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1、第第2 2节理想变压器电能的输送节理想变压器电能的输送第十二章第十二章强基础强基础 增分策略增分策略一、理想变压器一、理想变压器1.构造:如图所示,变压器是由和绕在铁芯上的组成的。(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫线圈。(2)副线圈:与连接的线圈,也叫线圈。闭合铁芯两个线圈初级负载次级 必须是交变电流2.原理:利用电磁感应的现象。3.基本关系式(1)功率关系:。副线圈与用电器断开时,无电流通过副线圈,但副线圈两端存在电压(2)电压关系:只有一个副线圈时,。(3)电流关系:只有一个副线圈时,。变压器不能改变交变电流的频率有多个副线圈时,n1I1=n2I2+n3I3+nnIn。互感P入=P出
2、易错辨析(1)变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。()(2)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。()(3)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。()应用提升1.一理想变压器如图所示,其原、副线圈匝数之比n1n2=41,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时,电流表A1的示数是10mA,那么电流表A2的示数是()A.40mAB.0C.10mAD.2.5mA答案B解析MN在匀强磁场中匀速运动,左侧回路电流恒定,右侧回路中无感应电流,所以A2示数为0。2.电流互感器是一种测量电路
3、中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器()A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流答案D二、远距离输电二、远距离输电1.输电过程(如图所示)2.输电导线上的能量损耗主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为Q=。3.电压损失(1)U=U-U;(2)U=。I2Rt IR4.功率损失(1)P=P-P;5.输送电流I2R 易错辨析(4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损耗。()(5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()(6)在输送电压
4、一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损耗越大。()应用提升3.(2022江苏徐州期末)下图为模拟远距离输电电路图,升压变压器的原、副线圈匝数之比为14,其原线圈两端的电压为12V;降压变压器的原、副线圈匝数之比为41,其副线圈两端的电压为11.5V。远距离输电线路的总阻值为1,两变压器均视为理想变压器。则升压变压器的输入功率为()A.24WB.48WC.92WD.96W答案D 4.(人教版教材选择性必修第二册P67习题改编)从发电站输出的功率为220kW,输电线的总电阻为0.05,用110V和11kV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是多少?答案1001旁栏边角人教
5、版教材选择性必修第二册P61阅读“科学漫步”无线充电技术,完成下面题目。(多选)手机无线充电是比较新颖的充电方式。电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。如图所示,当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电。在充电过程中()A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失答案AC解析送电线圈相当于变压器原线圈,受电线圈相当于变压器副线圈,是互感现
6、象;送电线圈接交变电流,受电线圈也产生交变电流,所产生的磁场呈周期性变化,A、C正确,B错误。由于没有闭合铁芯,传递能量过程中有能量损失,D错误。增素能增素能 精准突破精准突破考点一考点一理想理想变压器原、副器原、副线圈关系的圈关系的应用用名名师破破题理想变压器没有能量损失(铜损、铁损)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系 P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,与负载情况、副线圈个数无关电流关系只有一个副线圈时,电流和匝数成反比;有多个副线圈时,由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系 原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数
7、比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定【典例突破】【典例突破】典例1.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=223,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,额定电压为24V。定值电阻R1=10、R2=5,滑动变阻器R的最大阻值为10。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为()甲乙A.1B.5C.6D.8审题指导 关键词句获取信息原、副线圈匝数比n1n2=223匝数比已知,可求副线圈两端电压输入端a、b所接电压u如图乙所示由图乙可知输入电压图甲;灯泡L的电阻恒为15,额定电压为24
8、V。定值电阻R1=10、R2=5各用电器串并联关系和参数已知为使灯泡正常工作灯泡L两端电压为24V答案A根据串联分压规律可知,R1和R2、R构成的并联电路部分的分压为U=U2-UL=30V-24V=6V通过R1的电流为通过R2、R的电流为I2=IL-I1=1.6A-0.6A=1AR2、R的分压为U=I2(R2+R)解得滑动变阻器的阻值为A正确。【对点演练】【对点演练】1.(2023辽宁大连高三期末)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin100t(V)的交流电源上,副线圈接有R=55的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,交流电流表、交流电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A.电压表
9、的读数为110VB.电流表的读数为2AC.副线圈的输出功率为220WD.副线圈输出的交变电流的频率为100HzC2.(多选)(2023安徽合肥高三期末)在如图所示的电路中,变压器为理想变压器,电压表、电流表均为理想电表,给电路输入端通以正弦式交变电流,a、b、c三个灯泡均正常发光。灯泡a上标有“9V3W”字样,a、c两个灯泡完全相同,变压器原、副线圈的匝数之比为31,则()A.电流表的示数为AB.灯泡b的额定功率为9WC.电压表的示数为27VD.电路输入端的输入电压为36VCD3.(2022广东中山期末)如图所示,发电机线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的电动势e=100sin100t(V)。
10、线圈与理想升压变压器相连进行远距离输电,理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为52,降压变压器副线圈接入一台“220V1100W”的电动机,恰好正常工作,电动机内阻为10,输电线路总电阻为25,线圈及其余导线电阻不计,电表均为理想交流电表,则下列说法正确的是()A.图示位置时电压表示数为100VB.升压变压器原、副线圈匝数比为15C.输电线路中的电流是12.5AD.发电机线圈的输出功率为1200W答案D 考点二考点二理想理想变压器的器的动态分析分析师生共研生共研1.匝数比不变(如图甲所示)甲2.负载电阻不变(如图乙所示)乙【典例突破】【典例突破】典例2.如图所示,理想变压器原线圈接在u=Umsi
11、n(t+)的交流电源上,副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电影响。闭合开关S后()A.电流表A2的示数减小B.电压表V1的示数减小C.电压表V2的示数不变D.电流表A1的示数不变思维点拨该题属于匝数比不变的动态变化情形,开关S闭合时,相当于副线圈总的电阻减小,然后按照上面讲的一般步骤分析即可。答案A解析开关S闭合时,副线圈总的电阻减小,由于变压器的匝数比和输入的电压都不变,所以输出的电压也不变,即V1示数不变,但因副线圈的总电阻减小,则副线圈的总电流增大,则原线圈的电流增大,故A1的示数增大;由于副线圈的电流增大,故串联在副线圈的电阻R两端的电压增大,而副线圈的总电压不变,所以副线圈并联
12、部分的电压减小,即V2的示数减小,故电流表A2的示数减小,故A正确,B、C、D错误。考题点睛 考点考向点睛变压器动态分析基本电路规律:变压器副线圈的功率和电流决定原线圈的功率和电流方法:明确输出回路中电阻变化引起电流变化及功率变化,进一步推及原线圈回路模型:理想变压器模型,P入=P出、【对点演练】【对点演练】4.(2022广东深圳二模)下图是某风力发电节能路灯的电路简化图。风速为v时,交流发电机的电动势表达式为e=2vsint,能感应风速大小的调节器(不消耗副线圈电路的电能)可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动,使灯泡始终保持额定电压正常发光,下列说法正确的是()A.风速变大时,流过灯泡的电流
13、变大B.风速变大时,滑片P将向上移动C.风速变大时,变压器的输入电压变大D.风速变大时,变压器的输出电压变大答案C解析调节器可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动,使灯泡始终保持额定电压正常发光,所以风速变大时,流过灯泡的电流不变,变压器的输出电压不变,故A、D错误;由题意可知e=2vsint,所以风速变大时,交流发电机的电动势变大,则变压器的输入电压变大,故C正确;由变压器原、副线圈电压与匝数关系,可知,输入电压U1增大,输出电压U2不变,原线圈匝数不变时,副线圈的匝数应减小,则滑片P向下移动,故B错误。5.如图所示,一理想变压器的原线圈接有电压为U的交变电流,副线圈接有电阻R1、光敏电阻R2
14、(阻值随光照增强而减小),开关S开始时处于闭合状态,下列说法正确的是()A.当光照变弱时,变压器的输入功率增加B.当滑片P向下滑动时,电阻R1消耗的功率增加C.当开关S由闭合到断开,原线圈中电流变大D.当U增大时,副线圈中电流变小答案B考点三考点三远距离距离输电师生共研生共研远距离输电问题的“三二一”1.三个回路(如图)在回路2中,U2=U+U3,I2=I线=I3。2.两个联系3.一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4。【典例突破】【典例突破】典例3.一台发电机最大输出功率为8000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=2k,到目的地经变压器T2降压,负载为多
15、个正常发光的灯泡,每个灯泡额定电压220V,额定功率72W,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的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态。(1)变压器T1和T2的匝数比分别为多少?(2)发电机处于满负荷工作状态时可供多少盏灯泡正常发光?思维点拨 (1)根据输入功率求出输入电流,根据损失功率求出输出电流,从而求出变压器T1的匝数比,根据变压比求出升压变压器的输出电压,再求出输电线上的电压损失,进而求出降压变压器的输入电压,即可得到降压变压器的匝数比。(2)由于降压变压器的负载能正常工作,求出用户得到的功率,从而确定可供多少盏灯泡正常发光。升压变压器的输出电压U2=41
16、05V输电线上的电压损失U损=I2R=4104V降压变压器的输入电压U3=U2-U损=3.6105V用户得到的电压即为降压变压器的输出电压U4=220V(2)用户得到的功率P3=P2-10%P2=7.2106W素养点拨 输电线路功率损失的四种计算方法(1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P(P为输送功率,P为用户所得功率)。【对点演练】【对点演练】6.(2023广东广州期末)我国远距离输送交变电流用的电压有110kV、220kV和330kV,输电干线已经采用500kV的超高压,西北电网的电压甚至达到750kV,远距离输电线路的示意图如图所示,若输送的总功率为P,输电电压为U,输电线的总电阻为R,则下列说法正确的是()A.采用高压输电是为了加快输电的速度B.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D解析采用高压输电是为了减少能量的损失,故A错误。由于输电线上有电压损失,则升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压,故B错误。7.(2023广东一模)下图是特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分),则以下说法正确的
