【物理】2018届一轮复习苏教版第10章第2节变压器电能的输送教案

【物理】2018届一轮复习苏教版第10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(如图1021所示)‎ 图1021‎ 变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成．‎ ‎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1022所示)‎ 图1022‎ ‎2．电压损失 ‎(1)ΔU＝U－U′　(2)ΔU＝IR ‎3．功率损失 ‎(1)ΔP＝P－P′　(2)ΔP＝I2R＝2R ‎4．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．‎ 知识点3　传感器的简单应用 ‎1．传感器 将输入的非电学量，如力、热、磁、光、声等，转换为电学量的装置．‎ ‎2．传感器的工作原理 非电学量传感器敏感元件转换元件转换电路电学量 ‎3．四类常见的敏感元件 ‎(1)光敏电阻：在被光照时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．‎ ‎(2)热敏电阻 ‎①正温度系数热敏电阻：温度升高电阻增大．‎ ‎②负温度系数热敏电阻：温度升高电阻减小．‎ ‎(3)金属热电阻：电阻率随温度的升高而增大．‎ ‎(4)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UH＝k.‎ ‎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(　　) 【导学号：96622179】‎ 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 ‎【答案】　BC ‎3．(变压器规律的应用)(多选)(2017·无锡模拟)如图1023所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和‎2.2 A．以下判断正确的是(　　)‎ 图1023‎ A．变压器输入功率为484 W B．通过原线圈的电流的有效值为‎0.6 A C．通过副线圈的电流的最大值为‎2.2 A D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3‎ ‎【答案】　BD ‎4．(远距离输电电损的理解)远距离输电时，在输送电功率不变的条件下(　　) 【导学号：96622180】‎ A．只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率 B．提高输电电压，能减小电流，提高输电效率 C．提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗 D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流 ‎【答案】　B ‎[核心精讲]‎ ‎1．变压器的工作原理 ‎2．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．(多选)如图1024所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2，原线圈的两端a、b接正弦式交流电源，电压表的示数为220 V，负载电阻R1＝66 Ω，R2＝33 Ω，电流表的示数为‎0.4 A．则下列判断中正确的是(　　)‎ 图1024‎ A．原、副线圈的匝数比为1∶10‎ B．原、副线圈的匝数比为5∶1‎ C．电流表的示数为‎2 A D．电流表的示数为‎0.4 A BC　负载电阻R1＝66 Ω，R2＝33 Ω，并联后的电阻为R＝22 Ω，变压器输入功率P1＝U1I1＝P2＝IR，所以电流表的示数为I2＝＝‎2 A，C正确，D错误；原、副线圈的匝数比n1∶n2＝I2∶I1＝5∶1，A错误，B正确．‎ ‎2．(2016·全国乙卷)一含有理想变压器的电路如图1025所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，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(　　) 【导学号：96622181】‎ 图1025‎ 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．‎ ‎[名师微博]‎ 关于理想变压器的四点注意 ‎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．‎ ‎[核心精讲]‎ ‎1．匝数比不变的情况(如图1026所示)‎ 图1026‎ ‎(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．‎ ‎(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1027所示)‎ 图1027‎ ‎(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．‎ ‎[师生共研]‎ ‎　(2015·安徽高考)如图1028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，观察到电流表的示数增大了‎0.2 A，电流表的示数增大了‎0.8 A，则下列说法正确的是(　　)‎ 图1028‎ A．电压表示数增大 B．电压表、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 ‎【合作探讨】‎ ‎(1)滑片移动时，的示数变了.的示数变吗？‎ 提示：的示数由的决定，故不变．‎ ‎(2)、的示数均变大了，变压器的输入功率P1、输出功率P2如何变？两者的关系如何变？‎ 提示：P1、P2均变大，但P1＝P2不变．‎ D　电压表的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时示数不变，选项A错误；电压表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，故示数不变，示数为示数减去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．‎ 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．‎ ‎[题组通关]‎ ‎3．(多选)(2017·徐州模拟)如图1029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1029‎ 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．‎ ‎4．(多选)如图10210所示，变压器输入有效值恒定的电压，副线圈匝数可调，输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器)，R表示输电线的电阻，则(　　) 【导学号：96622182】‎ 图10210‎ A．用电器增加时，变压器输出电压增大 B．要提高用户的电压，滑动触头P应向上滑 C．用电器增加时，输电线的热损耗减少 D．用电器增加时，变压器的输入功率增加 BD　由于变压器原、副线圈匝数不变，而且输入电压不变，因此增加负载不会影响输出电压，A错误；根据变压器原理可知输出电压U2＝U1，当滑动触头P向上滑时，n2增大，所以输出电压增大，B正确；由于用电器是并联的，因此用电器增加时总电阻变小，输出电压不变，总电流增大，故输电线上热损耗增大，C错误；用电器增加时总电阻变小，总电流增大，输出功率增大，所以输入功率增大，D正确．‎ ‎[核心精讲]‎ ‎1．理清三个回路 图10211‎ 远距离输电电网间的基本结构，如图10211所示．输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路．在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，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．掌握一个能量守恒定律 发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户．‎ ‎[师生共研]‎ ‎　(2015·福建高考)图10212为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)‎ 图10212‎ A.　　　　　 B. C．422r D．422r C　升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1＝；由变压关系可得 eq f(U1,U2)＝，则U2＝；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2＝＝，则输电线上损失的电功率为ΔP＝I(2r)＝，故选项C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，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为线路上的电流．‎ ‎[题组通关]‎ ‎5．如图10213所示为远距离输电的原理图，变压器均为理想变压器，图中标出了各部分的电压和电流，输电线总电阻为R，以下结论正确的是(　　)‎ 图10213‎ A．I2＝ B．U2I2＝U4I4‎ C．若用户的用电功率变大，则U4变大 D．若用户的用电功率变大，则I1变大 D　在输电的回路中，有U2＝I2R＋U3，输电线上损失的电压小于升压变压器的输出电压，A错误；升压变压器的输入功率为总功率，等于输电线上的损耗功率和用户得到的功率之和，B错误；电厂输出的电压U1不变，则U2不变，若用户的用电功率变大，则输电电流变大，那么输电线上损失的电压变大，用户得到的电压变小，C错误，D正确．‎