2018年高考物理一轮复习专题10.2变压器电能的输送教学案

专题10.2 变压器 电能的输送

1．了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。

2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。 3．知道远距离输电过程，知道降低输电损耗的两个途径。了解电网供电的优点和意义。

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两个线圈组成的。

图1

(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：电流磁效应、电磁感应。 3．基本关系式

(1)功率关系：P 入＝P 出。 (2)电压关系：U 1n 1＝U 2

n 2

。

有多个副线圈时U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3

＝…。 (3)电流关系：只有一个副线圈时I 1I 2＝n 2n 1

。

由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 。 4．几种常用的变压器 (1)自耦变压器——调压变压器

(2)互感器⎩

⎪⎨

⎪⎧

电压互感器：用来把高电压变成低电压。

电流互感器：用来把大电流变成小电流。

二、远距离输电

1．输电过程(如图2所示)

图2

2．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 ＝I 2

Rt 。 3．电压损失

(1)ΔU ＝U －U ′；(2)ΔU ＝IR 4．功率损失

(1)ΔP ＝P －P ′；(2)ΔP ＝I 2

R ＝⎝ ⎛⎭

⎪⎫P U 2R 5．输送电流 (1)I ＝P U ；(2)I ＝

U －U ′

R

。

高频考点一 理想变压器基本关系的应用

例1．一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V 的正弦交流电源上，如图2所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U ，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k ，则( )

图2

A ．U ＝66 V ，k ＝1

9

B ．U ＝22 V ，k ＝1

9

C ．U ＝66 V ，k ＝1

3

D ．U ＝22 V ，k ＝1

3

答案 A

【变式探究】用220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V ，通过负载的电流图象如图3所示，则( )

图3

A ．变压器输入功率约为3.9 W

B ．输出电压的最大值是110 V

C ．变压器原、副线圈匝数比是1∶2

D ．负载电流的函数表达式i ＝0.05sin (100πt ＋π

2) A

答案 A

【举一反三】如图4，理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝2∶1，和

均为理想电表，

灯泡电阻R L ＝6 Ω，AB 端电压u 1＝122sin 100πt (V)．下列说法正确的是( )

图4

A.电流频率为100 Hz

B.

的读数为24 V

C.

的读数为0.5 A

D.变压器输入功率为6 W

答案 D

解析 由ω＝2πf ＝100π rad/s 得：f ＝50 Hz ，A 错．有效值U 1＝12 V ，又因为U 2U 1＝n 2

n 1

得：

U 2＝6 V ，I 2＝U 2

R L

＝1 A ，选项B 、C 错．由能量守恒得P 1＝P 2＝U 2I 2＝6 W ，D 选项对．

【变式探究】自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分．一升压式自耦调压变压器的电路如图5所示，其副线圈匝数可调．已知变压器线圈总匝数为1 900匝，原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V 的交流电源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R 上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流的有效值为I 1，负载两端电压的有效值为U 2，且变压器是理想的，则U 2和I 1分别约为( )

图5

A ．380 V 和5.3 A

B ．380 V 和9.1 A

C ．240 V 和5.3 A

D ．240 V 和9.1 A

答案 B

【方法规律】关于理想变压器的四点说明 1．变压器不能改变直流电压．

2．变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率． 3．理想变压器本身不消耗能量．

4．理想变压器基本关系中的U 1、U 2、I 1、I 2均为有效值． 高频考点二 理想变压器的动态分析

例2．如图9所示电路中，变压器为理想变压器，a 、b 接在电压有效值不变的交流电源两端，R 0为定值电阻，R 为滑动变阻器．现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A 1的示数增大了0.2 A ，电流表A 2的示数增大了0.8 A ，则下列说法正确的是( )

图9

A ．电压表V 1示数增大

B ．电压表V 2、V 3示数均增大

C ．该变压器起升压作用

D ．变阻器滑片是沿c →d 的方向滑动 答案 D

解析 由于a 、b 接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表V 1示数不变，选项A 错误；由理想变压器原理公式U 1U 2＝n 1n 2

且U 1、n 1、n 2不变，则U 2不变，即V 2的示数不变，V 3的示数

U 3＝U 2－I 2R 0应减小，故选项B 错误；由公式I 1I 2＝n 2n 1得：n 1n 2＝ΔI 2ΔI 1＝0.8

0.2

＝4，则n 1＞n 2，该变压

器起降压作用，故C 错误；又I 2＝U 2

R 0＋R

，I 2增大，R 应减小，故滑片应沿c →d 方向滑动，故

D 正确．

【变式探究】 (多选)如图10所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q 来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R 0和滑动变阻器R ，P 为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U 的正弦交流电，则( )

图10

A ．保持Q 的位置不动，将P 向上滑动时，电流表读数变大

B ．保持Q 的位置不动，将P 向上滑动时，电流表读数变小

C ．保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表读数变大

D ．保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表读数变小 答案 BC

【举一反三】 (多选)如图11，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2.原线圈通过一理想电流表

接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R 的负载电阻串联后接到副线圈的

两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，用交流电压表测得a 、b 端和c 、d 端的电压分别为U ab 和U cd ，则( )