人教版高中物理选择性必修第二册专题提升8变压器与电能的输送课件

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探究点一　理想变压器的动态分析
1.理想变压器动态分析常见的两种情况(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n2→U2→I2→P2→P1→I1。
2.解决理想变压器动态分析问题的规律方法处理变压器的动态分析,首先应明确“不变量”和“变化量”,对变化量要把握它们之间的制约关系,依据逐步分析的思想,从主动变化量开始,根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况。(1)首先明确变压器各物理量间的制约关系。①输入电压U1决定输出电压U2;②输出电流I2决定输入电流I1;③输出功率P2决定输入功率P1。(2)分清动态变化中哪个量变化,结合串、并联电路的特点、欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次确定。
3.动态问题的分析思路
【例1】 (多选)如图所示为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑片,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流,则(　 　)
A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大B.保持U1及P的位置不变,S由b合到a时,R消耗的功率减小C.保持U1不变,S合在a处时,使P上滑,I1将增大D.保持P的位置不变,S合到a处时,若U1增大,I1将增大
方法技巧　1.匝数比不变的情况(如图甲所示)
(1)U1不变,根据 ,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2不变。(2)当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。(3)I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化。
2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)
1.如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)
A.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大
探究点二　远距离输电综合问题
解决远距离输电问题要注意以下两点1.首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、
2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系。
【例2】 (多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机的输出电压变化规律如图乙所示。输电线的总电阻为r,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则(　　)
C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
2.(多选)图甲为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器。升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,其输入电压如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100 Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小。电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时,升压变压器的输入功率为750 kW。下列说法正确的有(　　)
A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 HzB.远距离输电线路损耗功率为180 kWC.当传感器R2所在处出现火警时,电压表V的示数变大D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变大
解析 由题图乙知交变电流的周期为0.02 s,所以频率为50 Hz,A正确;由题图乙知升压变压器输入端电压有效值为250 V,根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25 000 V,所以输电线中的电流为I= =30 A,输电线损失的电压为ΔU=IR=30×100 V=3 000 V,输电线路损耗功率为ΔP=ΔUI=90 kW,B错误;当传感器R2所在处出现火警时其阻值减小,副线圈两端电压不变,副线圈中电流增大,定值电阻的分压增大,所以电压表V的示数变小,C错误;由C知副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知输电线上的电流变大,D正确。
1.(理想变压器的动态分析)(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡变亮,可以采取的方法有(　　)A.向下滑动PB.增大交流电源的电压C.增大交流电源的频率D.减小电容器C的电容
解析 要使灯泡变亮,可以采取的方法有:向上滑动P,增大交流电源的电压,增大交流电源的频率,增大电容器C的电容,选项B、C正确,A、D错误。
2.(远距离输电问题)(多选)如图所示,有一台交流发电机通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电,输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1,它的输出电压和输出功率分别为U2和P2;T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3,它的输出电压和输出功率分别为U4和P4,设T1的输入电压U1一定,当用户消耗的电功率变大时,有(　　)A.P2变大,P3变大B.P1变小,P2变小C.U2不变,U3变小D.U2变小,U4变大
解析 因为P3=P4,当用户消耗的电功率P4变大时,则P3变大,根据P=UI可知T2副线圈中电流变大,T2原线圈中电流也变大,设输电线上的电流为I,由ΔP=I2R可知ΔP变大,因为P1=P2=ΔP+P3,则P1、P2均变大,选项A正确,B错误;U2= U1,输入电压U1一定,所以U2不变,因U3=U2-IR,IR变大,所以U3变小,选项C正确,D错误。
3.(远距离输电问题)风力发电作为新型环保能源,近年来得到了快速发展,如图所示的风车阵中发电机输出功率为100 kW,输出电压是250 V,用户需要的电压是220 V,输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%。(1)画出此输电线路的示意图。(2)求用户得到的电功率是多少。(3)求在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。
答案 (1)见解析　(2)96 kW　(3)1∶20　240∶11
解析 (1)如图所示
(2)用户得到的功率P用=P-P损=96 kW。
4.(远距离输电问题)某小型实验水电站输出功率是20 kW,输电线路总电阻是6 Ω。(1)若采用380 V低压输电,求输电线路损耗的功率。(2)若改用5 000 V高压输电,用户端利用n1∶n2=22∶1的变压器降压,求用户得到的电压。
答案 (1)16.62 kW　(2)226.18 V
输电线路损耗的功率为P损=I2R=52.632×6 W=16.62 kW。