高三物理第一轮复习10-2变压器电能的输送学案新人教版

-1-第二课时变压器电能的输送【教学要求】1．了解变压器的构造和原理。知道变压器的电压与匝数的关系，并能用这关系进行计算。2．了解远距离输电的主要环节，知道远距离输电时应用高电压的道理。【知识再现】一、变压器1、主要构造：（1）闭合铁芯。（2）绕在铁芯上的原、副线圈（初级、次级线圈）。2、工作原理：电磁感应（互感）。3、几种常用的变压器（l）自耦变压器：如调压变压器，铁芯上只绕一个线圈，可升压，可降压。（2）互感器电压互感器：把高电压变成低电压，以便测量高电压。（降压变压器）电流互感器：把大电流变成小电流，以便测定小电流。（升压变压器）二、电能的输送1、输送电能的基本要求：可靠（供电线路工作可靠）、保质（电压和频率稳定）、经济（输电线路的建造和运行费用低，电能损耗少）。2、关键：减小输电线路上的电能损耗，P损=I2R。3、方法：①减小输电线的电阻，如采用电阻率小的材料或增大导线的横截面积。②高压输电：在输送功率一定的条件下提高输送电压，以减小输电电流，从而减小输电导线上损失的电功率。知识点一理想变压器的原理及基本关系式由于理想变压器没有漏磁和能量损失，所以穿过原、副线圈的磁通量ф相等，磁通量的变化率△ф/△t也总是相等，这种使原、副线圈产生的感应电动势与原、副线圈的匝数成正比．故变压器的工作原理是电磁感应（互感现象）．变压器的基本规律可概括为“三变三不变”，即：可改变交流的电压、电流、等效电阻；不能改变功率、频率和直流的电压。变压器的变压比:U1／n1=U2／n2=U3／n3=…=ΔU／Δn=k变压器的变流比:n1I1=n2I2+n3I3+……理想变压器的输入功率由输出功率决定：2211222222111/RnUnRUUIUIP【应用1】如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1：n2=4:1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一定交变电流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=和电阻两端的电压之比UA：UB=。导示：抓住理想变压器（图中的虚线框内的部分）原、副重点突破Bn1n2AabU-2-线圈的电流关系，A、B两电阻消耗的电功率关系及电压关系均可求得。对理想变压器，有411221nnIIRIPRIPBA2221,1612212221IIIIPPBA又UA=I1R，UB=I2R412121IIRIRIUUBA应依次填充：161和41知识点二远距离输电1、远距离输电示意图2、几个常用关系式：若发电站输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P’，用户得到的电压为U’，输电导线的总电阻为R。（如图）①导线损失的电压△U=U-U’=IR。②输电电流I=P/U=（U-U’）/R。③输电导线上损失的电功率P损=P-P’=I2R=P2R/U2。由以上公式可知，当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损耗的功率就减少到原来的1/n2。【应用2】（07年佛山市教学质量检测．14）水利发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，是功在当代，利在千秋的大事，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。某小河水流量为40m3/s,现在欲在此河段上筑坝安装一台发电功率为1000千瓦的发电机发电。（1）设发电机输出电压为500V，在输送途中允许的电阻为5Ω，许可损耗总功率的5%，则所用升压变压器原、副线圈匝数比应是多大？（2）若所用发电机总效率为50%，要使发电机能发挥它的最佳效能，则拦河坝至少要建多高？g取10m/s2。导示：（1）设送电电流为I，损耗的功率为P耗、导线R线，由P＝I2R得：ARPI100505.01010003线耗设送电电压为U送，由P＝IU得：VIPU43101100101000＝＝＝送则升压变压器原副线圈匝数比：20110000500＝＝＝副原副原UUnn（2）发电时水的重力势能转化为电能故：mgh×50％＝Pt，其中-3-skgtVtm4310440101∴mmgPth55.0101041010005.043类型一理想变压器动态问题分析【例1】如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则（）A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大导示：K由a合到b时，n1减小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2=U22/R随之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，从而I1增大，A正确；K由b合到a时，与上述情况相反，P2将减小，B正确；P上滑时，R增大，P2=U22/R减小，又P1=P2，P1=I1U1，从而I1减小，C错误；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大，I2=U2/R随之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D正确。故选项A、B、D正确。处理这类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中“谁决定谁”的问题。注意因果关系，对电压而言，输入决定输出；而对于电流、功率，输出决定输入。类型二变压器原理的拓展应用【例2】在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁心的左右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数之比n1：n2=2：1，在不接负载的情况下（）A、当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110VB、当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55VC、当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220VD、当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V导示：该题考查的是变压器的原理，若不去深入研究变压器的变压原理，只死记公式，很容易错选。该题给出的变压器的铁心为日字形，与考生熟知的口字形变压器不同，且通过交变电流时，每个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈，故电压比2121nnUU不再成立。所以只能利用电磁感应定律，从变压器的原理入手，才能解出该题。当线圈1作为输入端时，1412122211221121nntntnUU。因为U1=220V，所以U2=55V，所以选项B对。当线圈2作为输入端时，方法探究21-4-11221''''122121nnUU。因为U2′=110V，所以U1′=110V，所以选项D对。1．（南京市2007-2008学年度第一学期期末调研测试卷）某理想变压器原、副线圈的匝数比为55：9，原线圈所接电源电压按图示规律变化。副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为40W。则下列判断正确的是（）A、副线圈两端电压为236VB、原线圈中电流表的示数约为0.18AC、变压器的输入、输出功率之比为55：9D、原线圈两端电压的瞬时表达式为u=220sin100πt（V）2．（扬州市07-08学年度第一学期高三期末调研卷）如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1=2202sin100πt（V），则（）A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22VB．当t=6001s时，c、d间的电压瞬时值为110VC．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小3．（07年江苏省扬州市一模5．）如图所示，一个有两个不同副线圈的理想变压器，原线圈匝数为nl=1100匝，两副线圈的匝数分别为n2=20匝和n3=70匝。原线圈接入220V交变电压，今将一额定电压为10V的用电器接入变压器的副线圈输出端后能正常工作，则两个副线圈连接方式应是（）A．只用一个副线圈，l、2作为输出端B．只用一个副线圈，3、4作为输出端C．将2、4连接，1、3作为输出端D．将2、3连接，1、4作为输出端4、（2007年上海卷3B．）如图所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电成功体验AVabcdu1n1n2RpoooooCR0ABD1n1n242n33-5-源，其电压有效值UAB＝100V，R0＝40，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为_____V，通过电阻R0的电流有效值为______A。5、（08届高三第三次全国大联考）学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R=4Ω，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：（1）发电机的输出功率多大？（2）发电机的电动势多大？（3）输电线上损耗的电功率多大？答案：1、B2、A3、C4、200；55、（1）发电机输出功率为P出=U1I1=5424W（2）发电机的电动势E=U1+I1r=250V（3）输电线上损耗的电功率PR=IR2R=144W~R