第2講　變壓器　電能的輸送(含實驗15　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系)
1.掌握探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的原理和操作,了解實驗誤差。2.掌握變壓器的規(guī)律,會分析變壓器的動態(tài)變化問題。3.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理,會計算輸電線的損失電壓、功率和輸送功率等。
考點1　實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
【典例1】　(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值,指針分別對應(yīng)圖乙中的a、b位置,則A線圈的電阻為__________Ω,由此可推斷________(填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多。
(2)如果把它看作理想變壓器,現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù),提供的器材有:一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源,請完成實驗步驟的填空:①用絕緣導(dǎo)線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈;②將________(填“A”或“B”)線圈與低壓交流電源相連接;③用多用電表的________擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U;④A線圈的匝數(shù)為________。
1.構(gòu)造和原理。(1)構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由_________和繞在鐵芯上的_________組成的。(2)原理:電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。
考點2　理想變壓器的原理及應(yīng)用
U2I2+U3I3+…+UnIn
3.兩種特殊的變壓器。(1)自耦變壓器:自耦變壓器又稱調(diào)壓器,它只有一個線圈,其中的一部分作為另一個線圈,當(dāng)交流電源接不同的端點時,它可以升壓也可以降壓,變壓器的基本關(guān)系對自耦變壓器均適用,如圖所示。
(2)互感器:分為電壓互感器和電流互感器,兩者比較如下
1.理想變壓器的制約關(guān)系。
考向2　原線圈接入用電器的變壓器問題【典例3】　在如圖所示的電路中,理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為2∶1,四個完全相同的燈泡額定電壓為U,若已知燈泡L3和L4恰能正常工作,那么(　　)A.L1和L2不能正常工作B.輸入端電壓U0=4UC.若減小輸入端電壓U0則L1和L2變得更亮D.因原線圈連接有燈泡,所以原線圈輸入功率不等于副線圈輸出功率
解析　設(shè)燈泡的額定電流為I,由于L3和L4恰能正常工作,副線圈的電流為2I,由于變壓器電流與匝數(shù)成反比,可知原線圈的電流為I,L1和L2與原線圈串聯(lián)電流為I,能正常工作,A項錯誤;燈泡的額定電壓為U,變壓器電壓與匝數(shù)成正比,可知原線圈兩端電壓為2U,L1和L2正常工作,兩端的電壓均為U,故輸入端電壓為U0=4U,B項正確;若減小輸入端電壓U0,則變壓器原線圈電壓減小,副線圈電壓減小,副線圈電流減小,導(dǎo)致原線圈電流減小,故L1和L2變得更暗,C項錯誤;理想變壓器原線圈輸入功率等于副線圈輸出功率,D項錯誤。
　　燈泡L1、L2與變壓器的原線圈串聯(lián),所以電壓U0等于燈泡L1、L2兩端電壓與原線圈兩端電壓之和。
考向3　副線圈有多組的理想變壓器【典例4】　如圖所示為帶有照明系統(tǒng)的電動裝置電路,理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1=220匝,副線圈匝數(shù)n2=50匝、n3=28匝,原線圈兩端接入電壓有效值為220 V的交變電源,兩副線圈分別連接電動機(jī)M和燈泡L,電動機(jī)M線圈的電阻為5 Ω,燈泡L的電阻為28 Ω。開關(guān)S閉合時,電動機(jī)M和燈泡L都正常工作,理想電流表的示數(shù)為0.4 A。下列說法正確的是(　　)
A.開關(guān)S閉合時,電動機(jī)M中的電流為10 AB.開關(guān)S閉合時,電動機(jī)M中的電流為1.76 AC.開關(guān)S斷開后,電動機(jī)M的總功率為60 WD.開關(guān)S斷開前后,電流表的示數(shù)不變
率不變,燈泡消耗的功率為0,由能量守恒定律可知,變壓器的輸入功率減小,輸入電壓恒為220 V不變,因此輸入電流減小,即電流表的示數(shù)減小,D項錯誤。
考向4　兩種特殊的變壓器模型【典例5】　在變電所里,需要用交流電流表去檢測電路上的強(qiáng)電流,由于電網(wǎng)中的電流通常會超出一般電流表的量程,因此常使用電流互感器。下列能正確反映電流互感器工作原理的是(　　)
考向1　匝數(shù)比不變　匝數(shù)比不變的情況(如圖)。
考點3　理想變壓器的動態(tài)分析
【典例6】　有一理想變壓器如圖甲所示,原、副線圈匝數(shù)比為11∶4,原線圈接入如圖乙所示的交流電壓,回路中的燈泡L的額定電壓為18 V,燈泡正常工作時的電阻RL=12 Ω,定值電阻R1=11 Ω,R2=8 Ω,滑動變阻器最大阻值50 Ω,為保證燈泡不被燒壞,則滑動變阻器接入電路的電阻為(　)A.不超過28 ΩB.不小于28 ΩC.不超過24 ΩD.不小于24 Ω
考向2　負(fù)載電阻不變　負(fù)載電阻不變的情況(如圖)。
【典例7】　(多選)理想變壓器的原線圈連接一只電流表,副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q調(diào)節(jié),如圖,在副線圈上連接了定值電阻R0和滑動變阻器R,P為滑動變阻器的滑片。原線圈兩端接在電壓為U的交流電源上,則(　　)A.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表的讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表的讀數(shù)變小C.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表的讀數(shù)變大D.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表的讀數(shù)變小
解析　在原、副線圈匝數(shù)比一定的情況下,變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定。因此,當(dāng)Q位置不變時,輸出電壓U不變,此時P向上滑動,負(fù)載電阻值R'增大,則輸出電流I'減小。根據(jù)輸入功率P入等于輸出功率P出,電流表的讀數(shù)I變小,A項錯誤,B項正確;P位置不變,將Q向上滑動,則輸出電壓U'變大,I'變大,變壓器的輸入功率變大,電流表的讀數(shù)變大,C項正確,D項錯誤。
　如圖所示,若發(fā)電站輸出電功率為P,輸電電壓為U,用戶得到的電功率為P',用戶的電壓為U',輸電電流為I,輸電線總電阻為R。
(1)增大輸電線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失( )(2)高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的熱損耗( )
1.理清三個回路。遠(yuǎn)距離輸電電網(wǎng)間的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。輸電過程的電路被劃分為三個獨立的回路,即電源回路、輸送回路和用戶回路。在每個回路中,變壓器的原線圈是回路的用電器,而相應(yīng)的副線圈是下一個回路的電源,每個回路均可應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律,而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系則是聯(lián)系不同回路的橋梁。
3.用好能量守恒定律。發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并通過導(dǎo)線將能量輸送給線圈1,線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量,在輸送過程中,先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分,剩余的絕大部分通過降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗,所以其能量關(guān)系為P1=P線損+P用戶。
【典例8】　如圖所示交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1一定,通過理想升壓變壓器和理想降壓變壓器向遠(yuǎn)處用戶供電,輸電線的總電阻為R。升壓變壓器的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1,它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2;降壓變壓器的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3,它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4。當(dāng)用戶增多時(　　)A.U2減小,P4增加B.U2增加,P3減小C.U3減小,P2增加D.U4增加,P1減小

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