第十二章交變電流電磁波傳感器第2講變壓器電能的輸送(含實驗15探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系)1.掌握探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系的原理和操作,了解實驗誤差。2.掌握變壓器的規律,會分析變壓器的動態變化問題。3.理解遠距離輸電的原理,會計算輸電線的損失電壓、功率和輸送功率等。原理裝置圖控制變量法(1)n1一定,研究n2與_______的關系。(2)n2一定,研究n1與_______的關系考點1實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系U2U2操作要求1.保持原線圈的匝數n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數n2,研究n2對副線圈電壓U2的影響。2.保持副線圈的匝數n2和電壓U1不變,改變原線圈的匝數n1,研究n1對副線圈電壓U2的影響誤差分析1.由于漏磁,通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴格相等造成誤差。2.原、副線圈有電阻,原、副線圈中的焦耳熱損耗,造成誤差。3.鐵芯中有磁損耗,產生渦流,造成誤差注意事項1.為了人身安全,只能使用_______交流電源,通電時不要用手接觸裸露的導線、接線柱。2.為了保證多用電表的安全,使用交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測,大致確定被測電壓后再選擇適當的擋位進行測量低壓【典例1】

(1)某同學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”)線圈的匝數較多。(2)如果把它看作理想變壓器,現要測量A線圈的匝數,提供的器材有:一根足夠長的絕緣導線、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線圈的匝數為________。

1.構造和原理。(1)構造:如圖所示,變壓器是由_________和繞在鐵芯上的_________組成的。(2)原理:電磁感應的互感現象。考點2理想變壓器的原理及應用閉合鐵芯兩個線圈

P入=P出

U2I2+U3I3+…+UnIn3.兩種特殊的變壓器。(1)自耦變壓器:自耦變壓器又稱調壓器,它只有一個線圈,其中的一部分作為另一個線圈,當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,兩者比較如下類別電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯在高壓電路中串聯在交流電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高壓變為低電壓將大電流變為小電流利用的公式I1n1=I2n2

1.理想變壓器的制約關系。電壓功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入,P入=P出電流

答案

A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成反比,可知原線圈的電流為I,L1和L2與原線圈串聯電流為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。答案

B

燈泡L1、L2與變壓器的原線圈串聯,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的電動裝置電路,理想變壓器原線圈的匝數n1=220匝,副線圈匝數n2=50匝、n3=28匝,原線圈兩端接入電壓有效值為220V的交變電源,兩副線圈分別連接電動機M和燈泡L,電動機M線圈的電阻為5Ω,燈泡L的電阻為28Ω。開關S閉合時,電動機M和燈泡L都正常工作,理想電流表的示數為0.4A。下列說法正確的是(

)A.開關S閉合時,電動機M中的電流為10AB.開關S閉合時,電動機M中的電流為1.76AC.開關S斷開后,電動機M的總功率為60WD.開關S斷開前后,電流表的示數不變

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,即電流表的示數減小,D項錯誤。答案

C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電流,由于電網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(

)

答案

B考向1

匝數比不變匝數比不變的情況(如圖)。考點3理想變壓器的動態分析

【典例6】有一理想變壓器如圖甲所示,原、副線圈匝數比為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18V,燈泡正常工作時的電阻RL=12Ω,定值電阻R1=11Ω,R2=8Ω,滑動變阻器最大阻值50Ω,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28Ω B.不小于28ΩC.不超過24Ω D.不小于24Ω

答案

A考向2

負載電阻不變負載電阻不變的情況(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可以通過滑動觸頭Q調節,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,電流表的讀數變大B.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表的讀數變小C.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表的讀數變大D.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表的讀數變小解析

在原、副線圈匝數比一定的情況下,變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定。因此,當Q位置不變時,輸出電壓U不變,此時P向上滑動,負載電阻值R'增大,則輸出電流I'減小。根據輸入功率P入等于輸出功率P出,電流表的讀數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,電流表的讀數變大,C項正確,D項錯誤。答案

BC如圖所示,若發電站輸出電功率為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。考點4遠距離輸電

(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。遠距離輸電電網間的基本結構如圖所示。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,而相應的副線圈是下一個回路的電源,每個回路均可應用閉合電路歐姆定律、串并聯電路的規律,而變壓器的電壓、電流、功率關系則是聯系不同回路的橋梁。

3.用好能量守恒定律。發電機把機械能轉化為電能,并通過導線將能量輸送給線圈1,線圈1上的能量就是遠程輸電的總能量,在輸送過程中,先被輸送回路上的導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,所以其能量關系為P1=P線損+P用戶。【典例8】如圖所示交流發電機的輸出電壓U1一定,通過理想升壓變壓器和理想降壓變壓器向遠處用戶供電,輸電線的總電阻為R