高三物理一輪教案變壓器電能

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載20xx屆高三物理一輪教案變壓器電能的輸送教學(xué)目標(biāo)：1了解變壓器的工作原理，掌握理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系2理解遠(yuǎn)距離輸電的原理教學(xué)重點(diǎn)： 理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)： 變壓器的工作原理教學(xué)方法： 講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)過程：一、理想變壓器1理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器作用：在輸送電能的過程中改變電壓原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象特征：正因?yàn)槭抢秒姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交變電壓2理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律在理想變壓器的原線圈兩端加交

2、變電壓u1后，由于電磁感應(yīng)的原因，原、副線圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：tne111，tne222忽略原、副線圈內(nèi)阻，有u1e1，u2e2另外，考慮到鐵心的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)為在任意時(shí)刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等，于是又有21由此便可得理想變壓器的電壓變化規(guī)律為2121nnuu在此基礎(chǔ)上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線圈內(nèi)能量損失和鐵芯內(nèi)能量損失這兩部分，分別俗稱為“銅損”和“鐵損”） ，有而21pp而111uip222uip學(xué)習(xí)必備歡迎下載于是又得理想變壓器的電流變化規(guī)律為12212211,nniiiuiu由此可見：（1）理想變壓器的理想化條件一般指的

3、是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實(shí)際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數(shù)的差別 ）（2）理想變壓器的規(guī)律實(shí)質(zhì)上就是法拉第電磁感應(yīng)定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在上述理想條件下的新的表現(xiàn)形式這里要求熟記理想變壓器的兩個(gè)基本公式是：2121nnuu，即對同一變壓器的任意兩個(gè)線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比。p入=p出，即無論有幾個(gè)副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。需要特別引起注意的是：只有當(dāng)變壓器只有一個(gè)副線圈工作時(shí)，才有：12212211,nniiiuiu變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到：rnuniup/2112111，即

4、在輸入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的r 表示負(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”。 “負(fù)載”表示副線圈所接的用電器的實(shí)際功率。實(shí)際上，r越大，負(fù)載越?。籸越小，負(fù)載越大。這一點(diǎn)在審題時(shí)要特別注意?！纠?1】理想變壓器初級線圈和兩個(gè)次級線圈的匝數(shù)分別為n1=1760 匝、 n2=288 匝、 n3=800 0 匝，電源電壓為u1=220v。n2上連接的燈泡的實(shí)際功率為36w，測得初級線圈的電流為i1=0.3a，求通過n3的負(fù)載 r 的電流 i3。解：由于兩個(gè)次級線圈都在工作，所以不能用i1/n，而應(yīng)該用p1=p2

5、+p3和 un。 由 un 可求得 u2=36v， u3=1000v； 由 u1i1=u2i2+u3i3和 i2=1a 可得 i3=0.03a?！纠?2】在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個(gè)圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是n2 l n3r 220v n1 a. b. c. d. 學(xué)習(xí)必備歡迎下載解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏鳎虼嗽€圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。選a。3解決變壓器問題的常用方法思路 1 電壓思路 .變壓器原、副線圈的電壓之比為u1/u2=n1/n2；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)u1/n1=u

6、2/n2=u3/n3=思路 2 功率思路 .理想變壓器的輸入、輸出功率為p入=p出，即 p1=p2；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí) p1=p2+p3+思路 3 電流思路 .由 i=p/u 知，對只有一個(gè)副繞組的變壓器有i1/i2=n2/n1；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)n1i1=n2i2+n3i3+思路 4 （變壓器動態(tài)問題）制約思路. （1）電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/n2）一定時(shí)，輸出電壓u2由輸入電壓決定，即u2=n2u1/n1，可簡述為“原制約副”. （2）電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/ n2）一定，且輸入電壓u1確定時(shí)，原線圈中的電流i1由副線圈中的輸出電流i2決定，

7、即i1=n2i2/ n1，可簡述為“副制約原”. （3）負(fù)載制約：變壓器副線圈中的功率p2由用戶負(fù)載決定，p2=p負(fù)1+p負(fù)2+；變壓器副線圈中的電流i2由用戶負(fù)載及電壓u2確定， i2=p2/u2；總功率p總=p線+p2. 動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：u122222121iruiunnuu決定負(fù)載決定決定決定1112211211)(uipiuiuippp1思路 5 原理思路 .變壓器原線圈中磁通量發(fā)生變化，鐵芯中 /t 相等；當(dāng)遇到“”型變壓器時(shí)有1/t=2/ t+ 3/t，此式適用于交流電或電壓（電流）變化的直流電，但不適用于穩(wěn)壓或恒定電流的情況. 【例 3】如圖，為一理想變壓器，k

8、為單刀雙擲開關(guān)，p為滑動變學(xué)習(xí)必備歡迎下載阻器的滑動觸頭，u1為加在原線圈兩端的電壓，i1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則a.保持 u1及 p的位置不變，k由 a 合到 b 時(shí)， i1將增大b.保持 u1及 p的位置不變， k由 b 合到 a 時(shí)， r 消耗的功率減小c.保持 u1不變， k合在 a 處，使 p上滑， i1將增大d.保持 p的位置不變，k合在 a 處，若 u1增大， i1將增大命題意圖：以變壓器動態(tài)問題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力. 錯(cuò)解分析：部分考生對變壓器工作原理理解不深刻，辨不清原副線圈中的變量與不變量，理不明各量間誰制約誰 的制約關(guān)系；導(dǎo)致錯(cuò)選. 解析： k 由 a

9、 合到 b 時(shí)， n1減小，由u1/u2=n1/n2，可知u2增大， p2=u22/r 隨之增大，而p1=p2，又 p1=i1u1，從而 i1增大， a 正確； k由 b 合到 a 時(shí)，與上述情況相反，p2將減小， b 正確； p上滑時(shí)， r 增大， p2=u22/r 減小，又p1=p2，p1=i1u1，從而 i1減小， c 錯(cuò)誤； u1增大，由u1/u2=n1/n2可知， u2增大， i2=u2/r隨之增大，由i1/i2=n2/n1可知 i1也增大， d 正確 .故選項(xiàng) a、b、 d 正確 . 【例 4】 一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100 匝， 兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝， n

10、3=600匝，若通過兩個(gè)副線圈中的電流強(qiáng)度分別是i2=1 a，i3=4 a，求原線圈中的電流強(qiáng)度. 命題意圖：考查考生分析推理能力. 錯(cuò)解分析：違背能量守恒，生搬硬套公式，得出：132321nnniii，i1=3 a 的錯(cuò)解 . 解析：電流強(qiáng)度與匝數(shù)成反比，僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況，本題有兩個(gè)副線圈，應(yīng)根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析，由于理想變壓器無能量損失，所以有 p1=p2+p3（p1為原線圈輸入功率，p2、 p3分別為兩只副線圈的輸出功率）根據(jù)電功率公式有：i1u1=i2u2+i3u3 又因?yàn)?121nnuu，u2=112unn3131nnuu，u3=13nnu1 把代入，

11、整理得：i1n1=i2n2+i3n3所以 i1=1100600460113322ninina=2.24 a 學(xué)習(xí)必備歡迎下載二、遠(yuǎn)距離輸電一定要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機(jī)、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻。并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號。一般設(shè)兩個(gè)變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、 n1、n1/ n2、n2/，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號來表示。從圖中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系是：p1=p1/，p2=p2/，p1/=pr=p2。電壓之間的關(guān)系是：2122221111,uuunnuunnuur。電流之間的關(guān)系是：2122221111,iiinniinniir?？梢娖?/p>

12、中電流之間的關(guān)系最簡單，21,iiir中只要知道一個(gè)，另兩個(gè)總和它相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。輸 電 線 上 的 功 率 損 失 和 電 壓 損 失 也 是 需 要 特 別 注 意 的 。 分 析 和 計(jì) 算 時(shí) 都 必 須 用riuriprrrr,2，而不能用rupr21。特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失susluppr212111， 由此得出結(jié)論：減少輸電線功率損失的途徑是提高輸電電壓或增大輸電導(dǎo)線的橫截面積。兩者相比，當(dāng)然選擇前者。若輸電線功率損失已經(jīng)確定，那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設(shè)電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。需要

13、引起注意的是課本上強(qiáng)調(diào)：輸電線上的電壓損失，除了與輸電線的電阻有關(guān)，還與感抗和容抗有關(guān)。當(dāng)輸電線路電壓較高、導(dǎo)線截面積較大時(shí)，電抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大?！纠?5】 學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為r=4，全校 22 個(gè)教室，每個(gè)教室用“220v，40w”的燈 6 盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？發(fā)電機(jī)的電動勢多大？輸電線上損耗的電功 學(xué)習(xí)必備歡迎下載率多大？解：所有燈都正常工作的總功率為22640=5280w，用電器總電流為242205280222upia，輸電線上的電流64221iiii

14、ra，降壓變壓器上： u2=4u2/=880v，輸電線上的電壓損失為：ur=irr=24v ，因此升壓變壓器的輸出電壓為u1/=ur+u2=904v，輸入電壓為 u1=u1/4=226v，輸入電流為i1=4i1/=24a，所以發(fā)電機(jī)輸出功率為p出=u1i1=5424w 發(fā)電機(jī)的電動勢e =u1+i1r=250v 輸電線上損耗的電功率pr=ir2r=144w 【例6】 在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)坑口電站，輸送的電功率為p=500kw，當(dāng)使用u=5kv 的電壓輸電時(shí)，測得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800 度。求：這時(shí)的輸電效率 和輸電線的總

15、電阻r。若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？解； 由于輸送功率為p=500kw， 一晝夜輸送電能e=pt=12000 度， 終點(diǎn)得到的電能e/=7200度，因此效率=60%。輸電線上的電流可由i=p/u 計(jì)算，為i=100a，而輸電線損耗功率可由pr=i 2r 計(jì)算，其中pr=4800/24=200kw，因此可求得r=20。輸電線上損耗功率221uruppr，原來 pr=200kw，現(xiàn)在要求 pr/=10kw ，計(jì)算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為u/ =22.4kv。【例 7】發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kw，輸出電壓是250 v，用戶需要的電壓是220 v，輸電線電阻為10 .若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：（1）在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比. （2）畫出此輸電線路的示意圖. （