人教版選修11 變壓器 高壓輸電 第1課時(shí) 學(xué)案.docxVIP

3.4變壓器 3.5高壓輸電 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.探究分析理想變壓器的理想化模型及功率傳輸規(guī)律3.理想變壓器的變壓和變流規(guī)律4.熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問(wèn)題，熟練解決遠(yuǎn)距離高壓輸電中的實(shí)際問(wèn)題重點(diǎn)：進(jìn)一步理解變壓器原理及規(guī)律難點(diǎn)：熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問(wèn)題，熟練解決遠(yuǎn)距離高壓輸電中的實(shí)際問(wèn)題預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)：【課堂點(diǎn)撥與交流】照明燈電壓-220伏機(jī)床上照明燈-36伏半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過(guò)10伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓-幾萬(wàn)伏遠(yuǎn)距離輸電-幾十萬(wàn)伏電視機(jī)顯像管卻需要10000v以上電壓交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備一、變壓器的構(gòu)造（1）閉合鐵芯 （絕緣硅鋼片疊合而成）（2）原線(xiàn)圈（初級(jí)線(xiàn)圈）：其匝數(shù)用n1表示（3）副線(xiàn)圈（次級(jí)線(xiàn)圈）：其匝數(shù)用n2表示（4）輸入電壓：u1; 輸出電壓：u2.2.電路圖中符號(hào)3、鐵芯與線(xiàn)圈互相絕緣，變壓器副線(xiàn)圈和原線(xiàn)圈電路是否相通？ 4、變壓器原副線(xiàn)圈不相通，那么在給原線(xiàn)圈接交變電壓u1后，副線(xiàn)圈電壓u2是怎樣產(chǎn)生的？二、理想變壓器的變壓規(guī)律【實(shí)驗(yàn)探究】探究變壓器兩個(gè)線(xiàn)圈的電壓關(guān)系：實(shí)驗(yàn)步驟：1 把可拆式變壓器的一個(gè)線(xiàn)圈作為原線(xiàn)圈，連接到學(xué)生電源的交流輸出端，另一個(gè)線(xiàn)圈作為副線(xiàn)圈，可不接負(fù)載。2 閉合電源開(kāi)關(guān)，用多用電表的交流電壓擋分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)線(xiàn)圈兩端的電壓，測(cè)量完畢斷開(kāi)學(xué)生電源的開(kāi)關(guān)。3 改變學(xué)生電源的電壓設(shè)置，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。4 改變?cè)⒏本€(xiàn)圈的匝數(shù)，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。n1（匝）n2（匝）u1（v）u2（v）記錄數(shù)據(jù)的表格：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論：1 變壓器的原線(xiàn)圈、副線(xiàn)圈的電壓與兩個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)之間有什么關(guān)系？試寫(xiě)出它們之間的關(guān)系式。2 要使電壓經(jīng)過(guò)變壓器后電壓升高，副線(xiàn)圈的匝數(shù)比原線(xiàn)圈的匝數(shù)多還是少？若要使電壓降低呢？【例1】一理想變壓器，其原線(xiàn)圈2200匝，副線(xiàn)圈440匝，并接一個(gè)100的負(fù)載電阻。（1）當(dāng)原線(xiàn)圈接在44v直流電源電源上時(shí)，副線(xiàn)圈兩端電壓表示數(shù)為_(kāi)v,副線(xiàn)圈中電流表示數(shù)為_(kāi)a.（2）當(dāng)原線(xiàn)圈接在220v交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為_(kāi)v，電流表示數(shù)為_(kāi)a。三、變壓器的工作原理原線(xiàn)圈通以變化的電流時(shí),會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)沿鐵芯傳導(dǎo)至副線(xiàn)圈的螺線(xiàn)管內(nèi)，導(dǎo)致副線(xiàn)圈內(nèi)的磁通量變化，線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流。若給原線(xiàn)圈接直流電，副線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？為什么？小結(jié)：1.變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.理想變壓器的理想化模型及功率傳輸規(guī)律3.理想變壓器的變壓和變流規(guī)律四、遠(yuǎn)距離高壓輸電1解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先畫(huà)出輸電的電路圖，如圖5所示，并將已知量和待求量寫(xiě)在電路圖的相應(yīng)位置圖52分析三個(gè)回路，在每個(gè)回路中，變壓器的原線(xiàn)圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線(xiàn)圈是下一個(gè)回路的電源3綜合運(yùn)用下面三方面的知識(shí)求解(1)能量守恒：p1u1i1u2i2p用戶(hù)ppirp用戶(hù)u3i3u4i4.(2)電路知識(shí)：u2uu1ui2r.(3)變壓器知識(shí)：.其中pir，ui2r往往是解題的切入點(diǎn)例3某發(fā)電站通過(guò)燃燒煤來(lái)發(fā)電發(fā)電站通過(guò)升壓變壓器、輸電線(xiàn)和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶(hù)，發(fā)電機(jī)輸出功率是120 kw，輸出電壓是240 v，升壓變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)之比為125，輸電線(xiàn)的總電阻為10 ，用戶(hù)需要的電壓為220 v則：(1)輸電線(xiàn)上損耗的電功率為多少？(2)降壓變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為多少？答案(1)4 000 w(2)解析(1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得輸電電壓u2u1240 v6 000 v輸電電流i2 a20 a輸電線(xiàn)上損失的功率p損ir20210 w4 000 w.(2)輸電線(xiàn)上損失的電壓u損i2r2010 v200 v降壓變壓器原線(xiàn)圈兩端的電壓u3u2u損6 000 v200 v5 800 v根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得：遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題分析例4一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kw，電壓為4000v，經(jīng)變壓器t1升壓后向遠(yuǎn)方輸電，輸電線(xiàn)路總電阻r線(xiàn)1k，到目的地經(jīng)變壓器t2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220v,60w)若在輸電線(xiàn)路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%，變壓器t1和t2的損耗可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)，則()at1原、副線(xiàn)圈電流分別為103a和20abt2原、副線(xiàn)圈電壓分別為1.8105v和220vct1和t2的變壓比分別為150和401d有6104盞燈泡(220v,60w)正常發(fā)光答案abd解析根據(jù)題意畫(huà)出輸電線(xiàn)路示意圖如圖所示對(duì)升壓變壓器有p1u1i1，可知i1103a，由輸電線(xiàn)上消耗的功率pir線(xiàn)400kw，可知輸電線(xiàn)上電流為i220a，a項(xiàng)正確；t1的變壓比為i2i1150；根據(jù)pu2i2得u22105v，輸電線(xiàn)上電壓ui2r線(xiàn)20000v，則副線(xiàn)圈輸入電壓為u3u2u線(xiàn)1.8105v，又燈泡正常發(fā)光，可知副線(xiàn)圈電壓u4220v，b項(xiàng)正確；t2的變壓比為n3n4u3u41.8105220，c項(xiàng)錯(cuò)誤；降壓變壓器的輸入功率等于輸出功率p3p4u3i260wn，解得n6104，d項(xiàng)正確.課堂練習(xí)：1_現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)原線(xiàn)圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，不僅穿過(guò)_也穿過(guò)_，則副線(xiàn)圈中就要產(chǎn)生_盡管原、副線(xiàn)圈沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)相連，電能卻可以通過(guò)磁場(chǎng)從原線(xiàn)圈到達(dá)副線(xiàn)圈答案：互感 原線(xiàn)圈 副線(xiàn)圈 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2原、副線(xiàn)圈的電壓之比等于兩個(gè)線(xiàn)圈的_，公式表示為_(kāi)如果原線(xiàn)圈的匝數(shù)大于副線(xiàn)圈的匝數(shù)，則副線(xiàn)圈得到的電壓比原線(xiàn)圈低，這種變壓器稱(chēng)為_(kāi)；如果原線(xiàn)圈的匝數(shù)小于副線(xiàn)圈的匝數(shù)，則副線(xiàn)圈得到的電壓比原線(xiàn)圈高，這種變壓器稱(chēng)為_(kāi)答案：匝數(shù)之比 降壓變壓器 升壓變壓器3一個(gè)理想變壓器,原線(xiàn)圈輸入220 v電壓時(shí),副線(xiàn)圈輸出電壓為22 v,若副線(xiàn)圈增加100匝后輸出電壓增加到33 v,則變壓器原線(xiàn)圈匝數(shù)為_(kāi)匝【答案】2 0004一個(gè)電壓互感器的變壓比為101,副線(xiàn)圈接入交流電壓表的示數(shù)為220 v,則所測(cè)高壓電路中的電壓為_(kāi) v【答案】2 2005如圖所示的理想變壓器,它的初級(jí)線(xiàn)圈接在交流電源上,次級(jí)線(xiàn)圈接一個(gè)標(biāo)有“12 v 100 w”的燈泡,已知變壓器初、次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)比為181,那么小燈泡正常工作時(shí),圖中的電壓表的讀數(shù)為_(kāi) v, 電流表的讀數(shù)為_(kāi) a【答案】216 0466關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說(shuō)法正確的是( )a通有正弦交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量不變b穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等c穿過(guò)副線(xiàn)圈磁通量的變化使得副線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)d原線(xiàn)圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線(xiàn)圈答案：c 通有正弦交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的，由于面積s不變，故磁通量變化，a錯(cuò)誤；因理想變壓器無(wú)漏磁，故b錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知c正確；原線(xiàn)圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能，原副線(xiàn)圈通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，故d錯(cuò)誤7對(duì)理想變壓器，下列說(shuō)法中正確的是( )a原線(xiàn)圈的輸入功率，隨著副線(xiàn)圈的輸出功率增大而增大b原線(xiàn)圈的輸入電流，隨副線(xiàn)圈的輸出電流增大而增大c原線(xiàn)圈的電流，不隨副線(xiàn)圈的輸出電流變化而變化d當(dāng)副線(xiàn)圈的電流為零時(shí)，原線(xiàn)圈的電壓也為零答案：ab 理想變壓器的原線(xiàn)圈的輸入功率等于副線(xiàn)圈的輸出功率，且隨副線(xiàn)圈的輸出功率的變化而變化，原線(xiàn)圈的輸入電流取決于副線(xiàn)圈的輸出電流，當(dāng)副線(xiàn)圈的電流為零時(shí)，原線(xiàn)圈的電流也為零，但原線(xiàn)圈電壓并不一定為零，故a、b正確，c、d錯(cuò)誤 作業(yè)：1某變電站用原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為n1n2的變壓器，將遠(yuǎn)距離輸送的電能送給用戶(hù)，如圖1所示，將變壓器看作理想變壓器，當(dāng)變壓器正常工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是( )圖1a原、副線(xiàn)圈電壓比為n2n1b原、副線(xiàn)圈電流比為n1n2c原、副線(xiàn)圈電壓比為n1n2d變壓器的輸入功率與輸出功率的比為n1n2答案：c 電壓之比等于匝數(shù)之比，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，所以電流之比等于電壓之比的反比，也就等于線(xiàn)圈匝數(shù)比的反比2如圖2所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為201，原線(xiàn)圈接正弦交流電源，副線(xiàn)圈接入“220 v,60 w”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則( )圖2a電流表的示數(shù)為 ab電源輸出功率為1 200 wc電流表的示數(shù)為 ad原線(xiàn)圈端電壓為11 v答案：c 因?yàn)闊襞菡０l(fā)光所以副線(xiàn)圈中的電流i2 a a根據(jù)公式得i1i2 a a，即電流表的示數(shù)應(yīng)為 a，故a錯(cuò)，c對(duì)；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由p入p出可得電源的輸出功率為60 w，故b選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)公式，得u1u2220 v4 400 v，故d選項(xiàng)錯(cuò)誤點(diǎn)評(píng) 變壓器的基本規(guī)律(1)電壓關(guān)系：只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)或當(dāng)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)(2)功率關(guān)系：p入p出：只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)，p1p2當(dāng)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)p1p2p3(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)，由p1p2知，i1u1i2u2，得，即當(dāng)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)，由p1p2p3知i1u1i2u2i3u3，得i1n1i2n2i3n33某變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為559，原線(xiàn)圈所接電源電壓按如圖3所示的規(guī)律變化，副線(xiàn)圈接有負(fù)載，下列判斷正確的是( )圖3a輸出電壓的最大值為36 vb原、副線(xiàn)圈中電流之比為559c變壓器輸入、輸出功率之比為559d交流電源電壓有效值為220 v，頻率為50 hz答案：d 由題圖知原線(xiàn)圈電壓最大值為220 v，周期t2102 s，故電壓有效值為220 v，頻率為50 hz；由，得輸出電壓的最大值為36 v，原、副線(xiàn)圈電流之比為955，輸入、輸出功率應(yīng)相等，所以正確答案為d.點(diǎn)評(píng) 變壓器的電壓關(guān)系、電流關(guān)系是各物理量的有效值(或最大值)間的關(guān)系，例如公式中，若u1是有效值則u2就是有效值，若u1是最大值則u2就是最大值4如圖4所示，m、n為兩條交流輸電線(xiàn)，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線(xiàn)示意圖，以下說(shuō)法正確的是( )圖4a在乙圖中，線(xiàn)圈n4的導(dǎo)線(xiàn)一定比線(xiàn)圈n3的導(dǎo)線(xiàn)粗b甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表c甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表d甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表答案：c 電壓互感器輸入端分別接在兩根線(xiàn)上，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)少；電流互感器輸入端只能串聯(lián)在電路中，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)多點(diǎn)評(píng) 甲圖是電壓互感器，乙圖是電流互感器，它們分別與電壓表和電流表的使用方法相同，即：電壓互感器測(cè)電壓時(shí)需并聯(lián)接入電路，電流互感器測(cè)電流時(shí)需串聯(lián)接入電路它們利用變壓器的原理把高電壓、大電流變成低電壓、小電流，以方便測(cè)量5正常工作的理想變壓器的原、副線(xiàn)圈中，數(shù)值上一定相等的是( )a電流的頻率 b端電壓的峰值 c電流的有效值 d電功率答案：ad6用一理想變壓器向一負(fù)載r供電，如圖1所示,當(dāng)增大負(fù)載電阻r時(shí),原線(xiàn)圈中的電流i1和副線(xiàn)圈中的電流i2之間的關(guān)系是( )ai2增大,i1也增大 bi2增大,i1卻減小ci2減小,i1也減小 di2減小,i1卻增大【答案】c7如圖示為一理想變壓器和負(fù)載電阻r,下列哪些做法可增加變壓器的輸入功率( )a只減少副線(xiàn)圈匝數(shù) b只減少原線(xiàn)圈匝數(shù)c只增加副線(xiàn)圈匝數(shù) d只減小r的阻值【答案】bcd8一臺(tái)理想變壓器的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為41,若原線(xiàn)圈加上u=1 414sin100t v的交流電,則用交流電壓表測(cè)得副線(xiàn)圈兩端的電壓是( )a.250 v b.353.5 v c.499.8 v d.200 v【答案】a9如圖5所示，自耦變壓器輸入端a、b接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值uab100 v，r040 ，當(dāng)滑動(dòng)片處于線(xiàn)圈中點(diǎn)位置時(shí)，c、d兩端電壓的有效值ucd為_(kāi)v，通過(guò)電阻r0的電流有效值為_(kāi)a.圖5答案:200 5解析：由理想變壓器公式 得ucduab2100 v200 v，又由i2 a5 a.點(diǎn)評(píng) 自耦變壓器鐵芯上只繞一個(gè)線(xiàn)圈，原、副線(xiàn)圈共用一個(gè)繞組，最大優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，缺點(diǎn)是低壓端和高壓端直接有電的聯(lián)系，使用不夠安全變壓器的規(guī)律都適用于自耦變壓器10輸電線(xiàn)上功率損失圖11為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器t的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為n1、n2，在t的原線(xiàn)圈兩端接入一電壓uumsin t的交流電源，若輸送電功率為p，輸電線(xiàn)的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線(xiàn)上損失的電功率為()圖11a() b()c4()2()2r d4()2()2r解析原線(xiàn)圈電壓的有效值：u1，根據(jù)可得u2 ，又因?yàn)槭抢硐胱儔浩鳎詔的副線(xiàn)圈的輸出功率等于原線(xiàn)圈的輸入功率p，所以輸電線(xiàn)上的電流i，輸電線(xiàn)上損失的電功率為pi22r4r，所以c正確，a、b、d錯(cuò)誤。答案c11輸電的幾個(gè)關(guān)系(多選)在如圖12所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠(chǎng)的輸出電壓和輸電線(xiàn)的電阻均不變，隨著發(fā)電廠(chǎng)輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有()圖12a升壓變壓器的輸出電壓增大b降壓變壓器的輸出電壓增大c輸電線(xiàn)上損耗的功率增大d輸電線(xiàn)上損耗的功率占總功率的比例增大解析發(fā)電廠(chǎng)的輸出電壓不變，升壓變壓器輸出的電壓u2應(yīng)不變，a錯(cuò)誤；輸電線(xiàn)電流i會(huì)隨著p的增大而增大，輸電線(xiàn)電壓損失u損ir也增大，所以降壓變壓器的初級(jí)電壓u3u2u損減小，則降壓變壓器的輸出電壓減小，b錯(cuò)誤；輸電線(xiàn)功率損失p損i2rr，因p變大，所以p損變大，c正確；，因p變大，所以比值變大，d正確。答案cd12遠(yuǎn)距離輸電與傳感器結(jié)合(多選)如圖13甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為1100，其輸入電壓如圖乙所示，遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)的總電阻為100 。降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖，其中r1為一定值電阻，r2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，當(dāng)溫度升高時(shí)其阻值變小。電壓表v顯示加在報(bào)警器上的電壓(報(bào)警器未畫(huà)出)。未出現(xiàn)火警時(shí)，升壓變壓器的輸入功率為750 kw，則下列說(shuō)法中正確的有()圖13a降壓變壓器副線(xiàn)圈輸出的交變電流頻率為50 hzb