高考物理 第十章 第二讲 变压器、电能的输送

一、变压器一、变压器1构造和原理构造和原理(如图如图1021所示所示)(1)主要构造：由主要构造：由 、 和和 组成组成(2)工作原理：电磁感应的工作原理：电磁感应的 现象现象原线圈原线圈副线圈副线圈闭合铁芯闭合铁芯互感互感2理想变压器理想变压器不考虑铜损不考虑铜损( (线圈电阻产生的焦耳热线圈电阻产生的焦耳热) )、铁损、铁损( (涡流涡流产生的焦耳热产生的焦耳热) )和漏磁的变压器，即它的输入功率和漏磁的变压器，即它的输入功率和和 相等相等输出功率输出功率3基本关系式基本关系式(1)功率关系：功率关系： ；(2)电压关系：电压关系： ；有多个副线圈时，；有多个副线圈时， .(3)电流关系：只有一个副线圈时，电流关系：只有一个副线圈时， .由由P入入P出出及及PUI推出有多个副线圈时，推出有多个副线圈时，U1I1 .P入入P出出U2I2U3I3UnIn4几种常用的变压器几种常用的变压器(1)自耦变压器的原、副线圈共用一个线圈，如图自耦变压器的原、副线圈共用一个线圈，如图1022A、B所示所示(2)电压互感器：属降压变压器，并联在电路中，用于测电压互感器：属降压变压器，并联在电路中，用于测高电压，如图高电压，如图C所示所示(3)电流互感器：属于升压变压器，串联在电路中，用于电流互感器：属于升压变压器，串联在电路中，用于测大电流，如图测大电流，如图D所示所示特别提醒特别提醒(1)变压器不能改变直流电压变压器不能改变直流电压(2)细线绕制的线圈为高压线圈，粗线绕制的线圈为低细线绕制的线圈为高压线圈，粗线绕制的线圈为低压线圈压线圈(3)U1与与n1、n2共同确定共同确定U2，I2与与n1、n2共同确定共同确定I1，P出出确定确定P入入2远距离高压输电示意图远距离高压输电示意图(如图如图1023所示所示)1.对于理想变压器，下列说法中正确的是对于理想变压器，下列说法中正确的是 ()A原线圈的输入功率随副线圈输出功率增大而增大原线圈的输入功率随副线圈输出功率增大而增大B原线圈的输入电流随副线圈输出电流的减小而增大原线圈的输入电流随副线圈输出电流的减小而增大C原线圈的电流不随副线圈的输出电流变化而变化原线圈的电流不随副线圈的输出电流变化而变化D当副线圈电流为零时，原线圈两端的电压一定为零当副线圈电流为零时，原线圈两端的电压一定为零答案：答案：A2理想变压器原、副线圈匝数比为理想变压器原、副线圈匝数比为10 1，以下说法中正，以下说法中正确的是确的是 ()A穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10 1B穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10 1D正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为10 1解析：解析：对于理想变压器，认为无磁通量损漏，因而穿对于理想变压器，认为无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的磁通量相同，磁通量变化率相同，过两个线圈的磁通量相同，磁通量变化率相同，A错错误误B正确；每匝线圈产生的感应电动势相等，且电压正确；每匝线圈产生的感应电动势相等，且电压与匝数成正比，与匝数成正比，C错；理想变压器忽略热损耗，故输错；理想变压器忽略热损耗，故输入功率等于输出功率，入功率等于输出功率，D错误错误答案：答案：B答案：答案：C4钳形电流表的外形和结构如图钳形电流表的外形和结构如图1025(a)所示，图所示，图(a)中电流表的读数为中电流表的读数为1.2 A图图(b)中用同一电缆线绕了中用同一电缆线绕了3匝，则匝，则 ()A这种电流表能测直流电流，图这种电流表能测直流电流，图(b)的读数为的读数为2.4 AB这种电流表能测交流电流，图这种电流表能测交流电流，图(b)的读数为的读数为0.4 AC这种电流表能测交流电流，图这种电流表能测交流电流，图(b)的读数为的读数为3.6 AD这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图(b)的读数为的读数为3.6 A答案：答案：C5某发电站的输出功率为某发电站的输出功率为104 kW，输出电压为，输出电压为4 kV，通，通过理想变压器后向过理想变压器后向80 km远处供电已知输电导线的远处供电已知输电导线的电阻率为电阻率为2.4108 m，导线横截面积为，导线横截面积为1.5104 m2，输电线路损失的功率为输出功率的，输电线路损失的功率为输出功率的4%.求：求：(1)升压变压器的输出电压升压变压器的输出电压(2)输电线路上的电压损失输电线路上的电压损失答案：答案：(1)8104 V(2)3.2103 V典例启迪典例启迪例例1在图在图1026甲所示的电路中，理想变压器原线圈甲所示的电路中，理想变压器原线圈两端的正弦交变电压变化规律如图乙所示已知变压器原、两端的正弦交变电压变化规律如图乙所示已知变压器原、副线圈的匝数比副线圈的匝数比n1 n210 1，串联在原线圈电路中电流，串联在原线圈电路中电流表表A1的示数为的示数为1 A，下列说法正确的是，下列说法正确的是 ()思路点拨思路点拨解答本题应注意以下三个方面：解答本题应注意以下三个方面：(1)原、副线圈中电流的频率关系原、副线圈中电流的频率关系(2)电压、电流表的示数对应交变电流的有效值电压、电流表的示数对应交变电流的有效值(3)原、副线圈中电压、电流与匝数的关系原、副线圈中电压、电流与匝数的关系答案答案B归纳领悟归纳领悟理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器原、副线圈基本量的关系基基本本关关系系功率关系功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率电压关系电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关情况、副线圈个数的多少无关电流关系电流关系只有一个副线圈，电流和匝数成反比多个只有一个副线圈，电流和匝数成反比多个副线圈，由输入功率和输出功率相等确定副线圈，由输入功率和输出功率相等确定电流关系电流关系频率关系频率关系原、副线圈中交流电的频率相等原、副线圈中交流电的频率相等制制约约关关系系电压电压副线圈电压副线圈电压U2由原线圈电压由原线圈电压U1和匝数比和匝数比决定决定功率功率原线圈的输入功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功由副线圈的输出功率率P2决定决定电流电流原线圈电流原线圈电流I1由副线圈电流由副线圈电流I2和匝数比决和匝数比决定定题组突破题组突破1某交变电流电路中，有一个正某交变电流电路中，有一个正在工作的理想变压器，如图在工作的理想变压器，如图1027所示它的原线圈匝数所示它的原线圈匝数n1600匝，交流电源的电动势匝，交流电源的电动势e311sin(100t)V(不考虑其内不考虑其内阻阻)，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，原线，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，原线圈串联一个额定电流为圈串联一个额定电流为0.2 A的保险丝，副线圈匝数的保险丝，副线圈匝数n2120匝，为保证保险丝不被烧断，则匝，为保证保险丝不被烧断，则 ()A负载功率不能超过负载功率不能超过62 WB副线圈电流最大值不能超过副线圈电流最大值不能超过1 AC副线圈电路中的电阻副线圈电路中的电阻R不能小于不能小于44 D副线圈电路中电压表的读数为副线圈电路中电压表的读数为62 V答案：答案：C2如图如图1028所示，变压器初所示，变压器初级线圈匝数级线圈匝数n11000匝，次级匝，次级线圈有两个，匝数分别为线圈有两个，匝数分别为n2500匝，匝，n3200匝，分别接一匝，分别接一个个R55 的电阻，在初级线的电阻，在初级线圈上接入圈上接入U1220 V的交变电的交变电流求：流求：(1)两次级线圈输出电功率之比；两次级线圈输出电功率之比；(2)初级线圈中的电流初级线圈中的电流典例启迪典例启迪例例2如图如图1029所示，理想变压器输入端所示，理想变压器输入端PQ接稳定接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器原线圈匝可改变变压器原线圈匝数数(图中电压表及电流表皆为理想电表图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正，则下列说法中正确的是确的是 ()A当滑片当滑片c向向b端移动时，变压器输入功率变大端移动时，变压器输入功率变大B当滑片当滑片c向向a端移动时，电流表端移动时，电流表A1的示数将减小，电的示数将减小，电压表压表V的示数不变的示数不变C当滑片当滑片c向向b端移动时，电流表端移动时，电流表A2的示数将变大，电的示数将变大，电压表压表V的示数也变大的示数也变大D滑片滑片c不动，将开关不动，将开关S由由1掷向掷向2时，三个电表时，三个电表A1、A2、V的示数都变大的示数都变大思路点拨思路点拨滑片滑片c移动改变负载电阻的大小，从而改变移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功率，改变原线圈中的电流开关副线圈中的电流、功率，改变原线圈中的电流开关S由由1掷向掷向2减少了原线圈的匝数，从而改变其他各物理量减少了原线圈的匝数，从而改变其他各物理量归纳领悟归纳领悟(1)关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：负载电阻不变，原、副线圈的电压负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流不变，电流I1、I2，功率，功率P1、P2随匝数比的变化而变化；匝数比随匝数比的变化而变化；匝数比不变，原、副线圈的电压不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流不变，电流I1、I2，功，功率率P1、P2随负载电阻的变化而变化随负载电阻的变化而变化(2)无论哪种情况，处理此类问题的关键是分清变量和不无论哪种情况，处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系制约关系题组突破题组突破3在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图动头，如图10210所示当变压器输入电压发生所示当变压器输入电压发生变化时，可上下调节变化时，可上下调节P1、P2的位置，使输出电压稳定的位置，使输出电压稳定在在220 V上现发现输出电压低于上现发现输出电压低于220 V，下列措施不，下列措施不正确的是正确的是 ().AP1不动，将不动，将P2向上移向上移BP2不动，将不动，将P1向下移向下移C将将P1向上移，同时向上移，同时P2向下移向下移D将将P1向下移，同时向下移，同时P2向上移向上移答案：答案：C4如图如图10211所示，所示，T为理想变压器，副线圈回路为理想变压器，副线圈回路中的输电线中的输电线ab和和cd的电阻不可忽略，其余输电线电的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当电键阻可不计，则当电键S闭合时闭合时()A交流电压表交流电压表V2和和V3的示数一定都变小的示数一定都变小B交流电压表交流电压表V3的示数变小的示数变小C交流电流表交流电流表A1、A2和和A3的示数一定变大的示数一定变大D只有只有A1的示数变大的示数变大答案：答案：B典例启迪典例启迪例例3一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为送给用户，已知发电机的输出功率为50 kW，输出电压，输出电压为为500 V，升压变压器原、副线圈匝数比为，升压变压器原、副线圈匝数比为1 5，两个，两个变压器间的输电导线的总电阻为变压器间的输电导线的总电阻为15 ，降压变压器的输，降压变压器的输出电压为出电压为220 V，变压器本身的损耗忽略不计，在输电，变压器本身的损耗忽略不计，在输电过程中电抗造成电压的损失不计，求：过程中电抗造成电压的损失不计，求：(1)升压变压器副线圈的端电压；升压变压器副线圈的端电压；(2)输电线上损耗的电功率；输电线上损耗的电功率；(3)降压变压器原、副线圈的匝数比降压变压器原、副线圈的匝数比思路点拨思路点拨解答本题应注意以下两个方面：解答本题应注意以下两个方面：(1)输电线上的电流可用输电线上的电流可用PI2U2求出求出(2)因输电线上有电压损失，故因输电线上有电压损失，故U3U2IR线线答案答案(1)2500 V(2)6000 W(3)10 1 归纳领悟归纳领悟 处理远距离输电问题，关键是正确建立输电的流处理远距离输电问题，关键是正确建立输电的流程图，透彻理解题意，从程图，透彻理解题意，从“输电线输电线”开始，或者从开始，或者从“发发电厂电厂”或者从或者从“用户用户”开始，把握好各物理量之间的相开始，把握好各物理量之间的相互关系，依次解决即可互关系，依次解决即可常用的关系有：常用的关系有：(1)输电过程的电压关系输电过程的电压关系(2)输电过程功率的关系输电过程功率的关系题组突破题组突破5某小型水电站的电能输送示意图如图某小型水电站的电能输送示意图如图10212所所示，发电机的输出电压为示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变，降压变压器原、副线圈匝数分别为压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器均为理想变压器变压器)要使额定电压为要使额定电压为220 V的用电器正常工作，的用电器正常工作，则则 ()答案：答案：D6(2010浙江高考浙江高考)某水电站，用总电阻为某水电站，用总电阻为2.5 的输电线的输电线输电给输电给500 km外的用户，其输出电功率是外的用户，其输出电功率是3106 kW.现现用用500 kV电压输电，则下列说法正确的是电压输电，则下列说法正确的是 ()A输电线上输送的电流大小为输电线上输送的电流大小为2.0105 AB输电线上由电阻造成的损失电压为输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC若改用若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kWD输电线上损失的功率为输电线上损失的功率为PU2/r，U为输电电压，为输电电压，r为输电线的电阻为输电线的电阻答案：答案：B(10分分)收音机的变压器的初级线圈有收音机的变压器的初级线圈有1210匝，接在匝，接在U1220 V的交流电源上变压器有两个次级线圈次级线圈的交流电源上变压器有两个次级线圈次级线圈的匝数为的匝数为35匝，次级线圈匝，次级线圈的匝数为的匝数为1925匝如果不匝如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈的的电流是电流是0.3 A时，初级线圈的电流时，初级线圈的电流I10.114 A求线圈求线圈中电流和输出电压中电流和输出电压(电流的计算结果保留三位有效数字电流的计算结果保留三位有效数字)自主尝试自主尝试(试一试，能否做到正确解答试一试，能否做到正确解答)答案答案0.0662 A350 V