变压器为理想变压器,下列关系式中正确的是( )
6.(2020浙江卷)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 AB.输电线上的电流I线=625 AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455 A
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