2019年高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 2 讲 变压器 电能的输送 板块一 主干梳理 夯实基础 1构造：如图所示。变压器主要由 闭合铁芯 和 绕在铁芯上的两个线圈 组成。 (1)原线圈：指与交流电源连接的线圈，也叫 初级线圈 。 (2)副线圈：指与负载连接的线圈，也叫 次级线圈 。 2工作原理：电磁感应的 互感 现象。 3理想变压器的基本关系式 (1)功率关系： P 入 P 出 。 (2)电压关系： U1U2 n1n2，若 n1n2，为 降压 变压器；若 n1n2，为 升压 变压器。 (3)电流关系：只有一个副线圈时， I1I2 n2n1； 有多个副线圈时， U1I1 U2I2 U3I3 ? UnIn

2、。 4几种常用的变压器 (1)自耦变压器 (也叫调压变压器 )。 (2)互感器 电压互感器，可以把 高电压 降为 低电压 ； 电流互感器，可以把 强电流 降为 弱电流 。 【知识点 2】 远距离输电 1输电过程 (如图所示 ) 2电压损失 (1) U U U 。 (2) U IR。 【 精品教育资源文库 】 3功率损失 (1) P P P 。 (2) P I2R ? ?PU 2R U2R 。 4输送电流 (1)I PU。 (2)I U UR 。 板块二 考点细研 悟法培优 考点 1 理想变压器的工作原理和基本量的关系 深化理解 1基本关系 (1)无漏磁，故原、副线圈中的 、 t 相同。 (2

3、)线圈无电阻，因此无电压降， U E n t 。 (3)根据 Un t 得，套在同一铁芯上的线圈， 无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有 U1n1 U2n2 U3n3 ? 。 (4)无电能损失，因此 P 入 P 出 ，无论副线圈一个还是多个，总有 U1I1 U2I2 U3I3 ? ，将电压关系代入可得n1I1 n2I2 n3I3 ? 。 (5)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。 (6)理想变压器基本关系中的 U1、 U2、 I1、 I2均为有效值。 2基本关系式中物理量之间的决定关系 (1)电压决定关系：输入电压 U1决定输出电压 U2，这 是因为输出电压 U

4、2 n2n1U1，当 U1不变时，不论负载电阻 R变化与否， U2不会改变。 (2)电流决定关系：输出电流 I2决定输入电流 I1。 (3)功率决定关系：输出功率 P2决定输入功率 P1，也可简记为 “ 用决定供 ” 。 例 1 如图所示，理想变压器有两个副线圈， L1、 L2 是两盏规格为 “8 V,10 W” 的灯泡， L3、 L4 是两盏规格为“6 V,12 W” 的灯泡，当变压器的输入电压为 U1 220 V 时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n1 1100 匝，求： 【 精品教育资源文库 】 (1)副线圈的匝数 n2、 n3? (2)电流表的读数？ (1)变压器的输入电

5、压 U1 220 V 是什么值？电流表的读数是什么值？ 提示： 有效值，有效值。 (2)电灯泡正常发光，如何确定副线圈 n2、 n3上的电压？ 提示： U2 8 V， U3 UL3 UL4 12 V。 尝试解答 (1)40 匝 _60 匝 _(2)0.2_A。 (1)由变压器原理可知， n1 n2 n3 U1 U2 U3，则 n2 U2U1n1 82201100 40 n3 U3U1n1 26220 1100 60。 (2)由 P 入 P 出 可得， I1U1 P1 P2 P3 P4，所以 I1 2P2 2P3U1 210 212220 A 0.2 A 总结升华 1变压器原线圈含有负载问题的分

6、析 (1)在原线圈回路中，原线圈两端的电压与负载两端电压之和等于电源的电压； (2)要求解原线圈中负载的电流、电压和功率，一般需先求副线圈中的电流，然后根据理想变压器的关系求得原线圈中负载的电流。 原、副线圈的电流关系往往是解决问题的突破口。 2含有多个副线圈的变压器 电路分析 副线圈有两个或两个以上时，一般从原、副线圈的功率相等入手。由于电压与匝数仍然成正比，当副线圈的用电器为纯电阻时，应用 P2 U22R求副线圈功率，或副线圈的用电器正常工作时，而原线圈的功率应用 P1 U1I1，之后根据 P1 P2求解相关量。 3变压器与二极管相结合的分析 当副线圈回路中含有二极管时，由于二极管具有单向

7、导电性，会使交变电流只有一半时间导通，经过二极管后的输出电压的有效值与副线圈两端交流电压的正常有效值不相等，应根据电流的热效应进行计算。 跟踪训练 (多选 )如图所示，理想变压器输入端接在电动势随时间变化、内阻为 r 的交流电源上，输出端接理想电流表及阻值为 R 的负载，变压器原、副线圈匝数的比值为 r R。如果要求负载上消耗的电功率最大，【 精品教育资源文库 】 则下列说法正确的是 ( ) A交流电源的效率为 50% B电流表的读数为 Em2 2Rr C负载上消耗的热功率为 E2m4r D该交流电源电动势的瞬时值表达式为 e Emsin100 t V 答 案 AB 解析 把变压器和 R 看

8、作一个整体，等效电阻为 R ，当 R r 时，负载上的电功率最大，此时总功率为 P 总 ? ?Em2 22r E2m4r，负载功率为 P 负载 ?12Em22r E2m8r，其效率为 50%，则 A 选项正确， C 选项错误。电流表的读数 为副线圈电流的有效值，原线圈电流有效值为 I1Em22rEm2 2r，则 I2n1n2I1rRI1Em2 2Rr，故 B 选项正确。由题图知周期为 0.04 s，则 2T 50 rad/s ，则瞬时值表达式为 e Emsin50 t V，故 D 选项错误。 考点 2 理想变压器的动态分析 解题技巧 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数 比不变的情况

9、和负载电阻不变的情况。 1匝数比不变的情况 (如图所示 ) (1)U1不变，根据 U1U2 n1n2，输入电压 U1决定输出电压 U2，可以得出不论负载电阻 R 如何变化， U2不变。 【 精品教育资源文库 】 (2)当负载电阻发生变化时， I2变化，根据输出电流 I2决定输入电流 I1，可以判断 I1的变化。 (3)I2变化引起 P2变化，根据 P1 P2，可以判断 P1的变化。 2负载电阻不变的情况 (如图所示 ) (1)U1不变， n1n2发生变化， U2变化。 (2)R 不变， U2变化， I2发生变化。 (3)根据 P2 U22R和 P1 P2，可以判断 P2变化时， P1发生变化

10、， U1不变时， I1发生变化。 3分析动态问题的步骤 例 2 有一种调压变压器的构造如图所示。线圈 AB 绕在一个圆环形的铁芯上， C、 D 之间加上输入电压，转动滑动触头 P 就可以调节输出电压。图中 为交流电流表， 为交流电压表， R1、 R2为定值电阻， R3为滑动变阻器， C、 D 两端接正弦交流电源，变压器可视为理想变压器，则下列说法正确的是 ( ) A当 R3不变，滑动触头 P 顺时针转 动时，电流表读数变小，电压表读数变小 B当 R3不变，滑动触头 P 逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小 C当 P 不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变小，电压表读数变小 D

11、当 P 不动，滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表的读数变大，电压表的读数变大 【 精品教育资源文库 】 (1)滑动触头 P 顺时针转动，原、副线圈的匝数比如何变？ 提示： 增大。 (2)滑动变阻器滑动触头向上滑动，副线圈的总电阻如何变？ 提示： 增大。 尝试解答 选 A。 当 R3不变， P 顺时针转动时， nMN减小，由 UCDUMN nCDnMN知 UMN减小，则电压、电流表读数均减小， A 项正确，同理知 B项错。当 P 不动时，匝数 nMN不变，输出电压 UMN不变，滑片向上滑动， R3阻值变大，根据串反并同，得电压表示数变大，电流表示数变小， C 项错误，同理知 D 项也错误。

12、总结升华 理想变压器的动态分析 (1)解决这类问题的方法是：首先要分清变量和不变量，弄清 “ 谁决定谁 ” ，然后利用直流电路中的动态分析方法即可。 (2)对变压器的负载电路进行分析时，可以把变压器的副线圈看作是给用户供电的无阻电源，分析方法与直流电路的分析方法基本相同。 跟踪训练 2017 湖南长沙模拟 (多选 )如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中 R1、 R2、R3和 R4均为定值电阻，开关 S 是闭合的。 V1和 V2为理想电压表，读数分别为 U1和 U2； A1、 A2和 A3为理想电流表，读数分别为 I1、 I2和 I3。现断开 S， U1数值不变，下列推断中正确的

13、是 ( ) A U2变小、 I3变小 B U2不变、 I3变大 C I1变小、 I2变小 D I2变大、 I3变大 答案 BC 解析 理想变压器有 n1n2 U1U2，由于原线圈电压不变，所以 V2的示数 U2也不变， A 错误；当 S 断开后，负载的总电阻变大，由于副线圈电压不变，所以总电流减小，即 I2变小，故 D 错误；由于 n1n2 I2I1，当副线圈的电流减小时，原线圈的电流也要减小，所以 I1变小， C 正确；由于副线圈的总电流减小， R1的电压减小，并联电路的电压 U3就会增大，所以 R3的电流 I3就会增大，故 B 正确。 考点 3 远距离输电 拓展延伸 1远距离输电的处理思路

14、 【 精品教育资源文库 】 对高压输电问题，应按 “ 发电机 升压变压器 远距离输电线 降 压变压器 用电器 ” 这样的顺序，或从 “ 用电器 ” 倒推到 “ 发电机 ” 一步一步进行分析。 2远距离高压输电的几个基本关系 (以下图为例 ) (1)功率关系： P1 P2， P3 P4， P2 P 损 P3。 (2)电压、电流关系： U1U2 n1n2 I2I1， U3U4 n3n4 I4I3U2 U U3， I2 I3 I 线 。 (3)输电电流： I 线 P2U2 P3U3 U2 U3R线。 (4)输电线上损耗的电功率 P 损 I 线 U I2线 R 线 ? ?P2U22R线 。 当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的 n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的 1n2。 例 3 某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为 9 kW，输出电压为 500 V，输电线的总电阻为 10 ，允许线路损耗的功率为输出功率的 4%。求： (1)村民和村 办小企业需要 220 V 电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？ (不计变压器的损耗 ) (2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？ (1)画出输电电