人教版新高考物理一轮总复习--　变压器　电能的输送　电磁振荡与电磁波课件PPT

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
1.构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。2.原理:利用电磁感应的互感现象。
3.基本关系式。(1)功率关系: P入=P出 。
追本溯源(1)下图为一种变压器的实物图,根据其铭牌上所提供的信息,这是一个升压变压器还是降压变压器?当原线圈输入直流电压220 V时,副线圈能否输出直流12 V的电压?
提示 降压变压器　不能
(2)如图所示,在图甲中是两根不平行导轨,接有灯泡L1;图乙中是两根平行导轨,接有灯泡L2,其他物理条件都相同,磁场垂直于导轨平面,金属棒MN都在导轨上向右匀速平动。在棒的运动过程中,观察到两灯泡的发光情况是怎样的?
提示 L1发光　L2不发光
电能的输送如图所示,设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'。
追本溯源照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的。可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯,电灯比深夜时要显得暗些。想一想这是什么原因?提示 在晚上七八点钟时,电路上并联的用电器较多,总电阻比深夜时小,供电线路上的电流大,输电线上损失的电压增大,每盏灯两端的电压也就较低。
1.电磁振荡(1)振荡电流和振荡电路:大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫作振荡电流,产生振荡电流的电路叫作振荡电路。(2)振荡过程:如图所示,先把开关置于电源一侧,为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧,使电容器通过线圈放电。由于线圈的自感作用和电容器的充放电,电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度,都在周期性地变化着,这种现象就是电磁振荡。在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能会发生周期性的变化。
2.电磁振荡的周期和频率(1)周期和频率:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫作周期,电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率,数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。
1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。2.电磁波的产生与传播(1)电磁场在空间由近及远地传播,形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。(4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.无线电波的发射(1)振荡电路特点:很高频率的电磁振荡和开放电路。(2)调制:使载波随各种信号而改变的技术叫作调制,分为调幅和调频。4.无线电波的接收(1)调谐:当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫作电谐振。使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。(3)解调:把声音或图像信号从高频电流中还原出来,这个过程叫作解调。调幅波的解调也叫检波。
5.电磁波谱(1)概念:电磁波谱就是按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。(2)按波长由长到短排列的电磁波谱为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
1.思考判断(1)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率。(　　)(2)变压器正常工作,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。(　　)(3)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。(　　)(4)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越小。(　　)(5)在输送的电功率一定时,输电线上的功率损失与输送电压成反比。(　　)
2.(多选)(2020·山东济宁二模)在某交流电路中,有一正在工作的变压器,原、副线圈的匝数分别为n1=600,n2=120,电源的电压为U=311sin 100πt (V),原线圈中串联一个额定电流为0.2 A的保险丝,为保证保险丝不被烧毁,则(　　)A.负载功率不能超过44 WB.副线圈电流的最大值不能超过1 AC.副线圈电流的有效值不能超过1 AD.无论副线圈电流有多大,保险丝都不会被烧毁
考向1 理想变压器的基本关系【典例1】 (2020·广东东莞质检)甲图是副线圈接有灯泡和理想交流电流表的理想变压器,乙图是输出端电压的u2-t图像。已知变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,电流表的示数为1 A,则(　　) A.电压表V1的示数为220 VB.电压表V2的示数为28.2 V
特别提醒关于理想变压器的四点注意(1)变压器不能直接改变恒定电流。(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。(3)理想变压器本身不消耗能量,所以没有能量损失。(4)理想变压器没有磁通量损失,磁通量全部集中在铁芯中。
考向2 原线圈与用电器相连的变压器问题【典例2】 (多选)(2020·全国卷Ⅲ)在图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.所用交变电流的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
思维点拨(1)原线圈两端的电压不等于电源电压220 V,它与电阻R1两端的电压之和等于220 V。(2)变压器不能变频率,所用交变电流的频率等于电阻R2的电流频率。
训练突破1.(2020·苏北四市联考)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为1∶3,两端分别接有4个阻值相同的灯泡,已知4盏灯均能发光,则通过L1和L2的电流之比为(　　) A.3∶1B.6∶1C.9∶2D.11∶2
整合构建1.匝数比不变(如图甲所示)
2.负载电阻不变(如图乙所示)
【典例3】 (多选)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,b是原线圈的中心抽头,图中各电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10 Ω,其余电阻均不计。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交流电压,则下列说法正确的是(　　) A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为55 VB.当单刀双掷开关与a连接且t=0.01 s时,电流表示数为零C.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率增大D.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率为25 Hz
解析:由题图乙可知,电压的最大值为311 V,交变电流的周期为2×10-2 s,所以交变电流的频率为50 Hz,有效值为220 V,根据电压与匝数成正比可知,副线圈的电压为55 V,故A正确。当单刀双掷开关与a连接时,副线圈电压为55 V,所以副线圈电流为5.5 A,电流表示数为交变电流的有效值,不随时间的变化而变化,所以电流表的示数为5.5 A,故B错误。当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的匝数变小,所以副线圈的输出电压要变大,电阻R上消耗的功率变大,原线圈的输入功率也要变大,故C正确。变压器不会改变交变电流的频率,所以副线圈输出电压的频率为50 Hz,故D错误。
思维点拨(1)单刀双掷开关由a拨向b,原线圈的输入电压不变,原、副线圈的匝数比发生变化,副线圈的输出电压发生变化。(2)理想变压器的输入功率等于输出功率。
【典例4】 如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　) A.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大
解析:当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,接入电路的阻值变大,变压器副线圈两端电压不变,副线圈中的电流减小,则R1消耗的功率及其两端电压均变小,故电压表的示数变大,选项A错误,B正确。当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,副线圈中的电流减小,则原线圈中的电流也减小,电流表A1示数变小,选项C错误。若闭合开关S,副线圈电路中总电阻减小,副线圈中的电流变大,R1两端电压变大,R2两端电压减小,电流表A2示数减小;原线圈中的电流也变大,电流表A1示数变大,选项D错误。
规律总结分析理想变压器动态问题的方法思路(1)解决这类问题首先要分清变量和不变量,弄清“谁决定谁”,然后利用直流电路中动态分析方法即可。(2)对变压器的负载电路分析时,可以把变压器的副线圈看作是为用户供电的无阻电源,分析方法与直流电路的分析方法基本相同。(3)动态问题的一般流程如下。
训练突破2.(多选)(2020·山东烟台一模)如图所示的交流电路中,理想变压器原线圈输入电压为u=Umsin 100πt,副线圈电路中R1、R2为定值电阻,P是滑动变阻器R的滑片,电压表V1、V2的示数分别为U1和U2,电流表A的示数为 I。下列说法正确的是(　　) A.变压器原、副线圈的匝数之比为U1∶U2B.副线圈回路中电流方向每秒钟改变100次C.当P向上滑动时,U2增大,I减小D.当P向下滑动时,R1消耗的功率增大,R2消耗的功率减小
解析:由题意可知,U1是原线圈两端的电压,U2不是副线圈两端的电压,比副线圈两端电压要小,所以变压器原、副线圈的匝数之比小于U1∶U2,A错误。原线圈输入电压为u=Umsin 100πt,交变电流的频率是50 Hz,变压器不改变交变电流的频率,所以副线圈回路中电流方向每秒钟改变100次,B正确。当P向上滑动时,滑动变阻器电阻变大,根据电路动态分析中“串反并同”可知U2增大,I增大,C错误。当P向下滑动时,滑动变阻器电阻变小,根据电路动态分析中“串反并同”可知,R1消耗的功率增大,R2消耗的功率减小,D正确。
整合构建1.理清三个回路
【典例5】 (13分)某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9 kW,输出电压为500 V,输电线的总电阻为10 Ω,允许线路损耗的功率为输出功率的4%。(1)当村民和村办小企业需要220 V电压时,所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比各为多少?(不计变压器的损耗)(2)若不用变压器而由发电机直接输送,则村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少?
思维点拨(1)据题意求出输电导线损耗的功率和电流,用公式P出=U2I线求出升压变压器副线圈的电压。(2)结合电路知识求出降压变压器原线圈的电压,则匝数比等于电压比。(3)用公式P出=UI线'求出不用变压器时的输送电流,再求出输电线损失的电压和功率。(4)根据电路知识和能量守恒就可得村民和企业得到的电压和功率。
解析:(1)画出如图所示的远距离输电模型。
降压变压器得到的电压U3=U2-I线R线=1 500 V-6×10 V=1 440 V(1分)由电压与匝数的关系可得
(2)若不用变压器而由发电机直接输送,画出输送模型如图所示。
答案:(1)1∶3　72∶11 (2)320 V　5 760 W
训练突破3.(2020·浙江7月选考)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是(　　)A.发电机输出的电流I1=40 AB.输电线上的电流I线=625 AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455 A
整合构建1.电磁振荡过程各物理量的变化情况
2.电磁波(1)电磁波与机械波的比较。
考向1 振荡过程各物理量的变化【典例6】 (多选)LC振荡电路中,某时刻磁场方向如图所示,则下列说法正确的是(　　)A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电B.若电容器正在放电,则电容器上极板带负电C.若电容器上极板带正电,则自感电动势正在减小D.若电容器正在充电,则自感电动势正在阻碍电流减小
解析:若磁场正在减弱,线圈中电流俯视为顺时针方向且正在减小,电容器在充电,则电容器上极板带正电,故A正确。若电容器正在放电,由安培定则可得电容器上极板带负电,故B正确。若电容器上极板带正电,说明电容器在充电,磁场能转化为电场能,则线圈中电流应该减小,此时线圈中的自感电动势在增大,故C错误。若电容器正在充电,则线圈的自感作用阻碍电流的减小,故D正确。
考向2 电磁波【典例7】 (多选)关于电磁波与声波,下列说法正确的是(　　)A.电磁波由电磁场发生的区域向远处传播,声波是声源的振动向远处传播B.电磁波的传播不需要介质,声波的传播有时也不需要介质C.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长不变,声波的波长变小
训练突破4.(多选)LC回路电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示,则(　　)A.在t1时刻,电路中的电流最大B.在t2时刻,电路中的磁场能最大C.从时刻t2~t3,电路的电场能不断增大D.从时刻t3~t4,电容器的电荷量不断增大
解析:t1时刻电容器两端电压最高时,电路中振荡电流为零,t2时刻电容器两端电压为零,电路中振荡电流最强、磁场能最大,选项A错误,B正确。在t2~t3的过程中,从题图可知,电容器两板间电压增大,必有电场能增大,选项C正确。而在t3~t4的过程中,电容器两板间电压减小,电荷量同时减少,选项D错误。
几种特殊的变压器模型模型构建1.自耦变压器自耦变压器(又称调压器)只有一个线圈,将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,它既可以用来升压也可以用来降压,理想变压器的基本关系对自耦变压器均适用,如图所示。
3.多个副线圈变压器遇到具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意以下三个关系。
典例示范【例1】 (2020·山东滨州二模)调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图所示,线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,CD之间加上交流电压,当滑动触头P转动时,改变了副线圈匝数,从而调节输出电压。图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C、D两端接恒压交流电源,变压器可视为理想变压器,则(　　) A.当滑动变阻器滑片向下滑动时,电压表读数变大B.当滑动变阻器滑片向下滑动时,电流表读数变小C.当变压器滑动触头P逆时针转动时,M、N之间的电压变大D.当变压器滑动触头P顺时针转动时,变压器输出功率变大
解析:保持P的位置不动,即保持变压器的原、副线圈的匝数比不变,则M、N两端的电压不变;将滑片向下移动时,连入电路的电阻的阻值变小,因而总电流增大,R1分得的电压增大,并联支路的电压即电压表的示数减小,R2中电流减小,R3中电流变大,即电流表读数变大,选项A、B错误。保持滑动变阻器连入电路的阻值不变,将P沿逆时针方向转动时,变压器的原线圈的匝数不变,副线圈的匝数增大,M、N两端的电压变大,选项C正确。将P沿顺时针方向转动时,变压器的原线圈的匝数不变,副线圈的匝数减少,M、N两端的电压减小,总电流减小,则变压器输出功率变小,选项D错误。
【例2】 (多选)通过理想变压器给用电器供电,电路如图甲所示,变压器原线圈匝数n1=1 000,两副线圈的匝数分别为n2=50、n3=100,有效电压分别为U2、U3。在原线圈ab端接如图乙所示的交变电流,下列说法正确的是(　　) A.交变电流的频率为50 HzB.U2=50 V,U3=100 VC.I1∶I2=1∶20D.闭合开关S,则I1增大
归纳总结1.自耦变压器的原、副线圈共用一个线圈,通过调节,可以升压,也可降压。2.对于有两个以上副线圈的理想变压器,电压与匝数始终成正比,而电流与匝数成反比的规律则不成立,但在任何情况下,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。
变式训练1.(2020·江苏卷)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。电流互感器(　　)A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流
2.如图所示,两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P,且L1、L2、L3为相同的灯泡(灯泡电阻不变),匝数比为n1∶n2=3∶1,则图甲中L1的功率和图乙中L1的功率分别为(　　)