【物理】2018届一轮复习人教版第11章第2节　变压器　电能的输送教案

【物理】2018届一轮复习人教版第11章第2节　变压器　电能的输送教案

第2节　变压器　电能的输送 知识点1　理想变压器 ‎1．构造和原理(如图1121所示)‎ ‎(1)构造：‎ 图1121‎ 变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成．‎ ‎(2)原理：电磁感应的互感现象．‎ ‎2．基本关系 ‎(1)电压关系：＝.‎ ‎(2)功率关系：P入＝P出．‎ ‎(3)电流关系：①只有一个副线圈时：＝.‎ ‎②有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.‎ 知识点2　远距离输电 ‎1．输电过程(如图1122所示)‎ 图1122‎ ‎2．电压损失 ‎(1)ΔU＝U－U′　(2)ΔU＝IR ‎3．功率损失 ‎(1)ΔP＝P－P′　(2)ΔP＝I2R＝ ‎4．输送电流 ‎(1)I＝　(2)I＝ ‎5．减少输电线上电能损失的方法 ‎(1)减小输电线的电阻R线．由R线＝ρ知，可采用加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．‎ ‎(2)减小输电导线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压．‎ ‎1．正误判断 ‎(1)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．(×)‎ ‎(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．(×)‎ ‎(4)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．(√)‎ ‎(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)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大．(√)‎ ‎2．[理想变压器原理的理解](多选)理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈两端接通交流电源，则(　　)‎ A．原、副线圈中电流频率之比f1∶f2＝10∶1‎ B．原、副线圈两端电压之比为U1∶U2＝10∶1‎ C．原、副线圈内交变电流之比I1∶I2＝1∶10‎ D．变压器输入和输出功率之比P1∶P2＝10∶1‎ BC　[根据变压器的电压比＝和电流比＝可知选项B、C是正确的；对于理想变压器，不改变电流的频率，输入与输出的功率应相等，即P1＝P2，所以选项A、D是错误的．]‎ ‎3．[2017·庄河模拟](多选)在如图1123所示的电路中，在ab两端输入稳定的正弦交流电，变压器原线圈中的电流为I1，电压为U1，输入功率为P1‎ ‎，副线圈中的电流为I2，电压为U2，输出功率为P2，则在滑动变阻器滑片移动的过程中，下列图象关系正确的有(B图中曲线为双曲线的一支，D图中曲线为抛物线)‎ 图1123‎ A　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D AC　[由原、副线圈的电压与匝数关系＝可知，U1与U2成正比，选项A正确；由原、副线圈的电流与匝数关系＝可知，I1与I2成正比，选项B错误；由P1＝P2＝＝，可知选项C正确，D错误；故选A、C.]‎ ‎4．[远距离输电电损的特点](多选)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(　　) ‎ ‎【导学号：92492389】‎ A．输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B．输送电压越高，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 AC　[输电线路上损失电压ΔU＝Ir，在r一定时，ΔU和I成正比，若U越高，I＝，I越小，那么ΔU越小．输电线路上损失的功率ΔP＝I2r，当P一定时，I＝，所以ΔP＝()2r，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故A、C正确．]‎ 理想变压器原理和基本关系 理想变压器的基本关系 理想变压器 ‎①没有能量损失(铜损、铁损)‎ ‎②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：＝ 电流关系 只有一个副线圈时，电流和匝数成反比：＝ 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和匝数比决定 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 电流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定 ‎[题组通关]‎ ‎1．(2016·全国乙卷)一含有理想变压器的电路如图1124所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，○A 为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为(　　)‎ 图1124‎ A．2　　 B．3　　 　　C．4　　 　　D．5‎ B　[设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.‎ 根据变压器的输入功率等于输出功率得 UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)‎ ‎4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2‎ 联立两式代入数据解得k＝3‎ 选项B正确．]‎ ‎2．(2017·黄冈模拟)如图1125所示，一理想变压器的原线圈接在电压有效值为220 V的正弦式交流电源上，两副线圈匝数分别为n2＝16，n3＝144，通过理想二极管(具有单向导电性)、单刀双掷开关与一只“36 V　18 W”的灯泡相连(灯泡电阻不变)，当开关接1时，灯泡正常发光，则下列说法中不正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：92492390】‎ 图1125‎ A．原线圈的匝数为880‎ B．当开关接2时，灯泡两端电压的有效值为20 V C．当开关接2时，灯泡消耗的功率约为18 W D．当开关接2时，灯泡消耗的功率约为11 W C　[由＝得n1＝880，所以选项A正确；当开关接2时，有＝，解得U＝40 V，设交流电的周期为T，由·＝T，可得灯泡两端电压的有效值为U′＝20 V，灯泡电阻为R＝＝72 Ω，灯泡消耗的实际功率为P＝＝ W≈11 W，即选项C错误，B、D正确．]‎ 关于理想变压器的四点注意 ‎1．变压器不能改变直流电的电压．‎ ‎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．‎ 理想变压器的动态分析 ‎1．匝数比不变的情况(如图1126所示)‎ ‎(1)U1不变，根据＝，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变．‎ 图1126‎ ‎(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化．‎ ‎(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化．‎ ‎2．负载电阻不变的情况(如图1127所示)‎ 图1127‎ ‎(1)U1不变，发生变化，U2变化．‎ ‎(2)R不变，U2变化，I2发生变化．‎ ‎(3)根据P2＝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．‎ ‎[多维探究]‎ ‎●考向1　匝数比不变、负载变化的情况 ‎1．(2015·安徽高考)如图1128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，R0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A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是(　　)‎ 图1128‎ A．电压表V1示数增大 B．电压表V2、V3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 D　[电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，选项A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，两线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，选项B错误；理想变压器U1I1＝U2I2，则U1ΔI1＝U2ΔI2，ΔI2＞ΔI1，故U2＜U1，变压器为降压变压器，选项C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，选项D正确．]‎ ‎●考向2　负载和匝数比都变化的情况 ‎2．(多选)(2017·杭州模拟)如图1129所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝220sin 100πt V，则(　　)‎ 图1129‎ A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22 V B．当t＝ s时，电压表V0的读数为220 V C．单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小 D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小 BC　[当单刀双掷开关与a连接时，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶‎ ‎1，副线圈输出电压为U2＝22 V，但电压表V1示数小于U2，故A错误；当t＝ s时，电压表V0的读数为有效值220 V，故B正确；单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，电路的总电阻变大，由于副线圈输出电压U2是由变压器决定的，所以电流表示数变小，电压表V1示数变大，故C正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变为5∶1，副线圈输出电压U2变大，电流表和电压表V1的示数均变大，故D错误．]‎ 理想变压器动态分析的方法 ‎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的关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析、判定．‎ ‎2．电压、电流、功率之间的制约关系 ‎(1)U1决定U2　(2)I2决定I1　(3)P2决定P1‎ ‎3．可以把理想变压器的副线圈看做是给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．‎ 远距离输电 ‎1.理清三个回路 图11210‎ 在每个回路中，变压器的原线圈是电源回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串、并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁．‎ ‎2．抓住两个联系 ‎(1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：＝，I1n1＝I2n2，P1＝P2.‎ ‎(2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：＝，I3n3＝I4n4，P3＝P4.‎ ‎3．掌握一个守恒 能量守恒关系式：P1＝P线损＋P用户．‎ ‎[母题]　(2014·浙江高考)如图11211所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则(　　)‎ 图11211‎ A．用户端的电压为 B．输电线上的电压降为U C．理想变压器的输入功率为Ir D．输电线路上损失的电功率为I1U ‎【自主思考】　(1)如何计算电阻r两端的电压？‎ 提示：两种方法，ΔU＝U－U1或ΔU＝I1r.‎ ‎(2)如何计算输电过程中的电功率损失？‎ 提示：三种方法，ΔP＝P入－P出或ΔP＝I1(U－U1)或ΔP＝Ir.‎ A　[理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，则有I1U1＝I2U2，U2＝，选项A正确；输电线上的电压降为ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率为P＝I1U1，选项C错误；输电线路上损失的电功率为ΔP＝Ir，选项D错误．]‎ ‎[母题迁移]‎ ‎(2017·保定模拟)如图11212为远距离输电示意图，升压变压器T1的原、副线圈匝数比为n1∶n2＝k∶1，降压变压器T2的原、副线圈匝数比为n3∶n4＝1∶k，在T1的原线圈两端接入一内阻为k2r、电动势e＝Emsin ωt的交流电源，两条输电线的总电阻为r，假设用户处的总电阻为R，不考虑其他因素的影响，两变压器均为理想变压器，则输电线上损失的电功率为(　　) ‎ ‎【导学号：92492391】‎ 图11212‎ A. B． C. D． A　[由题意可知降压变压器原线圈有＝＝R＝，同理，升压变压器原线圈有＝(＋r)＝R＋k2r，‎ 又＝＝－k2r，‎ 联立解得输电线上的电流I2＝，‎ 则输电线上损失的电功率Pr＝Ir＝，A正确．]‎ 输电线路功率损失的计算方法 ‎1．P损＝P－P′，P为输送的功率，P′为用户所得功率．‎ ‎2．P损＝IR线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻．‎ ‎3．P损＝，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻．‎ ‎4．P损＝ΔUI线．‎