高考物理异构异模复习考案撬分法课件:专题十一 交变电流11-2
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3.(多选)一台发电机最大输出功率为 4000 kW,电压为 4000 V,经变压器 T1 升压后向远方输电。输 电线路总电阻为 R=1 kΩ。到目的地经变压器 T2 降压,负载为多个正常发光的灯泡(220 V、60 W)。若在 输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的 10%,变压器 T1 和 T2 的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作 状态,则( )
A.变压器输入电压的瞬时值表达式为 u=220 2sinπt(V) B.电压表的示数为 220 V C.变压器原、副线圈的匝数比为 11∶1 D.变压器的输入功率为 110 W
[解析]
由题图乙可知
ω
=
2π T
=
100π
rad/s , 则 变 压 器 输 入 电 压 的 瞬 时 值 表 达 式 为
u = 220
的变压比为nn34=UU34=1.82×20105=9×11103,C 错误;能正常发光的灯泡盏数为 N=906%0P1=6×104,D 正确。
撬法·命题法 解题法
[考法综述] 本考点内容在高考中考查频度较高,一般单独命题考查变压器和远距离输电的相关问 题的分析与计算,题型以选择题为主,难度中等,因此复习本考点时应掌握:
2
sin100πt(V),A 错误;小灯泡的额定功率 P=10 W,由 P=UR2可得小灯泡的额定电压 U=20 V,小灯泡恰
好正常发光,电压表的示数为 20 V,B 错误;根据变压器变压公式 U1∶U2=n1∶n2,可得nn12=22200=111,C 正确;根据额定功率 10 W 的小灯泡恰好正常发光,理想变压器的输入功率等于输出功率,D 错误。
【解题法】 变压器原、副线圈的作用 (1)对电源与原线圈组成的闭合电路,原线圈相当于用电器;对副线圈和用电器组成的闭合电路,副线 圈相当于电源;与之串、并联的用电器同样遵循串、并联电路的特点和性质。 (2)对理想变压器,要注意灵活运用变压器的基本关系及能量守恒定律。
命题法 2 含理想变压器的动态分析 典例 2 图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n1∶n2=5∶1,电阻 R=20 Ω,L1、L2 为规格相 同的两只小灯泡,S1 为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源,输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所 示。现将 S1 接 1、S2 闭合,此时 L2 正常发光。下列说法正确的是( )
三、远距离输电问题 1.理清“三个回路” 如图所示为远距离输电的简化电路原理图。我们可以把它划分为三个回路,即图中所示的回路 1、回 路 2 和回路 3。
2.抓住“两个关系” (1)在上面的远距离输电的简化电路原理中,理想的升压变压器联系了回路 1 和回路 2,由变压器原理 可以得到线圈 1(匝数为 n1)和线圈 2(匝数为 n2)中各相关量之间的关系: UU12=nn12,II12=nn21,P1=P2 (2)理想的降压变压器联系了回路 2 和回路 3,由变压器原理可以得到线圈 3(匝数为 n3)和线圈 4(匝数 为 n4)中各相关量之间的关系: UU34=nn34,II34=nn43,P3=P4 3.掌握“一个能量守恒关系” 远距离输电过程中,在回路 2 的输电线上会损耗一小部分电功率,剩余的绝大部分电功率通过降压变 压器和回路 3 输送到用户使用。整个输电过程中的功率关系为 P 用=P 总-P 损。
解析 原线圈的磁场都在铁芯中,所以原副线圈中的磁场相同,通过每匝线圈的磁通量也相同,选项 A 对;既然原、副线圈是同一个磁场,那么原副线圈感应电流变化的频率就相等,选项 B 对;根据理想变 压器UU12=nn12,副线圈的灯泡正常发光即 U2=6 V,带入得 U1=240 V,而额定电压指的是有效电压,所以 变压器输入电压有效值是 U1=240 V,最大值不确定,选项 C 错;理想变压器输入功率等于输出功率即灯 泡正常发光的额定功率 40 W,选项 D 对。
4.在求解远距离输电的相关问题时,我们还应熟练掌握以下几点 (1)一个原理 要减小输电线上的电压损失和电功率损失,就要减小输电电流,而输电功率是确定的,由 P=IU 知, 应提高输电电压。 (2)两个损失 ①电压损失:ΔU=I 线 R 线,主要原因是输电线有电阻。 ②功率损失:P 损=I2线R 线=ΔRU线2。 (3)三个关系 ①电压损失关系:ΔU=U2-U3,U2 是升压变压器的输出电压,U3 是降压变压器的输入电压。 ②功率损失关系:P 损=I2线R 线=ΔRU线2,升压变压器的输出功率和降压变压器的输入功率之差即为损失 的电功率。 ③功率关系:P 用=P 总-P 损。
二、理想变压器动态分析问题 1.匝数比不变的情况(如图所示)
(1)U1
不变,根据U1=n1,输入电压 U2 n2
U1
决定输出电压
U2,不论负载电阻
R
如何变化,U2
也不变。
(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。
特别提醒 在远距离输电问题中,计算输电线上损失的功率时应用 P 损=I2线R 线,其原因是 I 线可以由公式 P 输=I 线 U 输求出,而 P 损=I 线 U 损和 P 损=UR线2损则不常用,其原因是在一般情况下,U 损不易求出,且易将 U 损和 U 输相混淆而造成错误。
1.思维辨析 (1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。( √ ) (2)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。( × ) (3)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。( × ) (4)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。( × ) (5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。( √ ) (6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。( √ ) (7)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。( √ )
I2= 10%R P1=
4000×103×0.1 1×103
A=20
A,A 正确;T1 的变压比为nn12=II21=12003=510;T1 副线圈的电压
为 U2=50U1=2×105 V,T2 原线圈的电压为 U3=U2-I2R=2×105 V-20×103 V=1.8×105 V,B 正确;T2
A.输入电压 u 的表达式 u=20 2sin50πt V B.只断开 S2 后,L1、L2 均正常发光 C.只断开 S2 后,原线圈的输入功率增大 D.若 S1 换接到 2 后,R 消耗的电功率为 0.8 W
[解析] 由图乙可知 u=20 2sin100πt V,故选项 A 错误;U2=nn21U1=4 V。由题意可知 L1、L2 的额定 电压为 4 V。S1 接 1、断开 S2 后,L1、L2 不能达到额定电压,因此选项 B 错误;由 P1=P2=UR22可知,当 R 增大时,P1 减小,选项 C 错误;当 S1 接 2 时,PR=UR22=1260 W=0.8 W,选项 D 正确。
2.负载电阻不变的情况(如图所示)
(1)U1 不变,nn12发生变化,故 U2 变化。 (2)R 不变,U2 改变,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。
3.分析变压器动态问题的程序
特别提醒 关于理想变压器的动态分析问题,解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 的联系和相互制约的关系,即明确变压器输入电压与输出电压、输入电流与输出电流跟匝数的关系,以及 输出电压由输入电压决定,输入电流由输出电流决定。
1.减少输电电能损失的两种方法 (1)理论依据:P 损= I2R 。
(2)减小输电线的电阻:根据电阻定律 R=ρSl ,要减小输电线的电阻 R,在保证输电距离情况下,可采 用减小材料的 电阻率 、增大导线的 横截面积 等方法。
(3)减小输电导线中的电流: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。
2.原理:电流磁效应、 电磁感应 。
3.理想变压器的基本关系式 (1)功率关系: P 入=P 出 。
(2)电压关系:UU12=nn12,若 n1>n2,为 降压 变压器;
若 n1<n2,为 升压 变压器。
n2
(3)电流关系:只有一个副线圈时,II12= n1
;有多个副线圈时仍有 P 入=P 出,据 P=UI 可推出,U1I1
A.T1 原、副线圈电流分别为 103 A 和 20 A B.T2 原、副线圈电压分别为 1.8×105 V 和 220Байду номын сангаасV C.T1 和 T2 的变压比分别为 1∶50 和 40∶1 D.有 6×104 盏灯泡(220 V、60 W)正常发光
解析 远距离输电的模型如图所示。
T1 原线圈的电流为 I1=UP11=400400×00103 A=1×103 A,输电线上损失的功率为 P 损=I22R=10%P1,所以
A.用户端的电压为I1IU2 1 B.输电线上的电压降为 U C.理想变压器的输入功率为 I12r D.输电线路上损失的电功率为 I1U
专题十一 交变电流
考点二 变压器 电能的输送
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撬点·基础点 重难点
基础点 知识点 1 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.输电过程示意图
3.输电电流
U-U′
(1)I=UP;(2)I=
R。
4.输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为 Q= I2Rt 。
5.电压损失 (1)ΔU=U-U′;(2)ΔU= IR 。
6.功率损失
(1)ΔP=P-P′;(2)ΔP= I2R =UP2R。
一、理想变压器原理和基本关系 1.变压器的工作原理
=U2I2+U3I3+…+UnIn,n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn。
(4)频率关系: 不变 。
4.几种常用的变压器 (1)自耦变压器——调压变压器,如图 A、B 所示。
电压互感器:把高电压变成低电压, (2)互感器电流如互图感C所器示:。把大电流变成小电流,
如图D所示。
知识点 2 远距离输电
1 个原理——理想变压器的工作原理 3 个制约——理想变压器中电流、电压及功率的制约关系 2 种方法——理想变压器动态问题的分析方法、远距离输电问题的解决方法
命题法 1 变压器的原理及基本量的关系 典例 1 如图甲所示,一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时, 额定功率 10 W 的小灯泡恰好正常发光,已知灯泡的电阻为 40 Ω,图中电压表为理想电表,下列说法正确 的是( )
重难点
2.理想变压器的基本关系
特别提醒 (1)变压器不能改变直流电压,因为工作原理早已不成立。 (2)理想变压器基本关系中 U1、U2、I1、I2 均指有效值。 (3)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时,U1 为加在原线圈两端的电压,并不是电源的电压。 (4)变压器的以上关系都是根据“口”字形的变压器推出的,如果变压器不是“口”字形时,应根据变 压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量间的关系。
2.(多选)如图所示,一台理想变压器的原副线圈的匝数比为 n1∶n2=40∶1,在副线圈两端接有“6 V 40 W ”的电灯泡。若灯泡正常发光,则下列说法中正确的是( )
A.在原、副线圈中,通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同 B.通过原、副线圈的交变电流的频率相同 C.变压器输入电压的最大值为 240 V D.变压器输入功率为 40 W
【解题法】 含有变压器的动态电路问题的解题思路
命题法 3 远距离输电的功率和电压的损失 典例 3 如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是 U,用等效总电阻是 r 的 两条输电线输电,输电线路中的电流是 I1,其末端间的电压为 U1。在输电线与用户间连有一理想变压器, 流入用户端的电流为 I2。则( )