變壓器+遠(yuǎn)距離輸電)

1、精銳教育學(xué)科教師輔導(dǎo)教案學(xué)員編號：年 級：高二課 時 數(shù)： 1學(xué)員姓名：輔導(dǎo)科目：物理學(xué)科教師：授課內(nèi)容變壓器 遠(yuǎn)距離輸電星級授課日期及時段教學(xué)內(nèi)容建議用時 5 分鐘！世界最大的水電站22中國領(lǐng)先的中小學(xué)教育品牌在輸電過程中，電壓必須進(jìn)行調(diào)整才能符合各用戶的要求. 同步講解<建議用時 20 分鐘！>.變壓器的電動勢、電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系(1)電動勢關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，則原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的t ，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，有 E1n1t，E2n2t ，所以E1E2U1n1，得 U1U2U2n2，得 n1 n2 t若變壓器有兩個副線

2、圈，則有U1n1U2U3n2 n3t .所以有U1U2n1n2U1n1或U2n2U3 n3 U3 n3U1 n1據(jù) U12n12知，當(dāng) n2>n1時， U2>U1，這種變壓器稱為升壓變壓器；當(dāng)n2<n1 時， U2<U1，這種變壓器稱為降壓變壓器(3)電流關(guān)系：由于不計各種電磁能量的損失，輸入功率等于輸出功率，即P1 P2.因為 P1U1I1，P2U2I2，則 U1I1I1 U2U1U2I2，所以 II21UU12.又由 UU12n1，得I1I2n2n1.U1 n1 (2)電壓關(guān)系： 由于不計原、 副線圈的電阻， 因此原線圈兩端的電壓 U1 E1，副線圈兩端的電壓 U2

3、E2，所以 1 1. UU12nn21，無論副線圈一端是空載還是有負(fù)載，都是適用的 輸出電壓 U2 由輸入電壓 U1和原、副線圈的匝數(shù)比共同決定由2.高壓輸電的基本原理(1) 損失電能的分析 任何輸電線都有電阻，因此當(dāng)電能通過輸電線輸送時，電流通過輸電線，因輸電線有電阻而發(fā)熱，從而損失電功率 設(shè)輸電電流為 I，輸電線電阻為 R，則輸電線上的功率損失 P 損 I2R.設(shè)輸送電功率為 P，輸電電壓為 U，輸電線的總長度為 L，橫截面積為 S，電阻率為 ，則輸電電流 I UP，輸電線電 阻為 R LS.所以輸電線上的電功率損失可表示為UP 2·LS.(2) 輸送電能的基本要求可靠：保證供電

4、線路可靠地工作，少有故障保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量 電壓和頻率穩(wěn)定 經(jīng)濟(jì)：輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少(3) 減少損耗的方法由 P 損I2R 可知，減小輸電線路上功率損失的方法主要有兩種：減小輸電線的電阻 R，由 R·Sl 知a. 減小輸電線長度 l ：由于輸電距離一定，所以在實際中不可能用減小 l 來減小 R.b. 減小電阻率 ：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導(dǎo)線材料，若使用電阻率更小的金屬，如銀、金等不現(xiàn)實， 成本高c. 增大導(dǎo)線的橫截面積 S：這種方法多耗費金屬材料，必然會增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難P減小輸電電流 I，根據(jù) I UPa.減小輸送功率 P：在實

5、際中不能以用戶少用或不用電來達(dá)到減少損耗的目的b.提高輸電電壓 U：在輸送功率 P一定時，輸電線電阻 R一定的條件下，輸電電壓提高到原來的 n倍，根據(jù) P 損2·R 知，輸電線上的電功率損耗將降為原來的n2根據(jù)以上分析知，采用高壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施3.輸電電路中的基本關(guān)系如圖 1 所示，U1 n1，U3U2n2，U4， P1P2，P2P3 P 損 n4圖1輸電電線的電流：IP2，IU損，I n1，I2n3U2R 線 I1 n2 I n4電壓損失：U 損IR 線 U2U3 P損·R線.功率損失：2U2損P 損U 損·I I2R 線 .R線

6、輸電效率：PP14×100% P2P2P ×100%.P1P2例 1】() 如圖 2 所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20 1，原線圈接正弦式交流電源，副線圈接入“220V， 60W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則 ( )A電流表的示數(shù)為32202 AB電源輸出功率為1 200 WC電流表的示數(shù)為3A220D原線圈端電壓為11 V答案】解析】因為燈泡正常發(fā)光所以副線圈中的電流I2P出 60 A 2 U2 220 131A ，根據(jù)公式 II12 nn21得 I1nn12I2210220A，3即電流表的示數(shù)應(yīng)為 220A，故 A 錯，C 對；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率

7、，由P 入 P 出可得電源的輸出功率為 60 W，故 B選項錯誤；根據(jù)公式 UU12nn12n1，得 U 1 nn1U 2210×220V 4 400V ，故 D 選項錯誤。變式訓(xùn)練： 某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 負(fù)載，下列判斷正確的是 ( )559，原線圈所接電源電壓按如圖3 所示的規(guī)律變化，副線圈接有A輸出電壓的最大值為 36 VB原、副線圈中電流之比為55 9C變壓器輸入、輸出功率之比為55 9D交流電源電壓有效值為 220 V，頻率為 50 Hz【答案】 D【解析】 由題圖知原線圈電壓最大值為 220 2V，周期 T2×102 s，故電壓有效值為 220V，頻率為

8、50 Hz；由U1n1， U2 n2 n2得輸出電壓的最大值為 36 2V，原、副線圈電流之比為 9 55，輸入、輸出功率應(yīng)相等，所以正確答案為D。 n1題型二 () 常見變壓例 2】如圖 4 所示， M、 N 為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說法正確的是 ( )A在乙圖中，線圈N4 的導(dǎo)線一定比線圈 N3的導(dǎo)線粗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解析】電壓互感器輸入端分別接在兩根線上，次級匝數(shù)比初級匝數(shù)少；電流互感器輸入端只能串聯(lián)在電

9、路中，次級匝數(shù)比初級匝數(shù)多。變式訓(xùn)練：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滑動片處于線圈中間位置時，通過電阻 R0 的電流有效值為A.答案】 200 5 解析】由理想變壓器公式UU1nn1得 U CD nn2U AB 2×100V 200V ，又由 I2URCD24000A5A。U2 n2n1R040題型三：變壓器動態(tài)問題【例 3】()如圖 6 所示為一理想變壓器， 兩端的電壓，則下列說法中錯誤的是 ( )K 為單刀雙擲開關(guān)， P 為滑動變阻器的滑動觸頭， U1 為加在原線圈圖6A保持 U1及P的位置不變， K由a合到 b時

10、， I1將增大B保持 P 的位置及 U1不變， K 由 b 合到 a時， R消耗功率將減小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【答案】 CU1 n1【解析】 K 由 a 合到 b 時， n1 減小而 U 1不變，由 U 1 n1可知副線圈上的電壓增大，負(fù)載R 的電流 I2增大， P2增大；又由于 P1P2U1I1，故 I1增大， A項正確；同理 K 由b合到 a時， P2減小， B項正確；U2I1 n2P 上滑時，負(fù)載電阻 R 增大，而 U 1、 U 2均不變，由 I2 R 可知 I2減小，又由于 n1、

11、n2均不變，由 I2n1可知 I1將減U1 n1U2I1 n2小，故 C項錯誤；當(dāng) U1增大時，由 U1n1可知 U2也增大， I2U2增大，再由 I1n2可知 I 1增大，故 D項正確U2 n2RI2 n1變式訓(xùn)練： 如圖 7 所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1 和 L2，輸電線等效電阻為R.開始時，開關(guān) S斷開當(dāng) S 接通時，以下說法中錯誤的是 ( )圖7A副線圈兩端 M、N 的輸出電壓減小 B副線圈輸電線等效電阻 R 上的電壓增大C通過燈泡 L1 的電流減小D原線圈中的電流增大【答案】 A【解析】由于輸入電壓不變，所以 S 接通時，理想變壓器副線圈 M 、N 兩端

12、的輸出電壓不變并聯(lián)燈泡L2，負(fù)載總電阻變小，由歐姆定律 IRU知，流過 R 的電流增大，電阻 R 上的電壓 URIR 增大副線圈輸出電流 I2 增大，根據(jù) 輸入功率等于輸出功率 I1U1I2U2得，原線圈輸入電流 I 1也增大 UMN不變， UR變大，所以 UL1變小，流過燈泡 L1 的電流減小題型四：有多個副線圈的理想變壓器問題【例 4】()理想變壓器如圖 8 所示，原線圈匝數(shù) n11 000 匝，兩副線圈匝數(shù)分別為 n2600 匝， n3 200 匝， 當(dāng)原線圈兩端接在 220 V的交流電源上時，原線圈上電流為2 A，通過 R2的電流為 1 A，則通過 R3的電流為 ( )圖8A10 AB

13、7 AC3 AD1 A【答案】 B【解析】由理想變壓器變壓比公式U1n1可得 U2U1n2220×600 V132 V，由 U1n1可得 U3n3U1200×220 VU2 n2n11 000U3 n3n11 00044 V，根據(jù)輸入功率等于輸出功率有I1U1I2U2I3U3 解得 I3 7 A，選 B.變式訓(xùn)練：如圖 9 所示，臺有兩個副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)n11 100 匝，接入電壓 U1220 V 的電路中圖9(1)要求在兩個副線圈上分別得到電壓U26 V，U3110 V，它們的匝數(shù) n2、n3分別為多少？(2)若在兩副線圈上分別接上 “6 V，20 W”、

14、“ 110 V,60 W的”兩個用電器，原線圈的輸入電流為多少？ 答案】 (1)30 匝 550 匝 (2)0.36 A解析】 (1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關(guān)系，由U1U2n1n2，U1U3n1n3U2 得 n2 U1n16220×1 100 匝 30 匝n3UU31n1212100×1 100匝 550 匝U1220P2P3 20 60(2)設(shè)原線圈輸入電流為 I1，P入P 出，即 I1U1I2U2I3U3P2P3，所以 I1 U1 220 A0.36 A題型五：線路損耗問題【例 5】() 1發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線電阻為R，通過導(dǎo)線的電流

15、為 I，學(xué)校輸入電壓為 U2，下列計算輸電線損耗的式子中，不正確的是( )U21U1U2 2ARB RCI2RD I(U1U2)答案】A解析】輸電線的損耗 P損I2R 線RU線R線IU 線其中 U 線U1U2，故 B、C、 D 正確， A 不正確變式訓(xùn)練： (雙選 )某發(fā)電站采用高壓輸電向外輸送電能若輸送的總功率為P0，輸電電壓為 U，輸電導(dǎo)線的總電阻為 R.則下列說法正確的是 ( )A輸電線上的電流 I URP0B輸電線上的電流 I PU0C輸電線上損失的功率 P(PU0)2RD輸電線上損失的功率 P UR答案】BCP0 U 線解析】輸電線上的電流 I 線 0 故 A 錯誤，URB 正確；輸

16、電線上的功率損失 P I2線R(PU0)2RUR線，故 C 正確， D錯誤題型六：遠(yuǎn)距離輸電線路中各物理量的關(guān)系3一臺發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4 000 kW ，電壓為4 000 V ，經(jīng)變壓器 T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電 輸電線路總電阻 R1 k 到目的地經(jīng)變壓器 T2降壓，負(fù)載為多個正常發(fā)光的燈泡 (220 V,60 W) 若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率()AT1原、副線圈電流分別為 103 A和 20 ABT2 原、副線圈電壓分別為1.8 ×105 V和 220 VCT1和 T2的變壓比分別為 150和 401的 10%，變壓器 T1和 T2的耗損可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀

17、態(tài)，則下列說法錯誤的是D有 6×104盞燈泡 (220 V,60 W)正常發(fā)光答案】解析】輸電線上消耗的功率P線I22R400 kW，則 I2 PR20 A，又 P1 U1I 1，則 I1 UP1103 A，故 A正確；U1 I2 1T1的變壓比 U21I2150，又 PU1I1U2I2，得 U22×105 V，輸電線上損失電壓 U線I2R2×104 V，則 T2原線圈的U3 1.8 ×105輸入電壓 U3U2U線1.8 ×105 V，又燈泡正常發(fā)光， T2的副線圈的電壓為 220 V，B正確； T2的變壓比 U34 220 11 ，C 錯誤；

18、根據(jù) U 3 I2 60n，解得 n 6×104， D 正確n1、變式訓(xùn)練： (雙選)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖10 所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 200 V，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(變壓器均為理想變壓器 )要使額定電壓為 220 V 的用電器正常工作，則 ( )圖 10A. >C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓B.n1<n4D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率答案】ADP 出 P 損 P 入，故 D 正解析】由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸

19、入功率U2 n2 U3 n3n2 n3確.UU12nn12，UU34nn43，因為 U1200 V<U4220 V，U2>U3U2U線，故nn21>nn43，選項 A正確(時間 10 分鐘，共 10 道題，滿分 100 分)一、選擇題，每題 10 分共 50 分1.一理想變壓器原、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u 如圖 11所示副線圈僅接入一個 10 的電阻則 ( )圖 11A 流過電阻的電流是 20 AB 與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 2 VC經(jīng)過 1 分鐘電阻發(fā)出的熱量是 6×103 JD變壓器的輸入功率是 1×

20、;103 W【答案】 D【解析】設(shè)輸入電壓為 U 1，輸出電壓為 U2，由UU21nn21知 U2100 V，IUR211000 A10 A，故選項 A、B 錯誤；1分 U22鐘內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量 QI2Rt102×10×60 J60 000 J，故選項 C錯誤； P輸入P輸出 2 1×10 3 W，故選項 D正確 R2.如圖 12 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 u U0sin t的交流電源，副線圈接一個 R 27.5 的負(fù)載電阻若 U0220 2 V，100 rad/，s 則下述結(jié)論正確的是 (A副線圈中電壓表的讀數(shù)為 55 VC

21、原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5 A答案】 AC1 B副線圈中輸出交流電的周期為s100D原線圈中的輸入功率為 110 2 W解析】原線圈電壓有效值為U220 V，電壓表讀數(shù)為U22420 V 55 V ，周期 T25 1 也減小4.如圖 13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 和 為理想電壓表，讀數(shù)分別為 U1和 U2； 、 和 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 ( )0 s，副線圈中電流 I2UR4 50 RI2圖 132 A，原線圈中電流 I1420.5 A，PI

22、1U110 W.3.一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，輸出功率為P2.當(dāng) R增大時 ()AI1減小， P1 增大BI1減小， P1 減小CI2增大， P2 減小DI2增大， P2 增大【答案】B【解析】副線圈的電壓不變，當(dāng)副線圈接的電阻R 增大時， I2減小， P2 減小，因為P1P2，所以 P1減小， I1nn1I2，AU2變小、 I3變小BU2不變、 I3變大CI1變小、 I2 變小DI1變大、 I2 變大答案】BC解析】n2由U2 U1得 U1不變，n2U2就不變； S斷開， R總增大

23、， U 2不變，則 I2變小，由 I1 I2得I 1也變??； I2變小，加在 R1兩端的電壓變小，由 UR3 U 2UR 1，得 UR3 增大，所以 I3 變大.5.遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸電線電阻一定，下列說法正確的是( )A 輸電線上的電壓損失跟輸電電壓成正比B輸電線上的功率損失跟輸電電壓成正比C輸電線上的功率損失跟輸電電壓的平方成反比D 輸電線上的功率損失跟輸電線上的電壓損失的平方成正比【答案】 CDU2P 送P2送【解析】此題容易犯的錯誤是將輸電電壓與損失電壓相混，由PU 而選 B.正確的思路是由 I線P送可知 P P送2 ·RRU 送U送P送U2線，C對U 

24、3;R線，A 錯P，D對U 送R線二、非選擇題 ,5 題每題 10 分，共 50 分6.某發(fā)電站的輸出功率 P104 kW ，輸出電壓U14 kV ，通過理想變壓器升壓后向遠(yuǎn)處供電已知輸電導(dǎo)線的總電阻為 R 10 ，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求變壓器的匝數(shù)比2 答案】 225P 107解析】 發(fā)電站的輸出電流 I1UP 41×0103A 2.5 ×103 A輸電線路損失的功率 P 損4%PI22R 則 I2 4%RP4%1×0107 A2×102 A變壓器的匝數(shù)比 nn12 II12 22.5×1×1003225n2 I1

25、2.5 ×10 257.某小型水電站輸出功率為 20 kW ，輸電線路總電阻是6 .(1)若采用 380 V 輸電，求輸電線路損耗的功率(2)若改用 5 000 V 高壓輸電，用戶端利用 n1n222 答案】 (1)16.6 kW (2)226.2 V1 的變壓器降壓，求用戶得到的電壓解析】 (1)P 電 U1I1，P 損 I21R，P2電 4×108損耗的功率為 P 損 2R2 ×6 W 16.6 kW.U1380(2)P 電U2I2，損失的電壓 UI2R24 V，U3U2U4 976 V ，U3U4n1n2，用戶得到的電壓 U 4 226.2 V.8.一座小型

26、水電站，水以 3 m/s 的速度流入水輪機(jī)，而以為 1 m3/s.如果水流能量的 75% 供給發(fā)電機(jī)， 20%使水溫度升高求：1 m/s 的速度流出流出水位比流入水位低1.6 m ，水的流量(1)水溫升高多少？(2) 若發(fā)電機(jī)效率為 80%，則發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？50(3)若發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 240 V ，輸電線路總電阻為 3 ，允許損失的電功率為輸出功率的5%，用戶所需電壓為220 V ，則在送電過程中所用的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 10 m/s2，水的比熱容為 4.2 ×103 J/(kg ·) 3 95 答案】

27、(1)9.5 ×104 (2)12 kW (3)25 11解析】 (1)每秒水流機(jī)械能損失為1E2m(v21 v22)mgh2×104 J其中有 20%能量使水溫升高則 cmt20% E所以 t20%E9.5 ×104 cm(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率為75%EP 出t ×80%，而 t 1 s所以 P 出12 kW(3)發(fā)電機(jī)經(jīng)變壓器到用戶的供電線路示意如圖所示P線 =5%P出=600 W因為 P線=I 線2R線 ，所以 I 線 =6 A 又因為 I2I線=6 A， I1 P =50 A 所以對升壓變壓器有I1n2線 1 U1I2n1即 n1 I23 又因為 I3 I線=6 A， I4P出 P線 570出 線 A 所以，對降壓變壓器有n3I495n