資源簡介

(共76張PPT)
第十一章　交變電流　傳感器
第2講　變壓器　電能的輸送
素養目標　1.理解理想變壓器的工作原理——互感.（物理觀念） 2.認識理想變壓器的功率關系、電壓關系、電流關系.（物理觀念） 3.理解遠距離輸電的原理.（物理觀念） 4.掌握理想變壓器的動態分析方法.（科學思維） 5.利用能量守恒定律解決遠距離輸電中的問題.（科學思維）
A. 交流電的周期為0.02 s
B. 原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶500
C. 輸出的最大電壓為220 V
D. 若10臺充電樁同時使用，輸入功率為35.2 kW
AD
V，C錯誤；10臺充電樁同時使用時，變壓器輸入功率等于輸出功率，輸入功率為P1
＝10×220×16 W＝35.2 kW，D正確.
B
B. 副線圈中電流的有效值為0.5 A
C. 原、副線圈匝數之比為1∶4
D. 原線圈的輸入功率為12 W
1. 構造和原理
直觀情境
（2）原理：電磁感應的互感現象.
閉合鐵芯　
兩個線圈　
2. 基本關系式
P入＝P出　


U2I2＋U3I3＋…＋UnIn　
3. 幾種常用的變壓器
（1）自耦變壓器——調壓變壓器.
直觀情境


深化　　理想變壓器的基本關系
理想變壓器 沒有能量損失（銅損、鐵損），沒有磁通量損失（磁通量全部集中在鐵芯中）
基本關系 功率關系 原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率P入＝P出
電壓關系
電流關系
頻率關系 f1＝f2（變壓器不改變交流電的頻率）
制約關系 電壓 副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和原、副線圈匝數比決定
功率 原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定
電流 原線圈電流I1由副線圈電流I2和原、副線圈匝數比決定
思維模型　用變壓器的基本關系特點分析解決實際問題.
A. 該變壓器的輸入功率為96 kW
B. 該變壓器的原、副線圈匝數比為11∶4 800
C. 該變壓器的輸入電流約為0.4 mA
D. 該變壓器功能主要利用自感現象實現
B
角度2　原線圈含用電器的變壓器的應用
A
A. 1 Ω B. 2 Ω
C. 4.5 Ω D. 9 Ω
A. 甲是電流互感器，乙是電壓互感器
B. 甲是電壓互感器，乙是電流互感器
C. 若電壓表示數為30 V，則輸電線兩端的電壓最大值為6 000 V
D. 若電流表示數為5 A，則通過輸電線的電流有效值為500 A
BD
角度3　兩種特殊變壓器模型
A. 保持T不動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
B. 將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片位置不變
C. 將T向a端移動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
D. 將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片向e端滑動
AC
解析：當滑動觸頭T不動時，原、副線圈匝數之比不變，當U0不變時，輸出電壓U也
不變，如果滑動變阻器R的滑片向f端滑動，R連入電路阻值減小，所以通過R1的電流
變大，R1的熱功率增大，A正確；當滑動觸頭T向b端移動時，原、副線圈匝數之比變
變，電流變小，所以不能提高R1的熱功率，B錯誤；當滑動觸頭T向b端移動時，變壓
器輸出電壓U變小，如果滑動變阻器滑片向e端滑動，則滑動變阻器接入電路的阻值
移動，則輸出電壓U變大，滑動變阻器R的滑片向f端滑動，則滑動變阻器接入電路的
A. 電容C增大，L1燈泡變亮
B. 頻率f增大，L2燈泡變亮
C. RG上光照增強，L3燈泡變暗
D. S接到b時，三個燈泡均變暗
A
解析：電容C增大，容抗減小，L1燈泡變亮，A正確；頻率增大，電感線圈感抗增大，L2燈泡變暗，B錯誤；光照增強，光敏電阻RG阻值減小，L3燈泡變亮，C錯誤；S接到b時，原線圈匝數減小，副線圈匝數不變，副線圈輸出電壓變大，三個燈泡均變亮，D錯誤.
深化1　　匝數比不變，負載變化情況的分析思路
②當負載電阻發生變化時，I2變化引起P2變化，根據P1＝P2，可以判斷P1的變化.
③I2變化，根據輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化.
深化2　　負載電阻不變，匝數比變化情況的分析思路
②R不變，U2變化，I2發生變化.
角度1　自耦變壓器動態分析
AD
A. 電流表示數為2.2 A
B. 流過R的交流電的頻率為100 Hz
C. 若保持Q位置不動，將P順時針轉動少許，則電流表示數變大，變壓器輸出功率變大
D. 若保持P位置不動，將Q向上移動少許，則電流表示數變大，變壓器輸出功率變大
角度2　應用等效法分析變壓器問題
AC
A. 僅提高輸入電壓
B. 僅將R1的滑片左移
C. 僅將R2的滑片上移
D. 僅將觸頭N下移
A
A. 風速增加，若轉子角速度增加一倍，則R0上消耗的功率為4P
B. 輸電線路距離增加，若R0阻值增加一倍，則R0上消耗的功率為4P
C. 若升壓變壓器的副線圈匝數增加一倍，則R0上消耗的功率為8P
D. 若在用戶端再并聯一個完全相同的電阻R，則R0上消耗的功率為6P
如圖所示，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'，用戶端的電壓為U'，輸電電流為I，輸電線總電阻為R.
U－U'　
P－P'　
I2R　
橫截面積　
電阻率小　
提高
電壓　
深化1　　明確三個回路
回路1：I1＝I輸入，U1＝U輸入，P1＝U1I1.
回路2：I2＝IR＝I3，U2＝U3＋ΔU，P2＝P3＋ΔP.
回路3：I4＝I輸出，U4＝U輸出，P4＝U4I4.
深化2　　抓住兩個聯系
深化3　　掌握兩種損耗
（1）電壓損耗：輸電線上的電阻分壓導致的電壓損耗，ΔU＝U2－U3＝IRR線.
思維模型　通過遠距離輸電回路電學量關系，計算輸電線路損失的電壓和功率.
A. 增大m B. 減小m
C. 增大n D. 減小U
B
角度2　高壓輸電與低壓輸電的比較
BC
A. L1與L2一樣亮
B. L2比L1更亮
C. R1上消耗的功率比R2的大
D. R1上消耗的功率比R2的小
四、探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
D
A. n1為1 100，Um為220 V
B. BC間線圈匝數為120，流過R的電流為1.4 A
C. 若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18 V，頻率為100 Hz
D. 若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5 A，周期為0.02 s
1. 實驗原理
（1）實驗電路圖（如圖所示）
（2）實驗方法：控制變量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的關系.
②n2、U1一定，研究n1和U2的關系.
2. 實驗器材
學生電源（低壓交流電源，小于12 V）1個、可拆變壓器1個、多用電表1個、導線若干.
3. 實驗過程
（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.
①估計被測電壓的大致范圍，選擇多用電表交流電壓擋適當量程，若不知道被測電壓的大致范圍，則應選擇交流電壓擋的最大量程進行試測.
②組裝可拆變壓器：把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯，用交流電壓擋測量輸入、輸出電壓.
（2）保持副線圈的匝數n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數對副線圈電壓的影響.重復（1）中步驟.
4. 數據處理
由數據分析變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比與原、副線圈的匝數n1、n2之比的關系.
深化　　注意事項
（1）在改變學生電源電壓、線圈匝數前均要先斷開電源開關，再進行操作.
（2）為了人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V，通電時不能用手接觸裸露的導線和接線柱.
（3）為了多用電表的安全，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用適當的擋位進行測量.
角度1　教材原型實驗
例8　某物理小組欲探究變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系，提供的實驗器材有：學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導線.
甲 乙 丙
如圖甲所示為實驗原理圖，在原線圈A、B兩端加上電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，測量數據如表所示：
實驗
序號 原線圈匝數n1＝400原線圈兩端電壓U1（V） 副線圈匝數n2＝200副線圈兩端電壓U2（V） 副線圈匝數n3＝1 400副線圈兩端電壓U3（V）
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.1
解析：（1）在探究變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系的實驗中，原線圈兩端應接入交變電流，故應將A、B分別與c、d連接.
c、d　
兩個線圈的匝數之比　
A. 一定小于4.0 V
B. 一定等于4.0 V
C. 一定大于4.0 V
解析：（3）若把題圖丙中的可移動鐵芯取走，磁損耗變大，原線圈中磁通量變化率比副線圈磁通量變化率大，根據法拉第電磁感應定律知，副線圈兩端電壓一定小于4.0 V，故選A.
A　
角度2　實驗拓展創新
例9　為探究變壓器兩個線圈的電壓關系，張明同學設計了如圖所示的實驗電路，操作步驟如下：
A. 將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟；
B. 將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流電源輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；
C. 閉合電源開關，用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓；
D. 將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上.
解析：（1）在探究變壓器兩個線圈的電壓關系實驗中，首先將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；再將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流電源輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；閉合電源開關，用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓；最后將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟.故操作的合理順序是DBCA.
DBCA　

限時跟蹤檢測
A級·基礎對點練
題組一　理想變壓器基本關系的應用
A. 110 B. 220
C. 1 100 D. 2 200
C
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A. 30 V B. 32 V C. 24 V D. 36 V
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A. 1∶2 B. 2∶1 C. 1∶3 D. 3∶1
A
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題組二　變壓器電路動態分析
B. 在R處出現火警時，電壓表的示數將變大
C. 在R處出現火警時，電流表的示數將變大
D. 在R處出現火警時，定值電阻R0的電功率將變小
C
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A. a、b端所接交流電的有效值為16 V，頻率為100 Hz
B. 變壓器原、副線圈匝數比為3∶1
C. 原、副線圈匝數比不變時，減小電阻箱R連入電路的阻值，電壓表V1的示數不變
D. 原、副線圈匝數比不變時，增大電阻箱R連入電路的阻值，燈泡L1亮度變暗
BD
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A. 215 V B. 220.5 V
C. 225 V D. 230 V
B
題組三　遠距離輸電
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A. 輸電線上的電流為50 A
B. 用戶得到的電功率為19 kW
C. 輸電線上損失的電壓為100 V
D. 變壓器T2的匝數比n3∶n4＝95∶1
BC
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A. 若去掉鐵芯，實驗結果不會受到影響
B. 為保證實驗安全，原線圈應接低壓直流電源
C. 交變電流產生的磁場對鐵芯有力的作用，可能使鐵芯振動發出“嗡嗡”聲
解析：（1）在理想變壓器中鐵芯的作用是減小磁場的損失，若去掉鐵芯，實驗結果會受到影響，A錯誤；為保證實驗安全，原線圈應接低壓交流電源，B錯誤；交變電流產生的磁場，使變壓器鐵芯硅鋼片產生渦電流，導致變壓器振動而發出聲音，正常情況下這種聲音是清晰而有規律的，但若螺絲沒有擰緊，變壓器就會發出明顯的“嗡嗡”低鳴聲，C正確.
C　
題組四　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
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A　
A. 斷開導線A B. 斷開開關
C. 取下電池
解析：（2）當通過線圈的電流急劇減小時，會產生較大自感電動勢，阻礙電流的減小，所以在實驗結束時，應先把并聯在線圈上的電壓表從電路中斷開，否則斷開開關瞬間會產生大電壓燒毀電表，故應先斷開導線A.
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B級·能力提升練
A. U1＝248kV
B. b的示數為22.8 V
C. 輸電線總電阻為40Ω
D. 輸電效率約為96％
D
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A. 32 W B. 16 W C. 8 W D. 4 W
B
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11. （2025·福建龍巖永定月考）利用太陽能電池這個能量轉換器件將太陽能轉變為電能的系統又稱光伏發電系統，有一臺內阻為1 Ω的太陽能發電機，供給一個學校照明用電.如圖所示，升壓變壓器匝數比為1∶4，降壓變壓器匝數比為4∶1，輸電線的總電阻R＝4 Ω，全校共22個班，每班有“220 V　40 W”的燈6盞，若全部電燈正常發光，求：
（1）發電機的輸出功率；
答案：（1）5 424 W　
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（2）輸電線路的效率；
答案：（2）97.3％　
（3）發電機電動勢的有效值.
答案：（3）250 V
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