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第2講 變壓器 電能的輸送 變壓器是由 和繞在鐵芯上的兩個 組成的 如圖10 2 1所示 圖10 2 1 一 變壓器 1 主要構(gòu)造 閉合鐵芯 線圈 1 原線圈 與 連接的線圈 也叫 線 圈 交流電源 初級 2 副線圈 與 連接的線圈 也叫 線圈 2 工作原理 負載 次級 1 電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā) 由于電流的 在不斷變化 鐵芯中的磁場也在不斷 變化 磁場 大小 方向 感應(yīng)電動勢 2 變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生 所以盡管兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連 副線圈也能夠輸出電流 3 是變壓器工作的基礎(chǔ) 互感現(xiàn)象 3 理想變壓器不考慮銅損 鐵損和漏磁的變壓器 即它的輸入功率和 相等 輸出 4 幾種常用的變壓器 1 自耦變壓器 調(diào)壓變壓器 功率 P入 P出 U2I2 U3I3 UnIn 基礎(chǔ)檢測 1 多選 2014年新課標(biāo)卷 如圖10 2 2所示 一理想變壓器原 副線圈的匝數(shù)分別為n1 n2 原線圈通過一理想電流表接正弦交流電源 一個二極管和阻值為R的負載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端 假設(shè)該二極管的正向電阻為零 反向電阻為無窮大 用交流電壓表測得a b端和c d端的電壓分別為Uab 和Ucd 則 圖10 2 2 A Uab Ucd n1 n2 B 增大負載電阻的阻值R 電流表的讀數(shù)變小C 負載電阻的阻值越小 cd間的電壓Ucd越大D 將二極管短路 電流表的讀數(shù)加倍答案 BD 1 減少損耗的方法 1 減小電阻率 現(xiàn)有的導(dǎo)線多為鋁導(dǎo)線 可改為銅 但價格太高 減小距離 但可行性不大 增大導(dǎo)線橫截面積 有局限性 并且耗費材料 2 在輸出功率不變的情況下 要減小電流 必須提高電壓 即采用高壓輸電 二 電能的輸送 減小電阻 減小電流 2 遠距離輸電的經(jīng)典模型 如圖10 2 3所示 圖10 2 3 基礎(chǔ)檢測 2 2015年福建卷 如圖10 2 4所示為遠距離輸電示意圖 兩變壓器均為理想變壓器 升壓變壓器T的原 副線圈匝數(shù)分別為n1 n2 在T的原線圈兩端接入一電壓u Umsin t的交流電源 若輸送電功率為P 輸電線的總電阻為2r 不考慮其他 圖10 2 4 因素的影響 則輸電線上損失的電功率為 答案 C 考點1關(guān)于理想變壓器的計算問題 重點歸納 解答本類問題需注意 1 基本關(guān)系中U1 U2 I1 I2均指有效值 2 當(dāng)原線圈中串聯(lián)電阻時 U1為加在原線圈兩端的電壓 并不是電源的電壓 3 只有一個副線圈的變壓器電流與匝數(shù)成反比 多個副線 圈的變壓器沒有這種關(guān)系 4 無論哪種情況 處理此類問題的關(guān)鍵都是要分清變量和 不變量 典例剖析例1 2015年新課標(biāo)卷 一理想變壓器的原 副線圈的匝數(shù)比為3 1 在原 副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻 原線圈一側(cè)接在電壓為220V的正弦交流電源上 如圖10 2 5所示 設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為U 原 副線 圈回路中電阻消耗的功率的比值為k 則 圖10 2 5 A U 66V k 19 B U 22V k 19 C U 66V k 13 D U 22V k 13 思維點撥 解答本題需注意到 原線圈中串有電阻 故原線圈兩端的電壓不等于電源電壓 答案 A 考點練透 1 2015年貴州一模 如圖10 2 6甲所示電路 理想變壓器原線圈輸入電壓如圖乙所示 副線圈電路中R0為定值電阻 R是滑動變阻器 C為耐壓值為22V的電容器 所有電表均為理 想電表 下列說法正確的是 甲 乙 圖10 2 6 A 副線圈兩端電壓的變化頻率為0 5HzB 電流表的示數(shù)表示的是電流的瞬時值 C 滑動片P向下移時 電流表和示數(shù)均增大 D 為保證電容器C不被擊穿 原副線圈匝數(shù)比應(yīng)小于 10 1 答案 C 2 多選 2015年海南卷 如圖10 2 7所示 一理想變壓器原 副線圈匝數(shù)比為4 1 原線圈與一可變電阻串聯(lián)后 接入一正弦交流電源 副線圈電路中固定電阻的阻值為R0 負載電阻的阻值R 11R0 是理想電壓表 現(xiàn)將負載電阻的阻值減小為R 5R0 保持變壓器輸入電流不變 此時電壓表讀數(shù)為5 0V 則 圖10 2 7A 此時原線圈兩端電壓的最大值約為34VB 此時原線圈兩端電壓的最大值約為24VC 原線圈兩端原來的電壓有效值約為68VD 原線圈兩端原來的電壓有效值約為48V 答案 AD 考點2電能輸送的計算 重點歸納1 知識歸納 1 電壓關(guān)系 2 輸電過程功率的關(guān)系 2 解題方法 1 有關(guān)遠距離輸電問題 應(yīng)先畫出遠距離輸電的示意圖 并將已知量和待求量寫在示意圖的相應(yīng)位置 2 以變壓器為分界將整個輸電電路劃分為幾個獨立回路 各回路分別結(jié)合歐姆定律 串 并聯(lián)的特點及電功 電功率等物理量進行計算 聯(lián)系各回路的是原 副線圈電壓 電流與匝數(shù)的關(guān)系及輸入功率等于輸出功率的關(guān)系 典例剖析例2 2014年四川卷 如圖10 2 8所示 甲是遠距離的輸 電示意圖 乙是發(fā)電機輸出電壓隨時間變化的圖象 則 圖10 2 8A 用戶用電器上交流電的頻率是100HzB 發(fā)電機輸出交流電的電壓有效值是500VC 輸電線的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定D 當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時 輸電線上損失的功率減小 答案 D 備考策略 遠距離輸電一般會結(jié)合實際情景出題 信息包含量有時可能會比較多 所以在審題時要注意快速捉住要點 把已知的物理量以及待求的物理量在遠距離輸電原理圖上標(biāo)出 這樣就不會造成混亂 考點練透 圖10 2 9 A 通過R0電流的有效值是20A B 降壓變壓器T2原副線圈的電壓比為4 1 C 升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓D 升壓變壓器T1的輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入功率 答案 ABD 4 如圖10 2 10所示 某小型發(fā)電站發(fā)電機輸出的交流電壓為500V 輸出的電功率為50kW 用電阻為3 的輸電線向遠處送電 要求輸電線上損失功率為輸電功率的0 6 則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器 到達用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20V供用戶使用 兩個變壓器均為理想變壓器 對整個送電過程 下列說法正確的是 圖10 2 10 A 輸電線上的損失功率為300WB 升壓變壓器的匝數(shù)比為1 100C 輸電線上的電流為100A D 降壓變壓器的輸入電壓為4700V 解析 輸電線上的損失功率為0 6 50kW 300W 選項A正確 由I2R 300W可得輸電線上電流I 10A 升壓變壓器原線圈的電流為100A 升壓變壓器的匝數(shù)比為1 10 選項B C錯誤 輸電線損失電壓為IR 30V 降壓變壓器的輸入電壓為4970V 選項D錯誤 答案 A 方法 理想變壓器動態(tài)問題的分析方法 1 匝數(shù)比不變的情況 如圖10 2 11所示 圖10 2 11 2 負載電阻不變的情況 如圖10 2 12所示 圖10 2 12 例3 2015年安徽卷 如圖10 2 13所示的電路中 變壓器為理想變壓器 a b接在電壓有效值不變的交流電源兩端 R0為定值電阻 R為滑動變阻器 現(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一個位置 觀察到電流表的示數(shù)增大了0 2A 電流 表的示數(shù)增大了0 8A 則下列說法正確的是 A 電壓表 示數(shù)增大 B 電壓表 示數(shù)均增大 C 該變壓器起升壓作用 D 變阻器滑片是沿c d的方向滑動 圖10 2 13 審題突破 滑片P移動改變負載電阻的大小 從而改變副 線圈中的電流 功率 改變原線圈中的電流 答案 D 觸類旁通 圖10 2 14 A 副線圈輸出電壓的有效值為22V B 滑片P向左移動時 變壓器的輸出功率增加 C 滑片P向右移動時 為保證燈泡亮度不變 需將滑片 M向上移 D 滑片M向上移動時 為保證燈泡亮度不變 需將滑片 P向左移 答案 AD