2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义:选修3-2 第十章 第2讲 变压器 电能的输送 Word版含解析.pdf
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1、第第 2 讲 变压器 电能的输送讲 变压器 电能的输送 知识排查 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:。 U1 U2 n1 n2 (3)电流关系:只有一个副线圈时 。 I1 I2 n2 n1 (4)频率关系:f入f出。 远距离输电 图 2 1.电压损失:(1)UU2U3。(2)UI2R线。 2.功率损失:(1)PP2P3。(2)PI R线。 2
2、 2 U2 R线 3.功率关系:P1P2,P3P4,P2P损P3。 4.电压、电流关系: , ,U2UU3, U1 U2 n1 n2 I2 I1 U3 U4 n3 n4 I4 I3 I2I3I线。 5.输电电流:I线。 P2 U2 P3 U3 U2U3 R线 6.输电线上损耗的电功率:P损I线UI R线R线。 2 线 ( P2 U2) 2 小题速练 1.思考判断 (1)理想变压器的基本关系式中,电压和电流均为有效值( ) (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
3、,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( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 2.人教版选修 32P44T2改编有些机床为了安全,照明电灯用的电压是 36 V, 这个电压是把 380 V 的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是 1 140 匝,副 线圈是( ) A.1 081 匝 B.1 800 匝 C.108 匝 D.8 010 匝 解析 由题意知 U1380 V,U236 V,n11 140,则得 n2n1108。 U1 U2 n1 n2 U2 U1 选
4、项 C 正确。 答案 C 3.人教版选修 32P50T3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 由题意知输电线上的电流 I , 则输电线的总电阻造成的电压损失 U P U Ir,故,故选项 A 正确。 Pr U U1 U2 1 U1 1 U2 U2 U1 11 103 110 100 1 答案 A 变压器的原理和基本关系的应用 1.理想变压器的制约关系 电压副线圈电压 U2由原线圈电压 U1和匝数比决定 U
5、2U1 n2 n1 功率 原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定 P入P 出 制 约 关 系 电流原线圈电流 I1由副线圈电流 I2和匝数比决定 I1I2 n2 n1 2.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。 (2)互感器电压互感器:把高电压变成低电压,如图C所示。 电流互感器:把大电流变成小电流,如图D所示。) 3.两类理想变压器的动态分析问题 (1)匝数比不变的情况(如图甲所示) 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 U1 U2 n1 n2 化,U2也不变。 当负载电阻发生变化时, I2变化, 输出电流 I2决定输
6、入电流 I1, 故 I1发生变化。 I2变化引起 P2变化,由 P1P2知 P1发生变化。 (2)负载电阻不变的情况(如图乙所示) U1不变,发生变化,U2变化。 n1 n2 R 不变,U2变化,I2发生变化。 根据 P2 和 P1P2,可以判断 P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生 U R 变化。 【典例】 (多选)如图3所示, 理想变压器原线圈的匝数为n1, 副线圈的匝数为n2, 原线圈的两端 a、 b 接正弦交流电源, 电压表 V 的示数为 220 V, 负载电阻 R44 ,电流表 A1的示数为 0.2 A。下列判断正确的是( ) 图 3 A.原线圈和副线圈的匝数比为 21 B
7、.原线圈和副线圈的匝数比为 51 C.电流表 A2的示数为 1 A D.电流表 A2的示数为 0.4 A 解析 由电压表V示数和电流表A1的示数可得原线圈中的功率P1U1I1, P1P2 I R,所以电流表 A2的示数为 I2 A1 A,C 正确,D 错 2 2 U1I1 R 220 0.2 44 误;原线圈和副线圈的匝数比 ,A 错误,B 正确。 n1 n2 I2 I1 5 1 答案 BC 1.(多选)如图 4 所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端 电压为一峰值不变的正弦交变电压,副线圈接一可变电阻 R。在其他条件不变的 情况下,为使变压器输入功率增大,下列措施正确的是(
8、 ) 图 4 A.仅增加原线圈匝数 n1 B.仅增加副线圈匝数 n2 C.仅减小电阻 R 的阻值 D.仅增大电阻 R 的阻值 解析 为使变压器输入功率增大, 需增大输出功率, 由 P知仅减小电阻 R 的 U2 R 阻值或仅增加副线圈匝数 n2,都可以增大输出功率,B、C 正确;仅增加原线圈 匝数 n1或仅增大电阻 R 的阻值时,输出功率减小,A、D 错误。 答案 BC 2.(多选)如图 5 所示,一理想自耦变压器线圈 AB 绕在一个圆环形的闭合铁芯上, 输入端 AB 间加一正弦式交流电压,在输出端 BP 间连接了理想交流电流表、灯 泡和滑动变阻器,移动 P 的位置,可改变副线圈的匝数,变阻器的
9、滑动触头标 记为 Q,则( ) 图 5 A.只将 Q 向下移动时,灯泡的亮度不变 B.只将 Q 向下移动时,电流表的读数变大 C.只将 P 沿顺时针方向移动时,电流表的读数变大 D.只提高输入端的电压 U 时,电流表的读数变大 解析 只将 Q 向下移动时,R 阻值增大,电路中电阻增大,电流减小,故 B 项 错误;由于副线圈上电压不变,电灯两端的电压不变,功率不变,亮度不变, 故A项正确 ; 只将P沿顺时针方向移动时副线圈匝数减少, 副线圈两端电压减小, 流过副线圈的电流减小,故 C 项错误;只提高输入端的电压时,副线圈上电压 增大,电流增大,故 D 项正确。 答案 AD 3.(多选)如图 6
10、所示,理想变压器原、副线圈匝数比为 21,电池和交变电源的 电动势都为 6 V,内阻均不计。下列说法正确的是( ) 图 6 A.S 与 a 接通的瞬间,R 中无感应电流 B.S 与 a 接通稳定后,R 两端的电压为 0 C.S 与 b 接通稳定后,R 两端的电压为 3 V D.S 与 b 接通稳定后,原、副线圈中电流的频率之比为 21 解析 S 与 a 接通的瞬间, 副线圈有瞬间的感应电流, A 错误 ; S 与 a 接通稳定后, 理想变压器的原线圈电流稳定不变,副线圈电压为零,B 正确;S 与 b 接通稳定 后,根据 U1U2n1n2,可得 R 两端的电压为 3 V,C 正确;原、副线圈的频
11、 率相同,D 错误。 答案 BC 远距离输电 1.远距离输电的处理思路 对高压输电问题,应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用 电器” ,或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。 2.远距离高压输电的几个基本关系(以图 7 为例) 图 7 (1)功率关系:P1P2,P3P4,P2P损P3。 (2)电压、电流关系: , ,U2UU3,I2I3I线。 U1 U2 n1 n2 I2 I1 U3 U4 n3 n4 I4 I3 (3)输电电流:I线。 P2 U2 P3 U3 U2U3 R线 (4)输电线上损耗的功率:P损I线UI R线()2R线。 2 线 P2 U2 当输送功率一
12、定时,输电电压增大到原来的 n 倍,输电线上损耗的功率就减小到 原来的。 1 n2 【典例】 (多选)某水电站通过总电阻为 2.5 的输电线输电给 500 km 外的 用户,其输出电功率是 3106 kW。现用 500 kV 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 2.0105 A B.输电线上由电阻造成的电压损失为 15 kV C.若改用 5 kV 电压输电,则输电线上损失的功率为 9108 kW D.输电线上损失的功率为 P,U 为输电线上损失的电压,r 为输电线的电 U2 r 阻 解析 输电线上输送的电流为 I输 A6 000 A,选项 A 错误 ; 输 P1
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