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1、课时34变压器远距离输电2021/8/11 星期三1考点一理想变压器基础梳理1主要作用：改变交流电的电压2主要构造：由原线圈(初级线圈)、副线圈(次级线圈)和闭合铁芯组成3工作原理：电磁感应(互感现象)2021/8/11 星期三2(2)功率关系P入P出或I1U1I2U2I3U3InUn(3)电流关系I1n1I2n2I3n3Innn，当只有一个副线圈时I1n1I2n22021/8/11 星期三3疑难详析任意线圈两端的电压与线圈本身的匝数成正比理想变压器各线圈两端的电压与匝数成正比，不仅适用于原、副线圈各有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过每匝
2、线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每匝线圈产生的感应电动势相同，每组线圈产生的感应电动势和匝数成正比在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压等于电动势，故每组线圈两端的电压都与匝数成正比2021/8/11 星期三4当然，以上结论成立的前提条件是必须在“回”字形变压器铁芯上的情景如果是“日”字形铁芯，因穿过各匝线圈的磁通量不一定变化相同，所以结论不再成立2021/8/11 星期三5深化拓展理想变压器中的决定因素1输入电压U1决定输出电压U2输出电压U2 U1，与负载电阻的情况无关；2输出功率P出决定输入功率P入输入功率随输出功率的变化而变化，理想变压器中始终保持P入P出；2021/8/11 星期三
3、63输出电流I2决定输入电流I1当输入电压一定时，输出电压一定，输出电流随负载电阻的变化而变化，由功率关系可理解电流的确定关系2021/8/11 星期三7考点二远距离输电问题基础梳理1目的：输送电能2关键：减少输电线上电能的损失，P耗I2R线3措施：(1)减少输电线的电阻R线，例如加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线；(2)提高输电电压，减小输电电流2021/8/11 星期三8图图12021/8/11 星期三94常用关系：如果发电站的输出功率为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，如图1所示，则有关系式：(1)输出电流(2)输电线损失的电压U线UUIR线(3)输电
4、线损失的电功率P损PPI2R线2021/8/11 星期三105过程示意：如图2所示，从发电到用户有以下定量关系(变压器为理想变压器)：图图2(1)P1P2，P3P4，P2P3P损损2021/8/11 星期三11疑难详析输送电能的基本要求与实际措施1可靠：保证供电线路正常工作；2保质：保证供电质量，要求电压和频率稳定；3经济：线路建设和运行的费用较低，能耗少、电价低；2021/8/11 星期三124措施：由电损公式P损I2R线进行分析，针对措施主要有两种(1)减小输电线的电阻R线，由电阻定律R线 得减小输电线的长度L由于输电距离一定，实际中不可行；减小输电线电阻率目前一般用电阻率较小的铜作导线材
5、料；增大导线横截面积S这要多耗费金属材料而增加成本，同时给输电线的架设带来很大困难2021/8/11 星期三13(2)减小输电电流I，由功率公式变形得IP/U减小输送功率P实际中不能以减少用户的电能需要来达到减少损耗的目的；提高输电电压U输送功率P一定时，输电电压U越高，输电的电流I越小，输电线损失的电功率P损I2R线 越小分析可见，当输送的功率一定、输电线电阻一定时，输电电压提高为原来的n倍，输电线的电流减为原来的 ，输电线损耗的电功率减为原来的 .实际中这是最为可行有效的措施2021/8/11 星期三14深化拓展输电线损失电功率的分析与计算任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方时
6、，电流通过输电线，输电线因有电阻而发热，从而损失电功率设输电电流为I、输电线电阻为R线，则输电线的功率损失为P损I2R线 如果想从 的角度来研究输电线的功率损耗，则U线IR线U2U3，由于该式较繁琐且容易出错，所以计算输电线的功率损耗时一般不用该公式2021/8/11 星期三15题型一理想变压器基本规律的应用例1一台理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100 的负载电阻，如图3所示图图32021/8/11 星期三16(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？(2)当原线圈接在220 V交变电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？此时输
7、入功率为多大？变压器效率为多大(电表均为理想电表)?2021/8/11 星期三17分析变压器的工作原理是利用互感现象，只能改变交变电流和电压，对于直流电不能改变，对理想变压器有 P1P2,I1n1I2n2.2021/8/11 星期三18解析(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零P入入P出出I2U20.4444 W19.36 W，效率效率100%.2021/8/11 星期三19答案(1)00(2)44 V0.44 A19.36 W100%2021/8/11 星期三20题后反思：理想
8、变压器无能量损失，输入功率等于输出功率，输出电压由输入电压和匝数比决定，与用电器的电阻及变压器有无其它副线圈无关2021/8/11 星期三21(2009四川高考)如图4甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，R120，R230，C为电容器已知通过R1的正弦交流电如图4乙所示，则 ()图图42021/8/11 星期三22A交流电的频率为0.02 HzB原线圈输入电压的最大值为C电阻R2的电功率约为6.67 WD通过R3的电流始终为零2021/8/11 星期三232021/8/11 星期三24答案：C2021/8/11 星期三25题型二变压器的动态分析例2如图5所示，理想变压器输入端PQ接稳
9、定的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正确的是 ()图图52021/8/11 星期三26A当滑片c向b端移动时，变压器输入功率变大B当滑片c向a端移动时，电流表A1的示数将减小，电压表V的示数不变C当滑片c向b端移动时，电流表A2的示数将变大，电压表V的示数也变大D滑片c不动，将开关S由1掷向2时，三个电表A1、A2、V的示数都变大2021/8/11 星期三27 2021/8/11 星期三28答案答案D2021/8/11 星期三29题后反思：关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：(1)负载电阻不变，原副线圈的电压U1、U2
10、，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比变化而变化(2)匝数比不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定2021/8/11 星期三30如图6所示，变压器初级线圈接电压一定的交流电，在下列措施中能使电流表示数变小的是 ()A只将S1从2拨向1B只将S2从4拨向3C只将S3从闭合改为断开D只将变阻器R3的滑动触头上移2021/8/11 星期三31图图62021/8/11 星期三32
11、答案：答案：BCD2021/8/11 星期三33题型三电能的输送例3某发电厂发电机的输出功率P100 kW，发电机端电压U250 V，向远处送电的输电线的总电阻R8.要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得到的电压又正好是220 V，那么：(1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图(2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比2021/8/11 星期三34解析(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图7所示：图图72021/8/11 星期三352021/8/11 星期三36输电线路上损失电压U损IR258 V200 V，降压变压器原线圈n3两端电压U3U2U损
12、(4000200)V3800 V，用户在副线圈n4两端得到电压U4220 V，即升压变压器原、副线圈匝数比为116；降压变压器原、副线圈匝数比为19011.2021/8/11 星期三37答案(1)如图7所示(2)升压116；降压190112021/8/11 星期三38题后反思：求解远距离输电的关键是：(1)熟悉“交流发电机升压变压器输电线降压变压器用户”这一过程，并画出这一过程的示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上(2)利用逆算法解决电能的输送问题时往往比较方便，方法是先从负载的功率算起，一直倒推到升压变压器的输入端2021/8/11 星期三39如图8所示，交流发电机电动势的有效值20
13、 V，内阻不计，它通过一个R6 的指示灯连接变压器变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V 0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求：图8(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比；(2)发电机的输出功率 2021/8/11 星期三40解析：(1)彩色小灯额定电流ILP/U1/24 A，次级线圈总电流I224IL1 A变压器输入功率等于I1U1I2U26 W，变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得U1I1R 6I1，代入值解得I11/3 A(I13 A应舍去，据题意知变压器是降压变压器，则I1I2)，所以n1/n2I2/I13/1(2)发电机输出功率PI16.67 W答案(1)31
14、(2)6.67 W2021/8/11 星期三411如图9，理想变压器原副线圈匝数之比为4 1，原线圈接入一电压为UU0sint的交流电源，副线圈接一个R27.5 的负载电阻若U0220 V，100 rad/s，则下述结论正确的是 ()图图92021/8/11 星期三422021/8/11 星期三43 答案：答案：AC2021/8/11 星期三442一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图10所示副线圈仅接入一个10 的电阻，则 ()A流过电阻的电流是20 AB与电阻并联的电压表的示数是C经过1分钟电阻发出的热量是6103 JD变压器的输入功率是110
15、3 W2021/8/11 星期三45图图102021/8/11 星期三46答案：答案：D2021/8/11 星期三473一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2.当R增大时 ()AI1减小，P1增大BI1减小，P1减小CI2增大，P2减小 DI2增大，P2增大2021/8/11 星期三48解析：理想变压器(副线圈上电压不变)当负载电阻R增大时电流I2减小，由P2U2I2可知，功率P2也减小，所以B正确答案：B2021/8/11 星期三494如图11，一理想变压器原线圈接入一交流电源，
16、副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的.为理想电压表，读数分别为U1和U2；和为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是()AU2变小、I3变小 BU2不变，I3变大CI1变小、I2变小 DI1变大、I2变大2021/8/11 星期三50图图112021/8/11 星期三51答案：答案：BC2021/8/11 星期三525(2009山东高考)某小型水电站的电能输送示意图如下图12，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则 ()图图122021/8/11 星期三53C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率2021/8/11 星期三54解析：本题主要考查远距离输电和变压器工作原理，意在考查考生运用相关的物理规律处理实际问题的能力由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数之比的关系，可知要让用电器正常工作，必须有 A对，B、C错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D也正确答案：AD2021/8/11 星期三552021/8/11 星期三56