物理第十一章 交变电流 传感器 第2讲 变压器、电能的输送

第十一章交变电流传感器第十一章交变电流传感器第第2 2讲变压器、电能的输送讲变压器、电能的输送过好双基关一、理想变压器一、理想变压器1.构造如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的 组成的.图1两个线圈(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、 .初级次级电磁感应3.理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入_电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式： ，与负载、副线圈的个数无关P出基本关系电流关系(1)只有一个副线圈时： _(2)有多个副线圈时：由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn频率关系f1f2(变压器不改变交变电流的 )频率4.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图2甲(降压作用)、乙(升压作用)所示.图2低电压小电流答案自测自测1关于理想变压器，下列说法正确的是A.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用B.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C.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D.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二、电能的输送二、电能的输送如图3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，输电线总电阻为R.图31.输出电流2.电压损失(1)UUU(2)U_IR3.功率损失(1)PPP(2)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 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PUI，要减小电流，必须提高 .I2R横截面积电阻率小输电电压答案自测自测2教材P50第3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 ，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.1001 B.1100 C.110 D.101解析研透命题点例例1(2016全国卷16)一含有理想变压器的电路如图4所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ， 为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为 命题点一理想变压器原理的应用能力考点师生共研能力考点师生共研A.2 B.3C.4 D.5图4答案解析变式变式1(多选)(2016全国卷19)如图5所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是A.原、副线圈匝数比为91B.原、副线圈匝数比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19答案解析图51.匝数比不变的情况匝数比不变的情况(如图6)(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，P1P2，故P1发生变化. 命题点二理想变压器的动态分析能力考点师生共研能力考点师生共研图62.负载电阻不变的情况负载电阻不变的情况(如图7)图7例例2(多选)(2017山东潍坊中学一模)如图8所示，理想变压器为降压变压器，原线圈通过灯泡L1与正弦式交流电相连，副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连，开始时开关S处于断开状态.当S闭合后，所有灯泡都能发光.下列说法中正确的是A.灯泡L1和L2中的电流有效值可能相等B.灯泡L2两端的电压变小C.灯泡L1变亮，灯泡L2的亮度不变D.变压器原线圈的输入功率不变答案解析图8解析解析当S闭合后，根据I1n1I2n2可知，因为是降压变压器，n1n2，则I1U1，U2降低 B.U2U1，U2升高C.U2U1，U2降低 D.U2U1，U2升高图7答案解析12345678910111213148.(多选)如图8所示，T为理想变压器，原、副线圈匝数比为51.A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小)，原线圈两端电压u220 sin 314t V，以下说法正确的是A.当光照增强时，电压表V1示数为44 V且保 持不变B.当光照增强时，电压表V2示数增大C.通过电流表A1的电流方向每秒变化100次D.当光照增强时，电流表A1、A2示数同时变大图8综合提升练综合提升练答案解析123456789101112131412345678910111213解析解析原线圈两端电压有效值为220 V，原、副线圈匝数比为51，所以副线圈的电压有效值为44 V，电压表V1示数为44 V保持不变，与电阻的变化无关，A错误；当光照增强时，R3的电阻减小，副线圈电路总电阻减小，电路的总电流变大，R1的电压变大，副线圈的总电压不变，所以电压表V2示数变小，B错误；1412345678910111213当光照增强时，R3的电阻减小，副线圈电路总电阻减小，所以电路的总电流要变大，因此A1、A2的示数都要变大，故D正确.149.(多选)如图9甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈接交流电源和交流电压表、交流电流表，副线圈通过电阻为R的导线与热水器、抽油烟机连接.已知原线圈两端的电压保持不变，副线圈上的电压按如图乙所示规律变化.现闭合开关S接通抽油烟机，下列说法正确的是A.热水器两端电压的瞬时值表达 式为u220 sin 100t VB.电压表示数为2 200 VC.电流表示数变大D.变压器的输入功率增大答案解析图91234567891011121314解析解析题图乙为副线圈上的电压变化规律，而热水器上的电压要小于副线圈上的电压，选项A错误；由交变电流规律可知，副线圈上的电压的有效值为220 V，由变压器变压关系可知，电压表示数为2 200 V，选项B正确；闭合开关，副线圈输出功率增大，则原线圈输入功率增大，因此电流表示数变大，选项C、D正确.123456789101112131410.(2017河北唐山一模)一含有理想变压器的电路如图10所示，变压器原、副线圈匝数比n1n221，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是4 、2 和3 ，正弦交流电源有效值恒定为U.当开关S断开时，理想电流表的示数为I，则当S闭合时，电流表的示数为图10答案解析123456789101112131411.(多选)(2018山东潍坊质检)如图11甲所示的电路中，理想变压器原线圈接图乙所示正弦交变电流，闭合S后，额定电压为20 V的用电器正常工作，理想交流电流表 的示数为0.1 A.已知图中元件D具有正向电流导通、反向电流截止的作用，下列判断正确的是A.交变电流的频率为50 HzB.变压器原、副线圈匝数比为11 1C.用电器额定功率为22 WD.在用电器电阻不变的情况下断开开 关S，用电器功率将变为原来的一半图1112345678910111213答案解析14解析解析由ut图象可知交变电流的周期T0.02 s，则频率f 50 Hz，A项正确.由题图乙可知原线圈两端输入电压U1220 V，因闭合S后，额定电压为20 V的用电器正常工作，则此时变压器副线圈两端电压U220 V，n1n2U1U2220 V20 V111，B项错误.理想变压器P入P出I1U122 W，又P出P电器，C正确.若在用电器电阻不变的情况下断开开关S，则一个周期内用电器只有半个周期的时间正常工作，用电器的功率变为原来的一半，D项正确.123456789101112131412.(多选)如图12为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电.已知输电线的总电阻R10 ，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，副线圈与纯电阻用电器组成闭合电路，用电器电阻R011 .若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压表达式为u220 sin 100t(V).下列说法正确的是A.发电机中的电流变化频率为100 HzB.通过用电器的电流有效值为20 AC.升压变压器的输出功率为4 650 WD.当用电器的电阻R0减小时，发电机的输出功率减小答案解析12345678910111213图1214123456789101112131412345678910111213当用电器的电阻R0减小时，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，升压变压器原线圈中的电流变大，根据PUI知，发电机的输出功率增大，故D错误.1413.(2017江西南昌3月模拟)某课外活动小组用二极管、电感线圈(感抗很大)、电容器、小灯泡等元件组装了一个简易交通指示灯模型，电路如图13所示.关于该交通指示灯，下列说法正确的是A.若在AB端加合适的直流电，且当B端接电源 正极时，绿灯亮，黄灯始终不亮B.若在AB端加合适的直流电，且当A端接电源 正极时，红灯亮，黄灯始终不亮C.若在AB端加合适的正弦交流电，黄灯亮，绿灯、红灯始终不亮D.若在AB端加合适的正弦交流电，黄灯始终不亮，绿灯、红灯交替闪烁图1312345678910111213答案解析1412345678910111213解析解析电容器具有通交流、隔直流的特性，二极管具有单向导电性，因电感线圈的感抗很大，则其具有通直流、阻交流的特性.若在AB端加合适的直流电，当B端为正时，只有红灯亮；当A端为正时，只有绿灯亮，则A、B两项错误.若在A、B端加合适的正弦交流电时，黄灯亮，而红、绿灯都不亮，则C项正确，D项错误.1414.有一种调压变压器的构造如图14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 为理想交流电流表， 为理想交流电压表，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.当P不动，滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变大答案解析12345678910111213图141412345678910111213当P不动时，匝数nMN不变，输出电压UMN不变，滑动变阻器滑动触头向上滑动，R3阻值变大，根据“串反并同”，得电压表读数变大，电流表读数变小，C项错误，同理知D项错误.14