江苏版高考物理一轮复习第11章第2节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，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的____________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：与负载连接的线圈，也叫______线圈。
2．原理电流磁效应、____________。3．理想变压器原、副线圈基本量的关系
4.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。 甲　　　　　　　　　　乙
二、电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R。
2．电压损失(1)ΔU＝U－U′。(2)ΔU＝______。3．功率损失(1)ΔP＝P－P′。
4．减少输电线上电能损失的方法(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，必须提高____________。
一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(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。(　　)
二、教材习题衍生1．(理想变压器基本规律)(2020·江苏卷)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
2．(远距离输电)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为(　　)A．100∶1 B．1∶100C．1∶10 D．10∶1
3．(理想变压器的动态分析问题)如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是(　　)A．电压表V1示数增大 B．电压表V2、V3示数均增大C．该变压器起升压作用 D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动[答案]　D
1．分析原线圈有串联负载的变压器电路问题时要注意变压器的输入电压不等于电源的电压，而是等于电源电压减去串联负载的电压，即：U1＝U源－U串。2．分析含有二极管的变压器电路问题时要注意理想二极管单向导电性，对交变电流的影响，及对应有效值的变化。
考点1　理想变压器基本规律的应用
3．理想变压器的各量的制约关系
[跟进训练]1．(理想变压器工作原理)(2019·江苏卷)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
2．(原线圈中并联电阻)如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为2∶1，电阻R1＝R2＝10 Ω，电流表和电压表均为理想交流电表。若电流表A的示数为0.5 A，则电压表V的示数为(　　)A．2 V B．2.5 V C．4 V D．10 V
3．(原线圈中串联电阻)(2023·南京金陵中学期末考试)在图(a)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(b)所示。下列说法正确的是(　　)图(a)　　　　　　　图(b)　　
A．所用交流电的频率为100 Hz B．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
4．(含二极管的变压器问题)如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5，电阻R1＝R2＝25 Ω，D为理想二极管，原线圈接u＝220sin(100πt)V 的交流电，则(　　)A．交流电的频率为100 HzB．通过R2的电流为1 A
(1)变压器不能改变直流电压。(2)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。(3)理想变压器本身不消耗能量。(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。
1．理想变压器的制约关系
考点2　理想变压器的动态分析问题
[典例]　一自耦变压器如图所示，其a、b端接到一电压有效值不变的交变电源两端，在c、d间接有一定值电阻R1和滑动变阻器R0。电压表均可视为理想交流电压表，输电导线的电阻均可忽略不计。则下列说法正确的是(　　)
A．保持变压器滑动触头位置不变，将滑动变阻器滑片P下滑时，三个电压表的示数均减小B．保持变压器滑动触头位置不变，将滑动变阻器滑片P下滑时，V1、V2的示数不变，而V3的示数减小C．保持滑动变阻器滑片P不动时，将变压器滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，三个电压表的示数均减小D．保持滑动变阻器滑片P不动时，将变压器滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，V1、V2示数均减小，V3的示数增大
思路点拨：本题中变压器为自耦变压器，分析时要注意区分原线圈和副线圈，分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。
B　[滑动触头位置保持不变时，变压器原、副线圈的匝数比不变，因电源的电压不变，所以V1、V2的示数不变，R1与R0串联分得的总电压不变；当滑动变阻器滑片P下滑时，R0接入电路的阻值变小，分得的电压减小，所以V3的示数减小，选项A错误，选项B正确；保持滑动变阻器滑片P不动时，将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，副线圈的匝数变小，由U1∶U2＝n1∶n2可知，V2、V3的示数均减小，V1的示数不变，选项C、D错误。]
[跟进训练] 1.有一理想变压器，副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为规格相同的两只小灯泡。当S断开时，灯L1正常发光。S闭合后，下列说法正确的是(　　)A．电阻R消耗的电功率增大B．灯L1、L2都能正常发光C．原线圈的输入功率减小D．原、副线圈的电流比减小
2．(2023·泰州模拟)如图(a)所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝1∶5。定值电阻R1的阻值为10 Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为50 Ω，定值电阻R3的阻值为10 Ω，图中电表均为理想电表，原线圈输入如图(b)所示的交变电流，其有效值不随负载变化。当滑动变阻器接入电路的阻值由50 Ω减小到0的过程中(　　)图(a)　　　　　　　图(b)
A．电流表的示数为5 AB．通过R2的电流减小C．电压表的示数增大D．R2和R3的总电功率先增大后减小
3.如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原、副线圈中的电流。下列说法中正确的是(　　)
A．保持U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B．保持U1不变，S由a切换到b，则I2增大C．保持U1不变，S由b切换到a，则I1增大D．保持U1不变，S由a切换到b，则变压器的输入功率增大
C　[保持U1不变，S由b切换到a时，副线圈匝数增多，则输出电压U2增大，电流I2增大，R消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故I1增大；S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，输出电流I2减小，所以根据P2＝I2U2，P2减小；又因P1＝P2，所以变压器输入功率减小。由以上分析可知，正确选项为C。]
4．(2023·锡山模拟)如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端。理想电压表 的示数为U，理想电流表 的示数为I。下列说法正确的是(　　)
A．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变B．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大D．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小
保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，即原、副线圈的匝数比保持不变，R2接入电路的阻值减小，则由上述分析可知，原线圈位置的等效电阻保持不变，因为滑动变阻器的电阻变小，则电流I变大，U变小，而R1消耗的功率增大，故A错误，B正确；保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，n2减小，等效电阻增大，电流I减小，则电压表的示数减小，故C错误；滑动触头P1初始位
1．理清三个回路远距离输电电网间的基本结构如图所示。输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路。在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。
3．掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户。
[典例]　(输电过程中的电压损失和功率损失)如图所示为远距离输电的原理图，升压变压器的变压比为m，降压变压器的变压比为n，输电线的电阻为R，升压变压器和降压变压器均为一理想变压器，发电机输出的电压恒为U，若由于用户的负载变化，使电压表V2的示数减小了ΔU，则下列判断正确的是(　　)
A．55 kV B．110 kV C．440 kV D．880 kV
2．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，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是(　　)
3．如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源。若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)
4．(2023·苏大附中月考)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
[示例1]　如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。下列说法正确的是(　　)
　　　甲　　　　　　　　　　　乙A．降压变压器副线圈输出的交变电流频率为100 HzB．远距离输电线路损耗功率为180 kWC．当出现火警时，电压表V的示数变小D．当出现火警时，输电线上的电流变小
[即时训练]1．如图所示为某小型发电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率P＝20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻r＝10 Ω。下列说法正确的是(　　)
A．采用高压输电可以增大输电线路中的电流B．升压变压器的输出电压U2＝2 000 VC．用户获得的功率为20 kWD．将P下移，用户获得的电压将增大
A．若开关S1、S2都断开，则电压表示数为零B．负载端所接收交流电的频率为25 HzC．深夜开灯时灯较亮是因为高压输电线上电压损失减小D．用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度
C　[开关都断开时降压变压器空载，其副线圈两端有电压，电压表示数不为零，选项A错误；变压器不能改变交流电的频率，故负载端所接收交流电的频率还是50 Hz，选项B错误；深夜大部分用户已关灯，干路中电流减小，线路损耗电压也减小，用户得到的电压升高，故此时开灯较亮，选项C正确；用电高峰时，负载增多，负载电阻减小，干路中电流增大，因此输电线路上损耗电压增大，导致降压变压器的输入电压降低，为提高负载电压，可增大降压变压器副线圈的匝数，使负载电压提高，选项D错误。]
[即时训练]2．小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，该电压先通过发电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降压变压器降低电压后再输送至各用户，如图所示。设变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，随着用电器增多，用户消耗的电功率增加，下列说法正确的是(　　)
A．发电机的输出电流变小B．高压输电线路的功率损失变小C．降压变压器副线圈两端的电压变小D．升压变压器副线圈两端的电压变大