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1、第第 2 课时课时 变压器、电能的输送变压器、电能的输送考纲解读 1.理解变压器的原理，掌握理想变压器原、副线圈的功率关系、电压关系及电流关系，并会进行有关计算.2.能利用功率、电压、电流关系对变压器进行动态分析.3.会计算远距离输电问题中线路损失的功率和电压1理想变压器的工作原理关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )A通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案 BC解析 由于是交变电流，交变电流的磁场不断变化，磁通量也在变化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故
2、 B、C 正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故 D错2理想变压器的功率、电压、电流关系如图 1 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( )A原线圈和副线圈的匝数比为 21B原线圈和副线圈的匝数比为 51C电流表 A2的示数为 0.1 AD电流表 A2的示数为 0.4 A答案 B解析 由题意可求得原线圈的功率，利用理想变压器原、副线圈中的功率相等可求得副线圈中的电流，再利用原、副线圈中的电流之比可求得两线圈的匝数比由电压表
3、 V 示数和电流表 A1的示数可得原线圈中的功率 P1U1I1，P1P2I R，所2 2以电流表 A2的示数为 I2 A1 A，C、D 错误；原线圈和副线U1I1R220 0.244圈的匝数比 ，A 错误，B 正确n1n2I2I1513远距离输电中的电压与功率损失在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么( )A输电线路上损失的电压与输送电流成正比B输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比答案 AC解析 输电线路上损失电压 UIR，在 R 一定时，U 和 I 成正比若 U 越高，I ，I 越小
4、，那么 U 越小输电线路上损失的功率 PI2R，当 P 一定时，I ，PUPU所以 P( )2R，即 P 和 U 的平方成反比，跟 I 的平方成正比，故 A、C 正确PU一、理想变压器1主要构造：由原线圈、副线圈和铁芯三部分组成2工作原理：电磁感应的互感现象3基本关系式(1)功率关系：P入P出(2)电压关系：只有一个副线圈时，；有多个副线圈时，.U1n1U2n2U1n1U2n2U3n3(3)电流关系：只有一个副线圈时，.I1I2n2n1由 P入P出及 PUI 推出有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3.4几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器(2)互感器Error!5理想变压器的理解(1
5、)没有能量损失；(2)没有磁通量损失二、远距离输电1输电过程(如图 2 所示)图 22输送电流(1)I ；(2)I.PUUUR3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 QI2Rt.4电压损失(1)UUU；(2)UIR.5功率损失(1)PPP；(2)PI2R( )2R.PU6降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻，由电阻定律 R 可知，在输电距离一定的情况下，为了减小lS电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积(2)减小输电导线中的输电电流，由 PUI 可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流.考点一 理想变压器原、副线圈基本关系的应用制约
6、关系(1)电压：副线圈电压 U2由原线圈电压 U1和匝数比决定(2)功率：原线圈的输入功率 P1由副线圈的输出功率 P2决定(3)电流：原线圈电流 I1由副线圈电流 I2和匝数比决定例 1 如图 3 甲所示，理想变压器的原线圈匝数 n1350 匝，副线圈匝数 n270 匝，电阻R20 ，是交流电压表，原线圈加上如图乙所示的交流电，则下列说法正确的是( )甲 乙图 3A加在原线圈上交流电压瞬时值的表达式为 u20sin 5t V2B原线圈电流的有效值为 0.04 AC在 t0.01 s 时，电压表的示数为 0D电阻 R 上消耗的电功率为 0.8 W解析 由题图乙可知该交流电的峰值 Um20 V，
7、周期 T0.02 s，结合正弦交流电2瞬时值的一般表达式 uUmsin t 可得该交流电的瞬时值表达式应是 u20sin 100t 2T2VA 选项错因为变压器是理想变压器，则有，又 U1Um20 V，U1U2n1n222所以 U2U120 V4 V，变压器的输出功率 P2PR W0.8 WDn2n170350U2 2R4220选项对对理想变压器有 P1P2，又 P1U1I1，所以原线圈中电流的有效值 I1 P1U1P2U10.820A0.04 AB 选项对因交流电压表测量的是交流电的有效值，故电压表的示数等于 U2即 4 VC 选项错答案 BD关于理想变压器的四点说明 (1)变压器不能改变直
8、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 U1、U2、I1、I2均为有效值突破训练 1 如图 4 所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为 41，原线圈两端接入一正弦交流电源，副线圈电路中 R 为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表下列结论正确的是( )图 4A若电压表读数为 6 V，则输入电压的最大值为 24 V2B若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的 2 倍，则电流表的读数减小到原来的一半C若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的 2 倍，则输入功率也增加到原来的 2 倍D若保持负载电阻的阻值
9、不变，输入电压增加到原来的 2 倍，则输出功率增加到原来的 4 倍答案 AD解析 本题考查变压器的原理以及交流电的有关知识，意在考查考生对交变电流的认识和理解若电压表的读数为 6 V，则变压器的输出电压的有效值为 6 V，由，故 U14U224 V，所以输入电压的最大值为 UmU124 V，所以选U1U2n1n222项 A 正确；若输入电压不变，副线圈匝数增加，则 U2增大，由 I2可知，电流表U2R示数增大，所以选项 B 错；输入电压和匝数比不变，则电压值不变，当负载电阻 R 变大时，则 I2，电流变小，又 P1P2U2I2，故输入功率也减小，所以选项 C 错；U2R若负载电阻 R 不变，输
10、入电压变为原来的 2 倍，则输出电压也变为原来的 2 倍，I2则输出电流也变为原来的 2 倍，故输出功率 P2U2I2变为原来的 4 倍，所以选项 DU2R正确考点二 理想变压器的动态分析常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况1匝数比不变的情况(如图 5 所示)(1)U1不变，根据，输入电压 U1决定输出电压 U2，不论负载电阻 R 如何变化，U1U2n1n2U2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，P1P2，故 P1发生变化图 52负载电阻不变的情况(如图 6 所示)图 6(1)U1
11、不变，发生变化，故 U2变化n1n2(2)R 不变，U2变化，故 I2发生变化(3)根据 P2，P2发生变化，再根据 P1P2，故 P1变化，P1U1I1，U1不变，故 I1U2 2R发生变化例 2 火警报警系统原理如图 7 甲所示，M 是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1n2101，接线柱 a、b 接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示，在变压器右侧部分，R2为用半导体热敏材料(电阻率随温度升高而减小)制成的传感器，R1为一定值电阻下列说法中正确的是( )图 7A电压表示数为 22 VB此交变电源的频率为 50 HzC当传感器 R2所在处出现火警时，电流表的示数减小D当传
12、感器 R2所在处出现火警时，电压表的示数减小解析 副线圈两端电压是 22 V，电压表示数等于副线圈两端电压减去 R1两端的电压，小于 22 V，所以 A 错；从题图乙可知，周期是 0.02 s，所以频率是 50 Hz，B 正确；当传感器 R2所在处出现火警时，R2的电阻变小，它两端的电压变小，电流变大，电流表的示数变大，电压表的示数变小，C 错，D 对答案 BD例 3 如图 8 所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表 V1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡 L 和滑动变阻器 R，R 上并联一只理想电压表 V2.下列说法中正确的是( )图 8A若 F 不动，滑片 P 向下滑动时，
13、V1示数变大，V2示数变小B若 F 不动，滑片 P 向下滑动时，灯泡消耗的功率变小C若 P 不动，滑片 F 向下移动时，V1、V2的示数均变小D若 P 不动，滑片 F 向下移动时，灯泡消耗的功率变大解析 若 F 不动，滑片 P 向下滑动时，滑动变阻器接入电路中的电阻变大，则副线圈回路中总电阻变大，则回路中电流减小，灯泡两端电压减小，功率变小，滑动变阻器两端电压变大，V2的示数变大，而原线圈两端电压不变，则 A 错误，B 正确；若 P 不动，滑片 F 向下移动时，根据理想变压器特点可知原线圈两端电压不变，副线圈两端电压减小，则副线圈回路中电流变小，灯泡 L 消耗的功率减小，电压表 V2的示数变小
14、，C、D 错误答案 B突破训练 2 图 9 甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数之比为 41，电压表和电流表均为理想电表若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦交流电，图中 Rt为 NTC型热敏电阻(阻值随温度升高而变小)，R1为定值电阻下列说法中正确的是( )图 9A交流电压 u 的表达式为 u36sin 50t V2Bt0.01 s 时，发电机线圈中穿过的磁通量最大CRt温度升高时，变压器的输入功率变小DRt温度升高时，电压表的示数不变、电流表的示数变大答案 BD解析 原线圈接的是题图乙所示的正弦交流电，由题图知最大电压为 36 V，周期为20.02 s，故角速度是 100 rad/s，u
15、36sin 100t V，故 A 错误t0.01 s 时，感2应电动势为 0，线圈处于中性面位置，发电机线圈中穿过的磁通量最大，B 正确Rt温度升高时，副线圈中的电阻减小，由于原、副线圈电压均不变，故电压表示数不变，电流表的示数变大，故输出功率变大，理想变压器的输入、输出功率相等，故输入功率变大，C 错误，D 正确考点三 远距离输电问题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 10 为例)图 10(1)功率关系：P1P2，P3P4，P2P损P3.(2)电压、电流关系：，U2UU3，I2I3I线U1U2n1n2I2I1U3U4n3n4I4I3(3)输电电流：I线.P2U2P3U3U2U3R线(4)输电线上损耗的电功率：P损I线UIR线()2R线2 线P2U2当输送功率一定时，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.1n2例 4 某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为 9 kW，输出电压为 500 V，输电线的总电阻为 10 ，允许线路损耗
