課時(shí)變壓器電能的輸送.ppt

變式練習(xí)3.如圖14所示單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,線圈所圍面積為S,線圈導(dǎo)線的總電阻為R.t=0時(shí)刻線圈平面與紙面重合,且cd邊正在向紙面外轉(zhuǎn)動(dòng),則 ( ),A.線圈中電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i= cos t B.線圈中電流的有效值I= C.線圈中電流的有效值I= D.線圈消耗的電功率P=,答案 C,A.線圈中電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i= cos t B.線圈中電流的有效值I= C.線圈中電流的有效值I= D.線圈消耗的電功率P= 解析 回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em=BS,電流最大值 Im= ,t =0時(shí)為中性面,故瞬時(shí)值表達(dá)式i= sin t.電流的有效值I = ,P=I2R= , 故A、B、D錯(cuò)誤,C正確. 答案 C,變式練習(xí)4(16分)如圖10所示,一個(gè)被x軸與曲線方程 y=0.2sin 所圍的空間中存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T.正方形金屬線框的邊長(zhǎng)是L=0.4 m,電阻R=0.1 ,它的一邊與x軸重合,在拉力F的作用下,線框以v=10 m/s的速度水平向右勻速運(yùn)動(dòng).試求:,(1)拉力F的最大功率是多少? (2)拉力F要做多少功才能把線框拉過磁場(chǎng)區(qū)?,題型4 交流電與電磁感應(yīng)問題的結(jié)合,(1)拉力F的最大功率是多少? (2)拉力F要做多少功才能把線框拉過磁場(chǎng)區(qū)? 解析 (1)當(dāng)線框的一條豎直邊運(yùn)動(dòng)到x=0.15 m處時(shí), 線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,且此時(shí)有效切割長(zhǎng)度Ly=0.2 m Em=BLyv=0.20.210 V=0.4 V (2分) 根據(jù)歐姆定律可得最大電流為 Im= =4 A (2分) 所以拉力F的最大值為 Fm=BLyIm=0.20.24 N=0.16 N (2分) 拉力F的最大功率為 Pm=Fmv=0.1610 W=1.6 W (2分),(2)把線框拉過磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),因?yàn)橛行懈铋L(zhǎng)度是按正弦規(guī)律變化的,所以,線框中的電流也是按正弦規(guī)律變化的(有一段時(shí)間線框中沒有電流).電動(dòng)勢(shì)的有效值是 E= =0.2 V (3分) 通電時(shí)間為t = s=0.06 s (2分) 拉力做功W= 0.06 J=0.048 J (3分) 答案 (1)1.6 W (2)0.048 J,一、變壓器 1.變壓器的構(gòu)造:如圖1所示,變壓器是由 和繞在鐵芯上的 組成的.,第2課時(shí) 變壓器 電能的輸送,閉合鐵芯,兩個(gè)線圈,圖1,(1)原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫 線圈. (2)副線圈:與 連接的線圈,也叫 線圈. 2.變壓器的原理:電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng),由于電流的 、 在不斷變化,鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化.變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生 ,所以盡管兩個(gè)線圈之間沒有導(dǎo)線相連,副線圈也能夠輸出電流. 是變壓器工作的基礎(chǔ). 3.理想變壓器:沒有 的變壓器,即 功率等于 功率.,初級(jí),負(fù)載,次級(jí),大小,方向,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),互感現(xiàn)象,能量損失,輸入,輸出,4.基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系: . (2)電壓關(guān)系: ;有多個(gè)副線圈時(shí), = (3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí), . 由P入=P出及P=UI推出有多個(gè)副線圈時(shí),U1I1= .,P入=P出,U2I2+U3I3+UnIn,I1n1I2n2I3n3.,5.幾種常用的變壓器 (1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器 (2)互感器,電壓互感器:用來把 變成 . 電流互感器:用來把 變成 .,高電壓,低電壓,大電流,小電流,思考:變壓器能否改變恒定電流的電壓?能否改變交流電的頻率? 提示: (1)變壓器不能改變恒定電流的電壓.由變壓 器的原理可知恒定電流通過原線圈時(shí)不能產(chǎn)生變 化的磁場(chǎng),副線圈中的鐵芯中的磁通量就不會(huì)變化, 副線圈中就不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). (2)變壓器也不能改變交流電的頻率,因?yàn)樵?、副線圈中磁通量的變化情況相同.,二、電能的輸送 1.輸電導(dǎo)線上的能量損失:主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的,表達(dá)式為 . 2.降低輸電損耗的兩個(gè)途徑 (1)減小輸電線的電阻.由電阻定律R= 可知,在輸電距離一定的情況下,為減小電阻,應(yīng)采用電阻率小的材料,也可增加導(dǎo)線的橫截面積. (2)減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流.由P=UI可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),提高輸電的電壓,可以減小輸電電流. 這兩種方法中,適用于遠(yuǎn)距離輸電的是 ,即利用 .,Q=I2Rt,減小輸,電電流,高壓輸電,3.高壓輸電的原理 由輸送功率P=UI,其中U為 ,I為 ,因而當(dāng)輸送功率一定時(shí),可以提高 ,以減小 ,則線路上的功率損耗 P損=I2R可大幅度減小,這是行之有效的辦法.,輸送電壓,輸送,電流,輸送電,壓U,輸送電流I,熱點(diǎn)一 理想變壓器的原、副線圈基本量的關(guān)系,熱點(diǎn)聚焦,熱點(diǎn)二 關(guān)于高壓輸電問題的分析 1.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以圖2為例),圖2,(1)功率關(guān)系 P1=P2,P3=P4,P2=P線+P3 (2)電壓、電流關(guān)系 U2=U線+U3,I2=I3=I線 (3)輸電電流:I線= (4)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率 P線=U線I線=I線2R線= R線,2.關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電問題的處理思路 (1)首先畫出輸電線路示意圖,最簡(jiǎn)單電路如圖3所示.,圖3,題型1 理想變壓器基本公式的應(yīng)用 【例1】 一臺(tái)理想變壓器,其原 線圈2 200匝,副線圈440匝, 并接一個(gè)100 的負(fù)載電 如圖4所示. (1)當(dāng)原線圈接在44 V直流電源上時(shí),電壓表示數(shù)為多少?電流表示數(shù)為多少? (2)當(dāng)原線圈接在220 V交流電源上時(shí),電壓表示數(shù)為多少?電流表示數(shù)為多少?此時(shí)輸入功率為多大?變壓器效率為多大?,題型探究,圖4,思路點(diǎn)撥 (1)變壓器的工作原理是什么? (2)電壓、電流和功率三個(gè)參量,變壓器可以改變哪些?,解析 (1)原線圈接在直流電源上時(shí),由于原線圈中的電流恒定,所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化,副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故電壓表示數(shù)為零,電流表示數(shù)也為零.,(2)由 得 U2=U1 =220 V=44 V(電壓表讀數(shù)) I2= A=0.44 A(電流表讀數(shù)) P入=P出=I2U2=0.4444 W=19.36 W 效率=100% 答案 (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%,題型2 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 【例2】如圖5所示電路中的 變壓器為理想變壓器,S為 單刀雙擲開關(guān),P是滑動(dòng)變 阻器R的滑動(dòng)觸頭,U1為加 在原線圈兩端的交變電壓,I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流,下列說法正確的是 ( ) A.保持P的位置及U1不變,S由b切換到a,則R上消耗 的功率減小 B.保持P的位置及U1不變,S由a切換到b,則I2減小 C.保持P的位置及U1不變,S由b切換到a,則I1增大 D.保持U1不變,S接在b端,將P向上滑動(dòng),則I1減小,圖5,答案 BC,變式練習(xí)1 如圖6所示,一理想變壓器原線圈接入一交流電源,副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻,開關(guān)S是閉合的.V1和V2為理想電壓表,讀數(shù)分別為U1和U2;A1、A2和A3為理想電流表,讀數(shù)分別為I1、I2和I3.現(xiàn)斷開S,U1數(shù)值不變,下列推斷中正確的是 ( ),A.U2變小、I3變小 B.U2不變、I3變大 C.I1變小、I2變小 D.I1變大、I2變大,答案 BC,題型3 遠(yuǎn)距離輸電 【例3】 某電廠要將電能輸送到較遠(yuǎn)的用戶,輸送的總功率為9.8104 W,電廠輸出電壓僅為350 V,為減少輸送功率損失,先用一升壓變壓器將電壓升高再輸出.已知輸電線路的總電阻為4 ,允許損失的功率為輸送功率的5%,所需電壓為220 V,求升壓、降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各是多少? 思路點(diǎn)撥 畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,標(biāo)出相關(guān)的物理量,找尋需要的計(jì)算公式.,解析 根據(jù)題意,畫出輸電線路圖如下圖所示. 由電路中損失功率P損=P總5%=I22R得輸電線路中電流為I2= =35 A. 升壓變壓器輸出電壓U2= =2.8103 V 根據(jù)理想變壓器電壓比公式得,升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為 降壓變壓器輸入功率為,P3=P總-P損=P總-5%P總=95%P總=9.31104 W 所以降壓變壓器的初級(jí)電壓為U3= =2 660 V 所以降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為 答案 18 121,變式練習(xí)2 有條河,流量Q=2 m3/s,落差h=5 m,現(xiàn)利用其發(fā)電,若發(fā)電機(jī)總效率為50%,輸出電壓為240 V, 輸電線總電阻R=30 ,允許損失功率為輸出功率的6%,為滿足用電的需求,則該輸電線路所使用的理想的升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少?能使多少盞“220 V, 100 W”的電燈正常發(fā)光?(g取10 m/s2),解析 設(shè)為水的密度 電源端:P輸出= 50%=Qgh0.5=2110310 50.5 W=5104 W (4分),輸出電壓U0=240 V,輸送電路如下圖所示 為滿足輸電要求,據(jù)P損=I送2R,有 I送= A =10 A (4分) 則送電電壓為U送= V=5103 V (2分) 所以升壓變壓器的匝數(shù)比為,n1n2=U0U送=240(5103)=6125 (2分) 輸電線電壓損失U損=I送R=1030 V=300 V (3分) 用戶端:U1=U送-U損=5103 V-300 V=4 700 V (3分) 據(jù)題意可知,U2=220 V,所以降壓變壓器的匝數(shù)比為 n1n2=U1U2=4 700220=23511 (2分) 因?yàn)槔硐胱儔浩鳑]有能量損失,可正常發(fā)光的電燈盞數(shù)為 N= 盞=470盞 (2分) 答案 6125 23511 470盞,1.某理想變壓器的原線圈接一交流電,副線圈接如圖所示電路,電鍵S原來閉合,且R1=R2.現(xiàn)將S斷開,那么交流電壓表的示數(shù)U、交流電流表的示數(shù)I、電阻R1上的功率P1及該變壓器原線圈的輸入功率P的變化情況分別是 ( ) A.U增大 B.I增大 C.P1減小 D.P增大,素能提升,答案 A,2.某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為559,原線圈 所接電源電壓按圖9所示規(guī)律變化,副線圈接有一燈 泡,此時(shí)燈泡消耗的功率為40 W,則下列判斷正確的 是 ( ) A.副線圈兩端輸出的電壓為36 V B.原線圈中電流表的示數(shù)約為0.18 A C.變壓器的輸入、輸出功率之比為559 D.原線圈兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=220sin 100t V,圖9,答案 B,解析 根據(jù)變壓器的原、副線圈的電壓之比等于 匝數(shù)之比,故副線圈兩端輸出的電壓為U2= U1= 36 V,A錯(cuò);根據(jù)理想變壓器知P1=P2,故有I1= 0.18 A,B正確,C錯(cuò);原線圈兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=220 sin 100t V,D錯(cuò). 答案 B,6.發(fā)電機(jī)的端電壓220 V,輸出電功率44 kW,輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 ,如果用初、次級(jí)匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓,經(jīng)輸電線后,再用初、次級(jí)匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶. (1)畫出全過程的線路示意圖. (2)求用戶得到的電壓和功率. (3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶,求用戶得到的電壓和功率.,解析 (1)示意圖如下圖所示 (2)升壓變壓器次級(jí)的輸出電壓 U2= U1= 220 V=2 200 V 據(jù)升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知,升壓變壓器次級(jí)輸出電流,I2= A=20 A 輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為 UR=I2R=200.2 V=4 V PR=I22R=2020.2 W=80 W 加到降壓變壓器初級(jí)上的輸入電流和電壓為,I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V 降壓變壓器次級(jí)的輸出電壓和電流為 U4= U3= 2 196 V=219.6 V I4= I3=1020 A=2