【物理】2020届一轮复习人教版理想变压器远距离输电学案

【物理】2020届一轮复习人教版理想变压器远距离输电学案

‎1.交变电流的产生及其各物理量的变化规律，应用交流电的图象解决问题．‎ ‎2．利用有效值的定义，对交变电流的有效值进行计算．‎ ‎3．理想变压器原、副线圈中电流、电压、功率之间的关系应用，变压器动态变化的分析方法．‎ ‎4．远距离输电的原理和相关计算．‎ ‎5．传感器的简单使用，能够解决与技、社会紧密结合的问题.‎ ‎6．高考对本章知识的考查主要体现在“三突出”：①突出考查交变电流的产生过程；②突出考查交变电流的图象和交变电流的四值；③突出考查变压器，对变压器的原理理解的同时，还要掌握变压器的静态计算和动态分析，远距离输电也要重视。对本专题知识点高考每年必考．命题频率较高的知识点 有交变电流的变化规律(包括图象)、最大值与有效值等，以选择题的形式出现。变压器的原理，电压比、电流比及功率关系是考查的重点；将本章知识与电磁感应等结合的力、电综合题，或考查与本章知识有关的实际应用。‎ 第48讲 理想变压器远距离输电 ‎1.理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算.‎ ‎2.能够对变压器进行动态分析.‎ ‎3.会分析计算远距离输电问题．‎ 一、理想变压器 ‎1． 工作原理 互感现象．‎ ‎2． 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，＝….‎ ‎(3)电流关系：只有一个副线圈时，.‎ 由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋….‎ ‎3． 几种常用的变压器 ‎(1)自耦变压器——调压变压器．‎ ‎(2)互感器 ‎4． 理想变压器的理解 ‎(1)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(如图所示)‎ ‎2．输送电流 ‎(1)I＝；(2)I＝.‎ ‎3．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.‎ ‎4．电压损失 ‎(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR.&‎ ‎5． 功率损失 ‎(1)ΔP＝P－P′；(2)ΔP＝I2R＝()2R ‎6． 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＝ρ可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，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P＝UI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 ‎1． 基本关系 ‎(1)P入＝P出；‎ ‎(2) ，有多个副线圈时，仍然成立．‎ ‎(3) ，电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用．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．‎ ‎(4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同．‎ ‎2． 制约关系 ‎(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．￥‎ ‎3.两种特殊的变压器模型 ‎（1）自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用．‎ ‎（2）互感器 分为：电压互感器和电流互感器，比较如下：‎ 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在待测高流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 利用的公式 I1n1＝I2n2‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、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U1、U2、I1、I2均为有效值．‎ ‎2．解决变压器问题的三种思路 ‎(1)电压：变压器原、副线圈的电压之比为；当变压器有多个副线圈时，＝….‎ ‎(2)功率：理想变压器的输入、输出功率为P入＝P出，当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋….‎ ‎(3)电流：由知，对只有一个副线圈的变压器有，当变压器有多个副线圈时有n1I1＝n2I2＋n3I3＋….‎ ‎★典型案例★如图，理想交压器原线图接电压u=311sinl00πt(V)的电源，副线圈上的灯L正常工作，灯上标有“110V 100W”字样，副线圈匝数=110匝，则原线圈匝数和电路中电流表的读数I约为（ ）‎ A． 311匝，0.32A B． 311匝，2.57A C． 220匝，1.82A D． 220匝，0.45A ‎【答案】 D ‎【解析】输入电压的有效值为：，根据变压比：，代入数据解得：，副线圈的电流为：，根据理想变压器电流比：，代入数据可得电流表的示数为：，故D正确，ABC错误。‎ ‎★针对练习1★如图所示，为了浴室用电安全，某同用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5:1，原线圈输入交变电压u=311sinl00πt(V)，已知照明灯额定功率为44W，排气扇电动机内阻为lΩ，电流表示数为2A，各用电器均正常工作，电表均为理想表。则 A． 电压表示数为62V B． 变压器的输入功率为186W C． 排气扇输出功率为43W D． 保险丝熔断电流不得低于2A ‎【答案】 C 点睛：此题是关于变压器及交流电的计算；关键是知道电表的读数以及电功率的计算都是交流电的有效值；知道有电动机的问题中的能量转化关系.*‎ ‎★针对练习2★如图所示,理想变压器原线圈上连接着在水平面内的长直平行金属导轨,导轨之间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,金属杆MN垂直放置在导轨上,且接触良好.移动变压器副线圈上的滑动触头可改变副线圈匝数,副线圈上接有一只理想电压表,滑动变阻器R的总阻值大于定值电阻R0的阻值,线圈L的直流电阻、导轨和金属杆的电阻都忽略不计.现在让金属杆以速度的规律在导轨上左右来回运动（T为金属杆运动的周期）,两灯A、B都发光.下列说法中正确的是(  )‎ A． 只增大T,则灯A变暗、灯B变亮 B． 当时间t=T时,两灯都亮着,电压表的示数为零 C． 只将变阻器R的滑片下滑时,通过副线圈的电流减小,电压表的示数变大 D． 只增大v0,两灯都变亮,杆MN来回运动的最大距离变小 ‎【答案】 A 考点二 理想变压器的动态分析 解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法 ‎（1）分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定．‎ ‎（2）分析该类问题的一般思维流程是：‎ ‎★重点归纳★‎ 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况．‎ ‎（1）匝数比不变的情况 ‎①U1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，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．‎ ‎③I2变化引起P2变化，由P1＝P2知P1发生变化．‎ ‎（2）负载电阻不变的情况 ‎①U1不变，发生变化，U2变化．‎ ‎②R不变，U2变化，I2发生变化．‎ ‎③根据和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化．‎ ‎★典型案例★如图所示，T为理想变压器，原、副线圈匝数比为5∶1. A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小)，原线圈两端电压u＝(V)，以下说法正确的是 A． 当光照增强时，电压表V1示数为V保持不变 B． 当光照增强时，电压表V2示数变大 C． 通过电流表A1的电流方向每秒变化50次 D． 当光照增强时，电流表A1、A2示数同时变大 ‎【答案】 D 点睛：电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法. #‎ ‎★针对练习1★如图所示，理想变压器原线固输人电压，副线固电路中R是滑动变阻器，初始时刻滑片P处在正中间位置，、、为三个相同的小灯泡，不考虑灯泡的电阻随电压电流的变化。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是 A． I1和I2表示电流的瞬时值 B． U1和U2表示电压的最大值 C． 滑片P向左滑动过程中，U2不变、I1变大 D． 滑片P向右滑动过程中，U2不变、I1变小 ‎【答案】 C 点睛：此题关键是知道在次级滑动变阻器的电路中，当滑片在中点时电阻最大，偏离中点越多电阻越小；变压器次级电压是由匝数比和初级电压决定的.‎ ‎★针对练习2★如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B，匝数为N，面积为S的矩形线圈绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，不计线圈电阻，线圈通过电刷与一理想变压器原副线圈还有一个定值电阻R相连，变压器的原副线圈的匝数分别为，A为理想交流电流表，为两个完全相同的电灯泡，灯泡的额定电压为，则以下说法正确的是 A． 从图示位置开始计时，线框内产生的交变电流的电动势随时间的瞬时值表达式为 B． 若灯泡正常发光，则理想变压器原副线圈的匝数比为 C． 当S断开后，L1亮度不变 D． 当S断开后，电流表的示数比断开前大 ‎【答案】 C ‎【点睛】对于理想变压器，有，且副线圈输出功率决定原线圈输入的输入功率，两者相等．‎ 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9为例)‎ ‎(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3.‎ ‎(2)电压、电流关系：，，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．‎ ‎(3)输电电流：.‎ ‎(4)输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝IR线＝R线．‎ 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 ‎★重点归纳★‎ 远距离输电问题的“三二一”‎ ‎（1）理清三个回路 ‎（2）抓住两个联系 ‎①理想的升压变压器联系了回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是，，P1＝P2.‎ ‎②理想的降压变压器联系了回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是，，P3＝P4.‎ ‎（3）掌握一个守恒 能量守恒关系式P1＝P损＋P3‎ ‎★典型案例★某发电厂的发电机组输出的电压恒为400 V，将其通过升压变压器升压后加在输电线上向距离较远的用户端变电站供电，输电线总电阻为5Ω，当输送的电功率恒为200 kW时，发电厂提供的电能与用户端消耗的电能不相等，二者在一个小时内相差50度电，则下列说法正确的是 A． 输电线上损失的功率为50 W B． 供电端升压变压器的匝数比为1：5‎ C． 输电线上损失的电压为50 V D． 若输电功率增大，则输电线上损失的功率将会减小 ‎【答案】 B ‎【解析】输电线上损失的功率，选项A错误；，解得U=2000V，升压变压器的匝数比为：40:2000=1:5，选项B正确；根据，解得∆U=500V，选项C错误；输电电压不变，若输电功率变大，则输电电流变大，输电线上损失的功率变大，选项D错误；故选B.‎ ‎★针对练习1★（多选）在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，当发电厂输出功率随用电高峰而增大时，‎ A． 升压变压器的输出电压增大 B． 降压变压器的输出电压增大 C． 输电线上损耗的功率增大 D． 输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 ‎【答案】 CD ‎【解析】‎ ‎★针对练习2★在远距离输电时，要尽量考虑减少输电线上的功率损失。有一个电站，输送的电功率P＝500kW，当使用U＝5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜表示数相差4800kW·h。求：‎ ‎(1)输电效率η和输电线总电阻r。‎ ‎(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电。‎ ‎【答案】 (1)60%，20Ω　 (2)22.4kV ‎【解析】‎ 试题分析：（1）由于输送功率为，一昼夜输送电能度，终点得到的电能度，&‎ 因此效率．‎ 考点：远距离输电．‎ 点评：输电线上的损失功率与其电流的平方成正比，而与输电线两端的电压的平方成反比．‎