新教材2023_2024学年高中物理第3章交流电专题提升8变压器和电能的输送课件教科版选择性必修第二册

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第三章专题提升8　变压器和电能的输送重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究点一　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)U2变化时,根据P2= ,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化。【例1】 (2021福建卷)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示,图中R为输电线的总电阻。若将变压器视为理想变压器,所有电表视为理想电表,不考虑变压器的输入电压随负载变化,则当住户使用的用电器增加时,图中各电表的示数变化情况是(　　)A.A1增大,V2不变,V3增大B.A1增大,V2减小,V3增大C.A2增大,V2增大,V3减小D.A2增大,V2不变,V3减小D 解析 不考虑变压器的输入电压随负载变化,即变压器原线圈的输入电压U1=UV1不变,根据 可知,变压器副线圈的输出电压U2=UV2不变;当住户使用的用电器增加时,即用户的总电阻R灯减小,由 可知,副线圈的电流I2=IA2增大,而由UV3=U2-I2R,可知V3减小;由理想变压器的原理可知U1I1=U2I2,则原线圈的电流I1=IA1增大。综合上述分析可知,A1增大,A2增大,V2不变,V3减小,故选D。对点演练1如图所示是原、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=311sin 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,原线圈输入功率减小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减小B探究点二　远距离输电的综合问题解决远距离输电问题的一般思路(1)电路分析:远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成。(2)电压关系:升压变压器输入电压U1是不变的,根据 可以确定升压变压器的输出电压U2;输电线上有一定的电压损失,ΔU=IR;降压变压器输入电压U3=U2-ΔU,降压变压器输出电压由 确定。(3)功率关系:升压变压器输入功率为P1,输电线上损失功率为ΔP=I2R,降压变压器输出功率为P2,则P1=P2+ΔP=P2+I2R。【例2】 (2023河南项城高二期末)有条河流,流量Q=2 m3/s,落差h=5 m,g取10 m/s2,水的密度ρ=1×103 kg/m3,现利用其发电,若发电机总效率为50%,输出电压为240 V,远距离输电线总电阻为30 Ω,允许损失功率为发电机输出功率的6%,居民用电的电压为220 V,为满足居民用电的需求,则:(1)该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少?(2)该变压器能使多少盏“220 V　100 W”的电灯正常发光?答案 (1)6∶125　235∶11　(2)470盏 所以升压变压器的匝数比为n1∶n2=U0∶U送=6∶125输电线电压损失ΔU损=I送R=10×30 V=300 V降压变压器原线圈两端的电压U1=U送-ΔU损=5×103 V-300 V=4 700 V居民用电的电压U2=220 V对点演练2某组同学研究远距离输电过程的装置图如图所示,矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的交变电动势e=222 sin 100πt(V)。导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电,输电线路总电阻R=25 Ω,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25∶11,降压变压器副线圈接入一台内阻r=8.8 Ω的电动机,其两端的电压U=220 V,效率η=80%。导线框及其余导线电阻不计,电表均为理想电表,求:(1)电动机的输出功率P机;(2)输电线上损失的功率ΔP;(3)电流表的读数IA。答案 (1)880 W　(2)121 W　(3)5.5 A解析 (1)设通过电动机的电流为I,电动机内阻损耗的功率为P损,由题意得P损=I2r ,P损=(1-η)P=(1-η)UI代入数据解得I=5 AP=UI=1 100 W可得P机=ηP=880 W。(2)设通过输电线路的电流为I1 ,由题意得输电线路损耗的功率ΔP= =2.22×25 W=121 W。(3)两变压器均为理想变压器,则升压变压器的输入功率P1=P+ΔP=1 100 W+121 W=1 221 W学以致用·随堂检测全达标12341.(理想变压器的动态分析)(多选)通过降压变压器给用户供电的电路示意图如图所示,变压器到用户端输电线的总电阻为R0,假设用户端所有用电器均为纯电阻用电器,用图中虚线框中的R表示用户端正在使用的许多用电器的总电阻。已知输入端输入的是正弦交流电且电压恒定,变压器、各电表均为理想器材,当用户端使用的用电器个数减少时,则(　　)A.用户端总电阻R减小B.电流表A1示数减小C.电压表V2示数增大D.电压表V3示数增大BD解析 根据并联电路的特点,当用户端使用的用电器个数减少时,用户总电阻增大,故A错误;原线圈两端的电压不变,原、副线圈的匝数比不变,所以副线圈两端的电压不变,即电压表V2示数不变,而副线圈的总电阻增大,由 可知,副线圈的电流I2减小,根据原、副线圈的电流与匝数的关系可知 ,则电流表A1示数减小,故B正确,C错误;由U2=I2R0+U3可知,U3增大,即用户端电压表V3示数增大,故D正确。12341234 AC 1234解析 因为P入=P出,所以U1I1=U2I2,即 ,故A正确;输电线上损失的电压为U线=U-U1,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= =I1(U-U1),C、D错误。12343.(理想变压器的动态分析)(多选)一理想变压器接在如图所示的电路中,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器R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,K由a合到b时,I1将增大B.保持U1及P的位置不变,K由b合到a时,R消耗的功率将增大C.保持U1不变,K合在a处,使P上滑,I1将减小D.保持P的位置不变,K合在a处,若U1增大,I1将减小AC 1234解析 保持U1及P的位置不变,K由a合到b时,原线圈匝数减小,副线圈电压增大,I1将增大,故A正确;保持U1及P的位置不变,K由b合到a时,原线圈匝数增大,副线圈电压减小,I1将减小,R消耗的功率将减小,故B错误;保持U1不变,K合在a处,变压器的输出电压不变,使P上滑,阻值增大,I1将减小,故C正确;保持P的位置不变,K合在a处,若U1增大,变压器的输出电压增大,I1将增大,故D错误。12344.(远距离输电的综合问题)某个小型水电站发电机的输出功率为P1=100 kW,发电机的输出电压为U1=250 V,通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的双线总电阻为R=10 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V,要求在输电线上损失的功率控制在4 kW,请你设计两个变压器的匝数比。为此,请你计算:(1)升压变压器输入的电流为多少?输电线上通过的电流是多少?(2)输电线损失的电压为多少?升压变压器输出的电压是多少?(3)两个变压器的匝数比各应等于多少?1234答案 (1)400 A　20 A　(2)200 V　5 000 V　(3)1∶20　240∶11