新教材高考物理一轮复习第12章交变电流传感器第2节理想变压器电能的输送课件

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一、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。 
必须是交变电流2.原理:利用电磁感应的　　　　现象。 3.基本关系式(1)功率关系:　　　　　。 副线圈与用电器断开时,无电流通过副线圈,但副线圈两端存在电压(2)电压关系:只有一个副线圈时,　　　　　　　　。 (3)电流关系:只有一个副线圈时,　　　　。 　　 变压器不能改变交变电流的频率有多个副线圈时,n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn。
易错辨析 (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。(　　)
应用提升1.一理想变压器如图所示,其原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时,电流表A1的示数是10 mA,那么电流表A2的示数是(　　)A.40 mA B.0C.10 mA D.2.5 mA
答案 B解析 MN在匀强磁场中匀速运动,左侧回路电流 恒定,右侧回路中无感应电流,所以A2示数为0。
2.电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器(　　)A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流
二、远距离输电1.输电过程(如图所示)2.输电导线上的能量损耗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(1)ΔU=U-U';(2)ΔU=　　　。 
4.功率损失(1)ΔP=P-P';5.输送电流
易错辨析 (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耗。(　　)(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耗越大。(　　)
应用提升3.(2022江苏徐州期末)下图为模拟远距离输电电路图,升压变压器的原、副线圈匝数之比为1∶4,其原线圈两端的电压为12 V;降压变压器的原、副线圈匝数之比为4∶1,其副线圈两端的电压为11.5 V。远距离输电线路的总阻值为1 Ω,两变压器均视为理想变压器。则升压变压器的输入功率为(　　)A.24 WB.48 WC.92 WD.96 W
4.(人教版教材选择性必修第二册P67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?
旁栏边角 人教版教材选择性必修第二册P61阅读“科学漫步”——无线充电技术,完成下面题目。(多选)手机无线充电是比较新颖的充电方式。电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。如图所示,当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　)A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失
答案 AC解析 送电线圈相当于变压器原线圈,受电线圈相当于变压器副线圈,是互感现象;送电线圈接交变电流,受电线圈也产生交变电流,所产生的磁场呈周期性变化,A、C正确,B错误。由于没有闭合铁芯,传递能量过程中有能量损失,D错误。
【典例突破】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 Ω B.5 Ω C.6 Ω D.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)解得滑动变阻器的阻值为A正确。
【对点演练】1.(2023辽宁大连高三期末)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,交流电流表、交流电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)A.电压表的读数为110 VB.电流表的读数为2 AC.副线圈的输出功率为220 WD.副线圈输出的交变电流的频率为100 Hz
2.(多选)(2023安徽合肥高三期末)在如图所示的电路中,变压器为理想变压器,电压表、电流表均为理想电表,给电路输入端通以正弦式交变电流,a、b、c三个灯泡均正常发光。灯泡a上标有“9 V　3 W”字样,a、c两个灯泡完全相同,变压器原、副线圈的匝数之比为3∶1,则(　　)A.电流表的示数为 AB.灯泡b的额定功率为9 WC.电压表的示数为27 VD.电路输入端的输入电压为36 V
3.(2022广东中山期末)如图所示,发电机线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的电动势e=100 sin 100πt(V)。线圈与理想升压变压器相连进行远距离输电,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为5∶2,降压变压器副线圈接入一台“220 V　1 100 W”的电动机,恰好正常工作,电动机内阻为10 Ω,输电线路总电阻为25 Ω,线圈及其余导线电阻不计,电表均为理想交流电表,则下列说法正确的是(　　)A.图示位置时电压表示数为100 VB.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶5C.输电线路中的电流是12.5 AD.发电机线圈的输出功率为1 200 W
1.匝数比不变(如图甲所示)
2.负载电阻不变(如图乙所示)
【典例突破】典例2.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
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。
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的示数增大;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。
【对点演练】4.(2022广东深圳二模)下图是某风力发电节能路灯的电路简化图。风速为v时,交流发电机的电动势表达式为e=2v·sin ωt,能感应风速大小的调节器(不消耗副线圈电路的电能)可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动,使灯泡始终保持额定电压正常发光,下列说法正确的是(　　)A.风速变大时,流过灯泡的电流变大B.风速变大时,滑片P将向上移动C.风速变大时,变压器的输入电压变大D.风速变大时,变压器的输出电压变大
答案 C　解析 调节器可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动,使灯泡始终保持额定电压正常发光,所以风速变大时,流过灯泡的电流不变,变压器的输出电压不变,故A、D错误;由题意可知e=2vsin ωt,所以风速变大时,交流发电机的电动势变大,则变压器的输入电压变大,故C正确;由变压器原、副线圈电压与匝数关系 ,可知,输入电压U1增大,输出电压U2不变,原线圈匝数不变时,副线圈的匝数应减小,则滑片P向下移动,故B错误。
5.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S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.当滑片P向下滑动时,电阻R1消耗的功率增加C.当开关S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。
【典例突破】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。(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?
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,根据变压比求出升压变压器的输出电压,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。
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-U损=3.6×105V用户得到的电压即为降压变压器的输出电压U4=220 V(2)用户得到的功率P3=P2-10%P2=7.2×106W
素养点拨 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)。
【对点演练】6.(2023广东广州期末)我国远距离输送交变电流用的电压有110 kV、220 kV和330 kV,输电干线已经采用500 kV的超高压,西北电网的电压甚至达到750 kV,远距离输电线路的示意图如图所示,若输送的总功率为P,输电电压为U,输电线的总电阻为R,则下列说法正确的是(　　)A.采用高压输电是为了加快输电的速度B.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
解析 采用高压输电是为了减少能量的损失,故A错误。由于输电线上有电压损失,则升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压,故B错误。
7.(2023广东一模)下图是特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分),则以下说法正确的是(　　)A.题中描述的“特高压直流输电”,说明变压器可以直接对直流进行变压作用B.变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高C.在输电功率一定的条件下,输电电压提高十倍,线路损耗功率将降低为原来的一百分之一D.在上图中,用户接入电路的用电器越多,流过n4的电流越大,由匝数比等于电流的反比可知,流过电阻r的电流变小