高考物理一轮复习第十二章第2讲变压器远距离输电实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课件PPT

第十二章　交变电流1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.3.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率.目标要求第2讲　变压器　远距离输电 实验：探究变压器原、副线圈电压 与匝数的关系内容索引考点一　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系考点二　理想变压器的原理及应用考点三　理想变压器的动态分析课时精练考点四　远距离输电考点一实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系1.实验原理(1)实验电路图(如图所示)：(2)实验方法采用控制变量法①n1、U1一定，研究n2和U2的关系.②n2、U1一定，研究n1和U2的关系.2.实验器材学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干.3.实验过程(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响.①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量.②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压.(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响.重复(1)中步骤.4.数据处理由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系.5.注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作.(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱.(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.例1　某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验.他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干.(1)实验需要以下哪种电源____；A.低压直流电源 B.高压直流电源C.低压交流电源 D.高压交流电源C探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源，故选C.(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数.分别测出相应的原、副线圈电压值.由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的______值 (填“有效”或“最大”).其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为______；有效7.2 V多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V；(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成_______(填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般_______(填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比.正比大于根据 可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比.实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致 .(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别.原因不可能为____.(填字母代号)A.原、副线圈上通过的电流发热 B.铁芯在交变磁场作用下发热C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D.D考点二理想变压器的原理及应用1.构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的.(2)原理：电磁感应的互感现象.夯实必备知识基础梳理闭合铁芯两个线圈2.基本关系式(1)功率关系： .(2)电压关系：_________.(3)电流关系：只有一个副线圈时 .(4)频率关系： .P入＝P出f出＝f入1.变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用.(　　)2.变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.(　　)3.在任何情况下，理想变压器均满足 .(　　)√××1.理想变压器的制约关系提升关键能力方法技巧2.含有多个副线圈的变压器计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn例2　(2017·北京卷·16) 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，电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 VD.副线圈输出交流电的周期为50 s考向1　变压器基本物理量的分析与计算√副线圈电流有效值为I2＝ ＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；例3　如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表.下列说法正确的是A.R1的电功率为40 WB.电流表示数为1 AC.副线圈两端电压为20 VD.副线圈的输出功率为80 W考向2　原线圈接入用电器的变压器问题分析√副线圈的输出功率为P2＝I2U2＝160 W，故D错误.考点三理想变压器的动态分析1.匝数比不变的分析思路(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 .(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.夯实必备知识基础梳理不变2.负载电阻不变的分析思路(1)U1不变， 发生变化时，U2变化.(2)R不变，U2变化时，I2发生变化.(3)根据P2＝ ，P2发生变化，再根据P1＝ ，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化.P21.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.(　　)2.原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加.(　　)××例4　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.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头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√考向1　理想变压器匝数不变问题的分析和计算当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误.例5　如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，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＝310sin 314t(V)，则A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 VB.副线圈两端的电压频率为50 HzC.当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小√考向2　理想变压器负载不变问题的分析和计算当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝ 增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误.考点四远距离输电如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电电流为I，输电线总电阻为R.1.输电电流I＝ ＝ .2.电压损失(1)ΔU＝ ；(2)ΔU＝IR.U－U′夯实必备知识基础梳理3.功率损失(1)ΔP＝ ＝ΔU·I；(2)ΔP＝ ＝( )2R4.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρ 知，可加大导线的 、采用__________的材料做导线.(2)减小输电导线中的电流.在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须 .P－P′I2R横截面积电阻率小提高输电电压1.增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.(　　)2.高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗.(　　)3.若发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，如图所示，则输电线上损失的功率为P损＝ .(　　)√×√1.理清输电电路图的三个回路(如图)提升关键能力方法技巧(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1.(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线.(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户.2.抓住两组关联式3.掌握一个守恒观念例6　如图所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I12rD.输电线路上损失的电功率为I1U√因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝ ，故选项A正确；输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，输电线路上损失的电功率P损＝I12r＝I1(U－U1)，选项C、D错误.例7　(2020·浙江7月选考·11)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√课时精练1.(2019·江苏卷·1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压A.降低2 V B.增加2 VC.降低200 V D.增加200 V√123456789101112123456789101112假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知 ，变压器副线圈的输出电压为U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U1＋20 V，则变压器的输出电压为U2′＝10U1＋10×20 V，则输出电压的变化量为ΔU＝U2′－U2＝10U1＋200 V－10U1＝200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确.2.(2020·江苏卷·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√123456789101112电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能测量直流电路的123456789101112电流，故B错误；变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确.3.(2021·江苏省1月适应性考试·7)小明分别按图甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用.其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中A.都接直流电源B.A两端的电压相等C.A损耗的功率相等D.图甲中A的电流较大123456789101112√由于变压器只能改变交变电流，因此题图乙中不可能接直流电源，故A错误；设电源输出电压为U，输出功率为P，A、B的阻值123456789101112根据UA＝IR，PA＝I2R知，题图乙中A两端的电压低，损耗的功率小，故B、C错误.4.(2021·广东卷·7)某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是A.交流电的频率为10 HzB.副线圈两端电压最大值为3 VC.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率√123456789101112123456789101112根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误.5.(2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的 ，则A.R消耗的功率变为 PB.电压表V的读数变为 UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变√1234567891011121234567891011126.如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上.灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器.闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是A.只向下移动滑片P，R2两端的电压变小B.只向下移动滑片P，灯泡L变亮C.只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大D.只断开开关S2，变压器输入功率变大√123456789101112123456789101112理想变压器的输出电压由输入电压和电压比决定，输入电压不变，所以输出电压也不会变，当滑动变阻器R2的滑片P向下移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈中总电阻减小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，所以灯L、R2两端的电压变小，灯泡L变暗，故A正确，B错误；只断开开关S2，副线圈中总电阻变大，副线圈电压不变，副线圈中的电流变小，R1两端的电压变小，副线圈的电功率减小，因为输入功率等于输出功率，变压器输入功率变小，故C、D错误.7.自耦变压器在高铁技术中被广泛应用.如图所示，一理想自耦变压器接在u＝Umsin 100πt的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G, A1和A2为理想交流电表，R为定值电阻，下列说法正确的是A.将P向下滑动，A1的示数将变小B.将P向上滑动，A2的示数将变大C.将P下滑到GD的中点，电阻R的功率将变为原来的4倍D.将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的√123456789101112123456789101112将P下滑时，电阻R两端电压变大， A1示数变大，同理，将P向上滑动，A2的示数将变小，A、B错误；若将P向下滑动到GD的中点，原、副线圈的电压比将由1∶2变为1∶4，电阻R的电压将变为原来2倍，故功率变为原来的4倍，C正确；8.(2022·江苏省常州市高三调研) 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝2∶1，输入端接在u＝30 sin 100πt(V)的交流电源上，R1为电阻箱，副线圈连在电路中的电阻R＝10 Ω，电表均为理想电表.下列说法正确的是A.当R1＝0时，电压表的读数为30 VB.当R1＝0时，若将电流表换成规格为“5 V　5 W” 的灯泡，灯泡能够正常发光C.当R1＝10 Ω时，电流表的读数为1 AD.当R1＝10 Ω时，电压表的读数为6 V123456789101112√当R1＝0时，原线圈两端电压的有效值为U1＝30 V，根据理想变压器原、副线圈电压关系可得副线圈123456789101112两端电压的有效值(即电压表的示数)为U2＝ U1＝15 V，故A错误；当R1＝10 Ω时，设电流表和电压表的示数分别为I2′和U2′，此时原线圈中的电流为I1′＝ I2′原线圈两端电压为U1′＝U－I1′R1＝2U2′并且＝ R联立①②③解得I2′＝1.2 AU2′＝12 V，故C、D错误.123456789101112①②③9.(2021·河北卷·8改编)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是123456789101112√由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律有U1＝IR1根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有123456789101112再由欧姆定律有U2＝I2R2故A错误，B正确；由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax＝2NBL2ω，123456789101112由于变压器为理想变压器，则有P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2＝I2R1＋U2I2123456789101112由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误.10.(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是________.A.有闭合铁芯的原、副线圈 B.无铁芯的原、副线圈C.交流电源 D.直流电源E.多用电表(交流电压挡) F.多用电表(交流电流挡)用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表.根据测量数据可判断连接电源的线圈是_____.(选填“na”或“nb”)123456789101112ACEnb为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表(交流电压挡).为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端.12345678910111212345678910111211.如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220 V，正常情况下输出的总功率P0＝8.8×104 W，为了减少远距离输电过程中的电能损失，往往采用高压输电.输送电压为U＝1 100 sin 200πt (V)，输电导线的总电阻为r＝5 Ω，现要使额定电压为220 V的用电器正常工作，下列说法正确的是A.输电线上的电流为220 AB.降压变压器匝数比C.用电器的额定功率P＝5.6×104 WD.用电器上交流电的频率是50 Hz√123456789101112用电器的额定功率为P＝P0－I输2r＝5.6×104 W，故C正确；12345678910111212345678910111212.(2021·湖南卷·6)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同.在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是A.L1先变暗后变亮，L2一直变亮B.L1先变亮后变暗，L2一直变亮C.L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗√由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：滑片在a端时，Ra＝0，滑片在b端时，Rb＝0.由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大.由图可知，滑片在两端时，副线圈的总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈的总阻值增大，则副线圈的总电流减小，根据 可知原线圈的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定， L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，123456789101112根据 可知副线圈两端电压增大，而L2所在支路总电阻减小，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮；当滑片从中间向b端移动时，副线圈的总阻值减小，则副线圈的总电流增大，根据 可知原线圈的电流也增大，则灯泡L1变亮，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压增大，则原线圈两端电压减小，根据 可知副线圈两端电压减小，R0所在支路总电阻增大，则通过R0的电流减小，而副线圈总电流增大，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮.综上所述，A正确，B、C、D错误.123456789101112本课结束更多精彩内容请登录：www.xinjiaoyu.com