第五章第4、5節(jié)變壓器;電能的輸送

1、年 級(jí)高二學(xué) 科物理版 本人教新課標(biāo)版課程標(biāo)題第五章 第4、5節(jié) 變壓器及電能的輸送編稿老師張子厚一校黃楠二校林卉審核王新麗一、學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1. 理解變壓器的工作原理及電壓、電流、功率的關(guān)系。2. 理解應(yīng)用高壓輸電的原理，知道遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電線上的損失與哪些因素有關(guān)。3 掌握與本部分內(nèi)容相關(guān)的重要習(xí)題類型及其解法。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：變壓器的工作原理及遠(yuǎn)距離輸電的原理。難點(diǎn)：變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題、遠(yuǎn)距離輸電問題的處理方法。三、考點(diǎn)分析：內(nèi)容和要求考點(diǎn)細(xì)目出題方式變壓器的構(gòu)造及原理變壓器的構(gòu)造選擇題變壓器的工作原理理想變壓器的規(guī)律理想變壓器的特點(diǎn)選擇題、計(jì)算題理想變壓器的電流、電壓及功率關(guān)系幾

2、種常見的變壓器自耦變壓器選擇題調(diào)壓變壓器互感器電能的遠(yuǎn)距離傳輸電功率損失選擇題、計(jì)算題電壓損失處理高壓交流遠(yuǎn)距離輸電的基本思路知識(shí)點(diǎn)1：理想變壓器的原理與規(guī)律：例：如圖所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4:1，原線圈接入一電壓為的交流電源，副線圈接一個(gè)R=27.5的負(fù)載電阻，若，則下述結(jié)論正確的是（ ） A. 副線圈中電壓表的讀數(shù)為55VB. 副線圈中輸出交流電的周期為C. 原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5AD. 原線圈中的輸入功率為答案：AC變式：某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55:9，原線圈所接電源電壓按圖示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載電阻。下列判斷正確的是A. 輸出電壓的最大值為36VB. 原、副線

3、圈中電流之比為55:9C. 變壓器輸入、輸出功率之比為55:9D. 交流電源有效值為220V，頻率為50Hz答案：D知識(shí)點(diǎn)2： 變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題： 例：如圖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減小答案：B C變式題：如圖所示，M

4、是一小型理想變壓器，接線柱a、b接在電壓的正弦交流電源上，變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表A2為值班室的顯示器，顯示通過R1的電流，電壓表V2顯示加在報(bào)警器上的電壓（報(bào)警器未畫出），R3為一定值電阻，當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，以下說法中正確的是（ ）A. A1的示數(shù)不變，A2的示數(shù)增大B. A1的示數(shù)增大，A2的示數(shù)增大C. V1的示數(shù)增大，V2的示數(shù)增大D. V1的示數(shù)不變，V2的示數(shù)減小答案：D知識(shí)點(diǎn)3 遠(yuǎn)距離輸電問題 例. 在遠(yuǎn)距離輸電中，當(dāng)輸電線的電阻和輸送的電功率不變時(shí)，那么（ ）A. 輸電線路上損失的電壓與輸送的電流成正比B.

5、 輸電電壓越高，輸電線路上損失的電壓越大C. 輸電線路上損失的功率跟輸送電壓的平方成反比D. 輸電線路上損失的功率跟輸電線上的電流成正比答案：AC變式題：一臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出功率為100kW，輸出電壓為250V，現(xiàn)欲向遠(yuǎn)處輸電，若輸電線的總電阻為8，要求輸電時(shí)輸電線上損失的電功率不超過輸送電功率的5%，并向用戶輸送220V電壓，求：（1）試畫出輸電線路的示意圖；（2）輸電所需升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比分別是多少？（3）用戶得到的電功率是多少？解析：（1）由于是大功率、遠(yuǎn)距離輸電，為了減少輸電線路損失的電功率，所以要采用高壓輸電，電能送到用戶處以后，再用降壓變壓器向用戶輸送220V電

6、壓。畫出其輸電線路的示意圖如圖所示：（2）由于要求，又因?yàn)?，所以，故通過輸電線的最大電流為變壓器B2的輸入功率為。所以升壓變壓器的匝數(shù)比,降壓變壓器的匝數(shù)比。（3）由于是理想變壓器，用戶得到的電功率即為降壓變壓器的輸出功率。高考對(duì)于本部分知識(shí)考查的主要內(nèi)容有理想變壓器的工作原理、變壓過程與輸電過程，主要題型為選擇題。對(duì)于本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，同學(xué)們應(yīng)重點(diǎn)理解變壓器的構(gòu)造及工作原理，掌握理想變壓器的輸入功率與輸出功率的關(guān)系以及電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電，則體現(xiàn)了變壓器原理與實(shí)際問題的綜合，同學(xué)們應(yīng)重點(diǎn)掌握輸送功率、線路損耗功率、輸電電壓、線路損失電壓的區(qū)別，理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題是本部

7、分內(nèi)容在考查時(shí)的重點(diǎn)題型，應(yīng)弄清負(fù)載的含義，及電流、電壓、功率的制約關(guān)系。一、預(yù)習(xí)新知第六章 第1、2、3、4節(jié)傳感器原理及應(yīng)用問題綜合二、預(yù)習(xí)點(diǎn)撥探究任務(wù)一：傳感器及其工作原理：【反思】（1）什么是傳感器，傳感器的工作原理是什么？ （2）光敏電阻與熱敏電阻的阻值如何隨溫度的變化而變化？探究任務(wù)二：傳感器的應(yīng)用：【反思】（1）日常生活中常見的傳感器有哪些？其工作原理是什么？ （2）溫度傳感器在電飯鍋和測(cè)溫儀上的應(yīng)用原理是什么？（答題時(shí)間：45分鐘） 1. 一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻R。設(shè)原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸

8、出功率為P2，當(dāng)R增大時(shí)（ ）A. I1減小，P1增大 B. I1減小，P1減小C. I2增大，P2減小 D. I2增大，P2增大 2. 汽油機(jī)的做功沖程開始工作時(shí)，汽缸中的汽油、空氣混合氣要靠火花塞點(diǎn)燃，但是汽車蓄電池的電壓只有12V，不能在火花塞中產(chǎn)生火花，為此設(shè)計(jì)了如圖所示的點(diǎn)火裝置，這個(gè)裝置的核心是一個(gè)變壓器，它的原線圈通過開關(guān)連到蓄電池上，副線圈接到火花塞的兩端，開關(guān)由機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制，做功沖程開始時(shí)，開關(guān)由閉合變?yōu)閿嚅_，這樣就能在火花塞中產(chǎn)生火花了，下列說法正確的是（ ）A. 該設(shè)計(jì)方案不可行，因?yàn)樾铍姵靥峁┑氖侵绷麟?，變壓器不能改變直流電壓B. 該設(shè)計(jì)方案可行，因?yàn)樽儔浩髂軐⒅绷?/p>

9、電改變?yōu)榻涣麟奀. 該設(shè)計(jì)方案可行，因?yàn)橥ㄟ^變壓器原線圈的是變化的電流，可以通過變壓器發(fā)生互感現(xiàn)象D. 該變壓器可以是升壓變壓器，也可以是降壓變壓器 3. 一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1:n2=11:5。原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓如圖所示，副線圈僅接入一個(gè)10的電阻，則（ ）A. 流過電阻的電流是20AB. 與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是C. 電阻經(jīng)過1分鐘產(chǎn)生的熱量為6×103JD. 變壓器的輸入功率是1×103W 4. 如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1:5，原線圈兩端的交變電壓為。氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時(shí)開始發(fā)光。下列說法中正確的有（ ）A. 開關(guān)接

10、通后，氖泡的發(fā)光頻率為100HzB. 開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100VC. 開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大D. 開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變 5. 如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，R1=20。R2=30，C為電容器。已知通過R1的正弦交流電如圖乙所示，則（ ）A. 交流電的頻率為0.02HzB. 原線圈輸入電壓的最大值為C. 電阻R2的電功率約為6.67WD. 通過R3的電流始終為零 6. 某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4（變壓器均為理想

11、變壓器）。要使額定電壓為220V的用電器正常工作，則（ ）A. B. C. 升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D. 升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 7. 請(qǐng)閱讀下面的材料：河流名稱長(zhǎng)度（km）流域面積（km2）流量（m3/s）雅礱江15001299301800湘江817957382288二灘水電站于1991年9月動(dòng)工，1997年11月10日開閘蓄水，1998年開始向西南電網(wǎng)送電，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為330萬kW，2000年竣工后，年發(fā)電量達(dá)到170億度，大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高240m，是20世紀(jì)亞洲裝機(jī)容量、庫容量最大的水利樞紐工程。問題：（1）根據(jù)以上材料和已有知識(shí)回答

12、：二灘水電站建在上表中的 江上，兩江相比，該江水能較豐富的原因是 ，電站與用電市場(chǎng)之間關(guān)系方面的不利條件是 。（2）設(shè)想將二灘水電站的電能輸送到成都地區(qū)，如果使用相同的輸電線，從減少輸電線上的電能損失來看，在50萬伏超高壓和11萬伏高壓輸電方案中應(yīng)選用 輸電線路方案，因?yàn)樵摲桨傅妮旊姄p失為另一方案的 %。 8. 一座小型水電站，水以3m/s的速度流入水輪機(jī)，而以1m/s的速度流出，流出水位流入水位低1.6m，水的流量為1m3/s。如果水流能量的75%供給發(fā)電機(jī)，20%使水溫升高。求：（1）水溫升高多少？（2）若發(fā)電機(jī)的效率為80%，則發(fā)電機(jī)的輸出功率為多大？（3）若發(fā)電機(jī)的輸出電壓為240V，

13、輸電線路電阻為，允許損失的電功率為5%，用戶所需電壓為220V，電路如圖所示，則所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比各是多少？變壓器為理想變壓器，g取10m/s2，水的比熱容為4.2×103J/（kg·1. B 解析：當(dāng)R增大時(shí)，副線圈中的電流，則I2減?。还β剩瑒tP2減小，又因?yàn)镻1=P2，則P1減小，I1減小，所以選項(xiàng)B正確。2. C3. D 解析：原線圈中電壓的有效值是220V，由知副線圈中電壓為100V，流過電阻的電流是10A；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V；變壓器的輸入功率為1000W；經(jīng)過1分鐘電阻產(chǎn)生的熱量是6×104J。4. A、B 解

14、析：本題考查變壓器的應(yīng)用等規(guī)律。開關(guān)接通時(shí)，因變壓器頻率不變，輸入端的頻率為50Hz，所以副線圈中電流的頻率也為50Hz，但在一個(gè)周期內(nèi)，氖泡發(fā)光兩次（此處應(yīng)當(dāng)注意），所以氖泡發(fā)光的頻率為100Hz，A項(xiàng)正確；根據(jù)變壓器的變壓規(guī)律有，解得，所以B項(xiàng)正確；開關(guān)斷開時(shí)，電壓表示數(shù)不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)槟逝莶辉俟ぷ鳎愿?、原線圈消耗的功率變小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5. C 解析：由圖乙可知，此交流電的周期為0.02s，故頻率為50Hz，A項(xiàng)錯(cuò)誤；次級(jí)電壓最大值為：，由變壓比得原線圈的電壓最大值為，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電阻R2上電壓的有效值為，故R2上的功率為：，C項(xiàng)正確；由于是交流電，故電容器支路是有電流的，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

15、 6. A、D 解析：本題考查變壓器及遠(yuǎn)距離輸電過程中電壓和能量的損失。由于在輸電線上有電壓和能量的損失，所以升壓變壓器的輸出電壓，輸出功率都大于降壓變壓器的輸入電壓、輸入功率，故C錯(cuò)誤、D正確；由變壓器規(guī)律可知，而U2>U3，所以，故A正確，本題屬于中等難度題。 7. （1）雅礱 落差大 電站與用電市場(chǎng)之間的距離較遠(yuǎn) （2）50萬伏超高壓 4.84 解析：（1）由題意，水力發(fā)電的功率取決于流量Q、落差h及水輪機(jī)效率，現(xiàn)代大型水輪機(jī)效率高達(dá)90%以上，由功率公式，可得發(fā)電站裝機(jī)容量，上式中落差h可認(rèn)為等于壩高h(yuǎn)=240m，水的密度，水輪機(jī)效率為0.9，要使電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量，則要求流量。二灘水電站建在雅礱江上，由地理知識(shí)可知，雅礱江中上游處于四川西部的山區(qū)，雖然流量不及湘江，但是可以筑高壩提高落差。其水能仍較豐富的原因是落差大，因?yàn)樗拇ㄎ鞑可絽^(qū)人口稀少，工業(yè)相對(duì)薄弱，由此知電站與用電市場(chǎng)之間關(guān)系方面的不利條件是距離較遠(yuǎn)。（2）遠(yuǎn)距離輸電，輸電線上損失的電功率，如果使用相同的輸電線，輸送相同的電功率，兩種輸電方案損失的電功率之比為.由此可知，輸電電壓越高，輸電線損失的電能就越少，從減少輸電線上的電能損失來看，應(yīng)選用50萬伏超高壓輸電方案，該方案的輸電損失與另一方案的輸電損失之比為,即該方案的輸電損失為另一方案的4.84%。特別提示：采用水力發(fā)電，發(fā)電功率取決于水的流量、落差及