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第十二章
交变电流　电磁波　传感器
第2讲　变压器　电能的输送
(含实验15　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)
1.掌握探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的原理和操作,了解实验误差。2.掌握变压器的规律,会分析变压器的动态变化问题。3.理解远距离输电的原理,会计算输电线的损失电压、功率和输送功率等。
原理装置图 控制变量法
(1)n1一定,研究n2与_______的关系。
(2)n2一定,研究n1与_______的关系
考点1　实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
U2
U2
操作要求 1.保持原线圈的匝数n1和电压U1不变,改变副线圈的匝数n2,研究n2对副线圈电压U2的影响。
2.保持副线圈的匝数n2和电压U1不变,改变原线圈的匝数n1,研究n1对副线圈电压U2的影响
误差分析 1.由于漏磁,通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。
2.原、副线圈有电阻,原、副线圈中的焦耳热损耗,造成误差。
3.铁芯中有磁损耗,产生涡流,造成误差
注意事项 1.为了人身安全,只能使用_______交流电源,通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。
2.为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选择适当的挡位进行测量
低压
【典例1】　(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的a、b位置,则A线圈的电阻为______
____Ω,由此可推断________(填“A”或“B”)线圈的匝数较多。
(2)如果把它看作理想变压器,现要测量A线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源,请完成实验步骤的填空:
①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;
②将________(填“A”或“B”)线圈与低压交流电源相连接;
③用多用电表的________挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U;
④A线圈的匝数为________。


1.构造和原理。
(1)构造:如图所示,变压器是由_________和绕在铁芯上的_________组成的。
(2)原理:电磁感应的互感现象。
考点2　理想变压器的原理及应用
闭合铁芯
两个线圈

P入=P出


U2I2+U3I3+…+UnIn
3.两种特殊的变压器。
(1)自耦变压器:自耦变压器又称调压器,它只有一个线圈,其中的一部分作为另一个线圈,当交流电源接不同的端点时,它可以升压也可以降压,变压器的基本关系对自耦变压器均适用,如图所示。
(2)互感器:分为电压互感器和电流互感器,两者比较如下
类别 电压互感器 电流互感器
原理图
原线圈 的连接 并联在高 压电路中 串联在交
流电路中
副线圈 的连接 连接电压表 连接电流表
互感器 的作用 将高压变 为低电压 将大电流
变为小电流
利用 的公式 I1n1=I2n2

1.理想变压器的制约关系。
电压
功率 副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入,P入=P出
电流



答案　A
考向2　原线圈接入用电器的变压器问题
【典例3】　在如图所示的电路中,理想变压器的原、副线圈匝数比为2∶1,四个完全相同的灯泡额定电压为U,若已知灯泡L3和L4恰能正常工作,那么(　　)
A.L1和L2不能正常工作
B.输入端电压U0=4U
C.若减小输入端电压U0则L1和L2变得更亮
D.因原线圈连接有灯泡,所以原线圈输入功率不等于副线圈输出功率
解析　设灯泡的额定电流为I,由于L3和L4恰能正常工作,副线圈的电流为2I,由于变压器电流与匝数成反比,可知原线圈的电流为I,L1和L2与原线圈串联电流为I,能正常工作,A项错误;灯泡的额定电压为U,变压器电压与匝数成正比,可知原线圈两端电压为2U,L1和L2正常工作,两端的电压均为U,故输入端电压为U0=4U,B项正确;若减小输入端电压U0,则变压器原线圈电压减小,副线圈电压减小,副线圈电流减小,导致原线圈电流减小,故L1和L2变得更暗,C项错误;理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率,D项错误。
答案　B
　　灯泡L1、L2与变压器的原线圈串联,所以电压U0等于灯泡L1、L2两端电压与原线圈两端电压之和。
考向3　副线圈有多组的理想变压器
【典例4】　如图所示为带有照明系统的电动装置电路,理想变压器原线圈的匝数n1=220匝,副线圈匝数n2=50匝、n3=28匝,原线圈两端接入电压有效值为220 V的交变电源,两副线圈分别连接电动机M和灯泡L,电动机M线圈的电阻为5 Ω,灯泡L的电阻为28 Ω。开关S闭合时,电动机M和灯泡L都正常工作,理想电流表的示数为0.4 A。下列说法正确的是(　　)
A.开关S闭合时,电动机M中的电流为10 A
B.开关S闭合时,电动机M中的电流为1.76 A
C.开关S断开后,电动机M的总功率为60 W
D.开关S断开前后,电流表的示数不变

率不变,灯泡消耗的功率为0,由能量守恒定律可知,变压器的输入功率减小,输入电压恒为220 V不变,因此输入电流减小,即电流表的示数减小,D项错误。
答案　C
考向4　两种特殊的变压器模型
【典例5】　在变电所里,需要用交流电流表去检测电路上的强电流,由于电网中的电流通常会超出一般电流表的量程,因此常使用电流互感器。下列能正确反映电流互感器工作原理的是(　　)

答案　B
考向1　匝数比不变
　匝数比不变的情况(如图)。
考点3　理想变压器的动态分析

【典例6】　有一理想变压器如图甲所示,原、副线圈匝数比为11∶4,原线圈接入如图乙所示的交流电压,回路中的灯泡L的额定电压为18 V,灯泡正常工作时的电阻RL=12 Ω,定值电阻R1=11 Ω,R2=8 Ω,滑动变阻器最大阻值50 Ω,为保证灯泡不被烧坏,则滑动变阻器接入电路的电阻为(　)
A.不超过28 Ω
B.不小于28 Ω
C.不超过24 Ω
D.不小于24 Ω

答案　A
考向2　负载电阻不变
　负载电阻不变的情况(如图)。

【典例7】　(多选)理想变压器的原线圈连接一只电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节,如图,在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑片。原线圈两端接在电压为U的交流电源上,则(　　)
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变小
解析　在原、副线圈匝数比一定的情况下,变压器的输出电压由输入电压决定。因此,当Q位置不变时,输出电压U不变,此时P向上滑动,负载电阻值R'增大,则输出电流I'减小。根据输入功率P入等于输出功率P出,电流表的读数I变小,A项错误,B项正确;P位置不变,将Q向上滑动,则输出电压U'变大,I'变大,变压器的输入功率变大,电流表的读数变大,C项正确,D项错误。
答案　BC
　如图所示,若发电站输出电功率为P,输电电压为U,用户得到的电功率为P',用户的电压为U',输电电流为I,输电线总电阻为R。
考点4　远距离输电

(1)增大输电线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失( )
(2)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗( )
1.理清三个回路。
远距离输电电网间的基本结构如图所示。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。

3.用好能量守恒定律。
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。
【典例8】　如图所示交流发电机的输出电压U1一定,通过理想升压变压器和理想降压变压器向远处用户供电,输电线的总电阻为R。升压变压器的输入电压和输入功率分别为U1和P1,它的输出电压和输出功率分别为U2和P2;降压变压器的输入电压和输入功率分别为U3和P3,它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。当用户增多时(　　)
A.U2减小,P4增加
B.U2增加,P3减小
C.U3减小,P2增加
D.U4增加,P1减小


答案　C

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