高考物理一轮复习 第55讲 变压器、电能的输送 课件

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下列说法正确的是( ) B
A.线圈转速等于2 r/s时,点火器可以产生电火花 B.线圈转速等于4 r/s时,点火器可以产生电火花 C.电压表的示数为5 V时,点火器可以产生电火花 D.电压表的示数为25 V时,点火器可以产生电火花
解析 线圈在匀强磁场中转动产生交变电流,设转速为 n,则发电机的最大电动 势为 Em=NBSω=NBS·2πn,发电机的最大电动势等于变压器的输入线圈电压的 最大值,U1m=Em,根据变压器变压规律知UU12=nn12,有UU21mm=nn12=1100,钢针和金 属板间瞬时电压超过 5 000 V 时可以产生电火花,现令 U2m=5 000 V,联立各方 程解得 U1m=50 V,n=1π0 r/s≈3.18 r/s,故线圈转速等于 4 r/s 时,副线圈的电 压最大值超过了 5 000 V,能产生电火花,故 A 错误,B 正确;电压表的示数为
考点二 理想变压器的动态分析
1.匝数比不变的情况(如图) (1)U1 不变,根据UU12=nn12,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。
第五十五讲 变压器 电能的输送
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 __两__个__线__圈__组成的。
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫__初__级__线圈。 (2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫__次__级__线圈。 2.原理 __电__磁__感__应__的__互__感__现象。
则输电电压应变为原来的2倍,即440 kV,选项C正确。
考点一 理想变压器原理的应用
【典例3】 (2020·山东卷)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3, 输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额
定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。
电压减小,而 L2 的电压变大,所以 L3 与滑动变阻器并联部分的电压减小,所以
L3 变暗,B 正确,A、C 错误;因为原线圈的电流增大,稳压交流电源的电压不
变,根据 P=UI1,可知电源输出功率增大,D 错误。
【变式3】 (多选)(2020·宁夏石嘴山市4月模拟)如图所示,理想变压器T的原线圈
接在电压为U的交流电源两端,P为滑动变阻器的滑片,RT为热敏电阻,其阻值
6 V。由RU1+R2U+R=IL,解得 R=1 Ω,选项 A 正确。
【变式1】(多选)(2020·全国卷Ⅲ)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( )
(2)互感器电压互感器(n1>n2):把高电压变成_低__电__压___,如图丙所示。 电流互感器(n1<n2):把大电流变成小电流,如图丁所示。
【典例1】 关于理想变压器,下列说法正确的是( A )
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
原线圈两端的电压有效值,刚点火时 UV=U12m=25 2 V,5 V 和 25 V 均小于 25 2 V,则不能达到点火电压,故 C、D 错误。
Hale Waihona Puke 【典例4】 (2020·浙江大学附属中学1月选考模拟)(1)某同学在做“探究变压器线 圈两端电压与匝数的关系”实验时,用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈 的电压为5 V,用演示电表交流50 V 挡测量副线圈电压时示数如图乙所示,则 变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________;
【变式2】 (2021·1月广东学业水平选择考适应性测试)科学中心某款手摇点火器 原理如图所示。当钢针和金属板间瞬时电压超过5 000 V时可以产生电火花。 已知匀强磁场的磁感应强度B大小为0.2 T,手摇发电机线圈的面积为0.25 m2, 共50匝,不计内阻。变压器为理想变压器,其原、副线圈匝数比为1∶100。
n2
(1)只有一个副线圈时:II12=___n_1 (2)有多个副线圈时:由 P 入=P 出得 I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn 或 I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn f1=f2(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,如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。
线上损耗的功率减小为原来的1,输电电压应变为( 4
C
)
A.55 kV
B.110 kV
C.440 kV
D.880 kV
解析 设输送功率为P,则有P=UI,其中U为输电电压,I为输电电流。
为使输电线上损耗的功率减小为原来的四分之一,由P损=I2R(R为输电 线的电阻,恒定不变)可知应使I变为原来的二分之一,又输送功率不变,
接入电路中发光,当滑动变阻器的滑片P向上移动时,下列说法正确的是( B )
A.灯泡L1变亮,L2变暗 B.灯泡L1、L2都变亮 C.灯泡L2、L3都变亮 D.电源输出功率减小
解析 设M、N两端稳压交流电源的电压有效值为U,原线圈两端的电压为U1, 电流为I1,副线圈两端的电压为U2,电流为I2,原副线圈的匝数比n1∶n2=k, 灯泡的电阻都为R,根据欧姆定律,可得副线圈两端的电压为
A.所用交流电的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
AD
解析 由图(b)可知通过 R2 的交流电的周期为 2×10-2 s,变压器不会使交流电的 周期改变,所以所用交流电的频率为 50 Hz,选项 A 正确;由图(b)可知通过 R2 的电流的有效值为 1 A,由串并联特点可知通过 R3 的电流(即通过电流表的电流) 为 0.5 A,故副线圈的电流为 I2=1.5 A,由欧姆定律可得副线圈两端的电压 U2= 1×10 V=10 V,由变压器原、副线圈两端电压比与原、副线圈匝数比的关系可 得,原线圈两端的电压 U1=Un22n1=100 V,再根据原线圈电路的串联关系可得 R1 两端的电压为 UV=220 V-100 V=120 V,选项 B、C 均错误;根据变压器原理 可得变压器传输的电功率为 P=U2I2=10×1.5 W=15.0 W,选项 D 正确。
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=ρSl 知,可加大导线的__横__截__面__积__、采用_电__阻___率__小__ 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__输__电__电__压__。
【典例 2】 采用 220 kV 高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电
二、电能的输送
如图所示,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=_UP___=UP′′=U-R U′。
2.电压损失 (1)ΔU=U-U′ (2)ΔU=__I_R___
3.功率损失 (1)ΔP=P-P′ (2)ΔP=_I_2_R_____=_(_UP_)_2R_____
【变式4】 (多选)(2020·云南昆明市4月教学质量检测)如图甲所示的电路中,理 想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,原线圈的输入电压u随时间t变化的图像 如图乙所示,D为理想二极管,R为电阻箱,当电阻箱阻值R=11 Ω时,下列说
法正确的是( AC)
A.原线圈的输入电压频率为50 Hz B.电阻箱R两端电压的有效值为11 V C.电阻箱R消耗的功率为22 W D.若电阻箱R阻值变小,原线圈中的电流变小
随温度升高而减小,下列说法正确的是( A.P向左滑动时,变压器的输出电压变大
) CD
B.若P向左滑动时,RT阻值保持不变,则变压器的输入功率变大 C.若P保持不变,RT温度升高时,则灯L变暗 D.RT温度升高时,适当向右滑动P可能保持灯L亮度不变
解析 P 向左滑动时,变压器原线圈电压和原副线圈的匝数比均不变,输出电压不变,故 A 错 误;P 向左滑动时,则滑动变阻器电阻变大,而 RT 阻值保持不变,所以副线圈回路总电阻增大, 根据 P=RU总2知变压器的输出功率减小,所以变压器的输入功率也变小,故 B 错误;若 P 保持不 变,RT 温度升高时,热敏电阻的阻值减小,副线圈回路总电阻减小,总电流增大,滑动变阻器 的分压增大,灯 L 两端电压减小,灯 L 变暗,故 C 正确;RT 温度升高时,热敏电阻阻值减小, 适当向右滑动 P,可能使灯 L 分压不变,从而保持灯的亮度不变,故 D 正确。
为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 Ω
B.5 Ω
C.6 Ω
D.8 Ω A
解析 由图乙可知理想变压器输入电压 U1=220 V,应用理想变压器变压公式UU12 =nn12=232,可得副线圈输出电压 U2=30 V。灯泡正常工作时,灯泡两端电压为 UL=24 V,电流 IL=URLL=1.6 A。设 R1 两端电压为 U,由 U2=UL+U,可得 U=
U2=I2R+R并,根据UU12=nn21=k,得原线圈两端的电压为 U1=kU2=kI2R+R并, 根据II12=nn21=1k,解得 I1=k1I2,根据欧姆定律,可得 L1 两端的电压 U1′=I1R=I2kR, 则稳压交流电源的电压为 U=U1′+U1=I2Rk+kR+R并,当滑动变阻器的滑片 P 向上移动时,其电阻减小,则 R 并电阻减小,所以总电阻减小,而稳压交流电源 的电压 U 不变,所以电流 I2 变大,则 L2 变亮;原线圈的电流 I1=k1I2 也增大,所 以 L1 变亮,其两端的电压变大,所以原线圈两端的电压减小,则副线圈两端的
2.负载电阻不变的情况(如图)
(1)U1 不变,nn21发生变化,故 U2 变化。 (2)R 不变,U2 变化,故 I2 发生变化。 (3)根据 P2=UR22,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。
【典例5】 (2020·山东济南市期末学习质量评估)理想变压器连接灯泡和滑动变阻 器的电路如图所示,M、N端连接一个稳压交流电源,三个相同灯泡L1、L2和L3
解析 由题图乙可知,T=0.02 s,f=T1=0.102 Hz=50 Hz,故 A 正确;原线圈电 压的有效值为 U1=2202 2 V=220 V,由变压比可知,副线圈两端的电压 U2= 22 V,由于二极管具有单向导电性,由电流的热效应可知,UR2RT=UR22·T2,解得 UR =11 2 V,故 B 错误;PR=UR2R=(11112)2 W=22 W,故 C 正确;若电阻箱 R 阻值变小,由于原线圈电压不变和变压器匝数比不变,所以副线圈的电压不变,
3.理想变压器原、副线圈基本量的关系
理想变压器 功率关系
电压关系 基 本 关 系 电流关系
频率关系
(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) 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=__P_出___ 原、副线圈的电压之比等于其匝数之比,公式UU12=__nn_12_,与负载、副线圈的个数无关
A.5∶8 B.5∶16 C.1∶14 D.1∶8
(2)街头见到的变压器是降压变压器,假设它只有 一个原线圈和一个副线圈,__________(填写“原线圈”或 “副线圈”)应该使用较粗的导线。
解析 (1)根据电压表读数的方法可知,该变压器的输出电压为 40 V,所以变压 器的原副线圈匝数之比nn12=UU12=450=18,故 D 正确,A、B、C 错误。 (2)理想变压器的电压与匝数成正比,当只有一个副线圈的时候,电流与匝数成 反比,街头用电的变压器是降压变压器,可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少, 副线圈的电流较大,应该使用较粗的导线。 答案 (1)D (2)副线圈
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