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

3.4變壓器3.5高壓輸電教學(xué)目標(biāo)：1.進(jìn)一步理解變壓器原理及規(guī)律.2.熟練應(yīng)用變壓器原、副線(xiàn)圈的決定因素解決動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題.3.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)：1理想變壓器原、副線(xiàn)圈的三個(gè)關(guān)系：p入p出，.(一個(gè)副線(xiàn)圈)2輸電線(xiàn)上的功率損失p損i2r線(xiàn)，輸電線(xiàn)上的電壓損失uir線(xiàn)3減小輸電線(xiàn)路上功率、電壓損失的途徑：減小輸電線(xiàn)的電阻、減小輸電導(dǎo)線(xiàn)中的電流(即提高輸電電壓)4遠(yuǎn)距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過(guò)降壓變壓器降到所需的電壓.課堂講義：一、理想變壓器中的規(guī)律分析1功率關(guān)系：p入p出2電壓關(guān)系：3電流關(guān)系：若只有一個(gè)副線(xiàn)圈.若有多組副線(xiàn)圈n1i1n2i2n3i34變壓器不改變頻率5原、副線(xiàn)圈的地位(1)原線(xiàn)圈在原線(xiàn)圈回路中所處的地位是充當(dāng)負(fù)載(2)副線(xiàn)圈在副線(xiàn)圈回路中所處的地位是充當(dāng)電源例1如圖1甲所示，左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負(fù)載電路中r55，、為理想電流表和理想電壓表若原線(xiàn)圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110v，下列表述正確的是()圖1a電流表的示數(shù)為2ab原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為12c電壓表的示數(shù)為電壓的有效值d原線(xiàn)圈中交變電壓的頻率為100hz答案ac解析由題圖乙可知原線(xiàn)圈兩端電壓的有效值u1220v，由，可得原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比21，故b錯(cuò)誤；電流表示數(shù)與電壓表示數(shù)都為有效值，故c正確；電流表示數(shù)ia2a，故a正確；由題圖乙可知t0.02s，所以交變電壓的頻率為fhz50hz，d錯(cuò)誤針對(duì)訓(xùn)練1如圖2所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為41.原線(xiàn)圈接入一電壓為uu0sint的交流電源，副線(xiàn)圈接一個(gè)r27.5的負(fù)載電阻若u0220v，100rad/s，則下述結(jié)論正確的是()圖2a副線(xiàn)圈中電壓表的讀數(shù)為55vb副線(xiàn)圈中輸出交變電流的周期為sc原線(xiàn)圈中電流表的讀數(shù)為0.5ad原線(xiàn)圈中的輸入功率為110w答案ac解析原線(xiàn)圈電壓有效值為u220v，電壓表讀數(shù)為u2v55v，周期ts，副線(xiàn)圈中電流i22a，原線(xiàn)圈中電流i10.5a，pi1u110w.二、理想變壓器電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析1首先明確變壓器各物理量間的制約關(guān)系(1)輸入電壓u1決定輸出電壓u2：變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)n1、n2確定，u1便決定了u2，與輸出端有無(wú)負(fù)載、負(fù)載大小無(wú)關(guān)，也與變壓器有無(wú)其他副線(xiàn)圈無(wú)關(guān)(2)輸出功率p2決定輸入功率p1：即用多少送多少(3)輸出電流i2決定輸入電流i1：u2與負(fù)載電阻r通過(guò)歐姆定律決定輸出電流i2的大小，由i1i2決定i1的大小2分清動(dòng)態(tài)變化中哪個(gè)量變化，結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，歐姆定律及變壓器各物理量間因果關(guān)系來(lái)依次確定其他量變化例2如圖3所示，理想變壓器原線(xiàn)圈輸入電壓uumsint，副線(xiàn)圈電路中r0為定值電阻，r是滑動(dòng)變阻器.和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用u1和u2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用i1和i2表示下列說(shuō)法正確的是()圖3ai1和i2表示電流的瞬時(shí)值bu1和u2表示電壓的最大值c滑片p向下滑動(dòng)過(guò)程中，u2不變、i1變大d滑片p向下滑動(dòng)過(guò)程中，u2變小、i1變小答案c解析交流電表測(cè)量的是交變電流的有效值，故a、b皆錯(cuò)誤；由于理想變壓器的輸出電壓u2u1與負(fù)載無(wú)關(guān)，即滑片p下滑時(shí)u2不變，故d錯(cuò)誤；由i1u1知r減小時(shí)i1變大，故c正確針對(duì)訓(xùn)練2如圖4所示，用一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入端的電壓不變，開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)s是斷開(kāi)的現(xiàn)將開(kāi)關(guān)s閉合，則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是()圖4av1、v2的示數(shù)不變，a1的示數(shù)增大，a2的示數(shù)減小，p入增大bv1、v2的示數(shù)不變，a1、a2的示數(shù)增大，p入增大cv1、v2的示數(shù)不變，a1、a2的示數(shù)減小，p入減小dv1的示數(shù)不變，v2的示數(shù)增大，a1的示數(shù)減小，a2的示數(shù)增大，p入減小答案b解析電壓表v1的示數(shù)由輸入電壓決定；電壓表v2的示數(shù)由輸入電壓u1(大小等于電壓表v1的示數(shù))和匝數(shù)比決定；電流表a2的示數(shù)即i2由輸出電壓u2(大小等于電壓表v2的示數(shù))和負(fù)載電阻r負(fù)決定；電流表a1的示數(shù)即i1由變壓器的匝數(shù)比和輸出電流i2決定；p入隨p出而變化，由p出決定因輸入電壓不變，所以電壓表v1的示數(shù)不變；據(jù)公式u2，可知u2也不變，即電壓表v2的示數(shù)不變；又據(jù)i2知，s閉合后r負(fù)減小，故i2增大，電流表a2的示數(shù)增大；輸入電流i1隨輸出電流i2而增大，故電流表a1的示數(shù)增大；因p出u2i2，故p出增大；p入隨p出變化，故p入也增大可見(jiàn)本題的正確選項(xiàng)為b.三、遠(yuǎn)距離高壓輸電中的損耗問(wèn)題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：.課堂練習(xí)：變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用1如圖6所示 ，一理想變壓器的原線(xiàn)圈匝數(shù)為n11 100 匝，接電壓u1220 v的交流電，副線(xiàn)圈接“20 v10 w”的燈泡，燈泡正常發(fā)光，可知()圖6a副線(xiàn)圈的匝數(shù)n2200 匝b副線(xiàn)圈中的電流i20.5 ac原線(xiàn)圈中的輸入功率為10 wd原線(xiàn)圈中的電流i10.1 a答案bc解析由于理想變壓器的電壓比等于匝數(shù)比，副線(xiàn)圈匝數(shù)n2100 匝，a錯(cuò)誤；理想變壓器的原、副線(xiàn)圈的功率相等，所以原線(xiàn)圈的輸入功率為10 w，c正確；由功率pui可得副線(xiàn)圈中的電流i20.5 a，原線(xiàn)圈中的電流i1i20.045 a，b正確，d錯(cuò)誤變壓器電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析2如圖7所示，某理想變壓器的原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線(xiàn)圈兩端電壓為一最大值不變的正弦交流電，在其他條件不變的情況下，為了使變壓器輸入功率增大，可使 ()圖7a原線(xiàn)圈匝數(shù)n1增加b副線(xiàn)圈匝數(shù)n2增加c負(fù)載電阻r的阻值增大d負(fù)載電阻r的阻值減小答案bd解析由，p出可得p出又因?yàn)閜入p出，所以p入分析可得選項(xiàng)b、d正確3如圖8所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為15, 原線(xiàn)圈兩端的交變電壓為u20sin (100t) v氖泡在兩端電壓達(dá)到100v時(shí)開(kāi)始發(fā)光下列說(shuō)法中正確的有()圖8a開(kāi)關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100hzb開(kāi)關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100vc開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，電壓表的示數(shù)變大d開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，變壓器的輸出功率不變答案ab解析變壓器不能改變交變電流的頻率，ts0.02s，f50hz.因?yàn)橐粋€(gè)周期內(nèi)氖泡發(fā)光2次，故開(kāi)關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100hz，a項(xiàng)正確；電壓表的示數(shù)是有效值，u1v20v，u2u1100v，b項(xiàng)正確；不論開(kāi)關(guān)是否斷開(kāi)，電壓表示數(shù)不變，c項(xiàng)錯(cuò)誤；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，變壓器的輸出功率減小，d項(xiàng)錯(cuò)誤遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題分析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