廣東省高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 第11章第2講變壓器 遠(yuǎn)距離輸電 粵教 新課標(biāo)

1、2021/8/8 星期日12021/8/8 星期日21.變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)變壓器的構(gòu)造:如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的.一個(gè)線圈跟電源連接，叫(也叫初級線圈)；另一個(gè)線圈跟負(fù)載連接，叫(也叫次級線圈).兩個(gè)線圈都是用絕緣導(dǎo)線繞制成的，鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成.原線圈副線圈2021/8/8 星期日3(2)理想變壓器的工作原理實(shí)質(zhì)上就是定律和定律在上述理想化條件下的新的表現(xiàn)形式.法拉第電磁感應(yīng)能的轉(zhuǎn)化與守恒2021/8/8 星期日42.理想變壓器的公式(1)變壓器的變壓比:U1U2=n1n2U1n1=U2n2=U3n3=Un=k理想變壓器原副線圈的端電壓

2、跟匝數(shù)成正比當(dāng)n2n1時(shí)，U2U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器.當(dāng)n2n1時(shí)，U2U1，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫做降壓變壓器.2021/8/8 星期日5(2)變壓器的變流比:當(dāng)變壓器只有一個(gè)副線圈工作時(shí)，才有：可見，變壓器工作時(shí)，原線圈和副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比.2021/8/8 星期日6當(dāng)變壓器有多個(gè)副線圈時(shí),如圖所示，有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.有U1I1=U2I2+U3I3+,有多個(gè)副線圈時(shí)滿足n1I1=n2I2+n3I3+變壓器的高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較_的導(dǎo)線繞制.變壓器的低壓線圈匝數(shù)少而通

3、過的電流大，應(yīng)用較_的導(dǎo)線繞制.細(xì)粗2021/8/8 星期日7(3)理想變壓器的輸入功率與輸出功率即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.2021/8/8 星期日83.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器.特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個(gè)線圈.如果把整個(gè)線圈作原線圈,副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓(圖甲)；如果把線圈的一部分作原線圈,整個(gè)線圈作副線圈，就可以升高電壓(圖乙).2021/8/8 星期日9(2)調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖(丙)所示.線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，AB之間加上輸入電壓U1，移

4、動(dòng)滑動(dòng)觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2.2021/8/8 星期日10(3)電壓互感器如圖(a)所示，原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表.互感器將高電壓變?yōu)榈碗妷?，通過電壓表測低電壓，結(jié)合匝數(shù)比可計(jì)算出高壓電路的電壓.2021/8/8 星期日11(4)電流互感器如圖(b)所示，原線圈串聯(lián)在待測高電流電路中，副線圈接電流表.互感器將大電流變成小電流，通過電流表測出小電流，結(jié)合匝數(shù)比可計(jì)算出大電流電路的電流.2021/8/8 星期日124.遠(yuǎn)距離輸電問題的解題方法首先要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，并在圖中標(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

5、應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號來表示.2021/8/8 星期日13(1)輸電線上的功率損失根據(jù)Pr=I2r，可知減少輸電中的功率損失可以有兩種方法:一種方法是:減小電阻.在電線長度L一定的情況下，應(yīng)當(dāng)選用電阻率小、橫截面積大的導(dǎo)線.另一種方法是提高輸電的電壓U，減小電流I.減小輸電導(dǎo)線中的電流.在導(dǎo)線電阻不變的條件下，電流如果減小到原來的百分之一，功率損失P=I2r就減小到原來的萬分之一.2021/8/8 星期日14根據(jù)U損=Ir，可知減小輸電線路上的電壓損失也有兩種方法.一種是增大輸電導(dǎo)線的截面積以減小電阻.另一種是減小輸電電流.在輸送電功率不變的前提下，必須提高輸電電壓.通過以上

6、分析，我們看到，無論從減小輸電中的功率損失，還是從減小電壓損失方面看，都要求提高輸電電壓，減小輸電電流.2021/8/8 星期日15輸電線上的功率損失和電壓損失要特別注意:分析和計(jì)算時(shí)都必須用而不能用由可得出的結(jié)論：減少輸電線功率損失的途徑是在選定電阻率較小材料后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少輸電線截面積，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.2021/8/8 星期日16(2)遠(yuǎn)距離輸電問題的解題關(guān)鍵從圖中可看出功率之間的關(guān)系是：P1=P1，P2=P2，P1=Pr+P2電壓之間的關(guān)系是：2

7、021/8/8 星期日17電流之間的關(guān)系是：可見其中電流之間的關(guān)系最簡單，I1、Ir、I2中只要知道一個(gè)，另兩個(gè)總與它相等.因此求輸電線上的往往是這類問題的突破.電流2021/8/8 星期日18主題(1)理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題(單選)如圖11-2-1所示，理想變壓器原線圈a、b兩端接正弦式電壓，副線圈c、d兩端通過輸電線接兩只相同的燈泡L1和L2，輸電線圖11-2-1 的等效電阻為R，開始時(shí)，開關(guān)S斷開，當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，以下說法中不正確的是()2021/8/8 星期日19A.副線圈c、d兩端的輸出電壓減少B.副線圈輸電線等效電阻R上的電壓降增大C.通過燈泡L1的電流減少D.原線圈中的電流增大

8、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題A2021/8/8 星期日20當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，L1和L2并聯(lián)，使副線圈的電阻的阻值變小，此時(shí)c、d兩端的輸出電壓不變，副線圈中的總電流增大，電阻R上的電壓降也增大，燈泡L1上的電壓減少，L1中的電流也減少.因副線圈中的總電流增大，原線圈中的電流增大.故選A.求解變壓器問題的原則是:涉及電壓關(guān)系用匝數(shù)比，涉及電流用功率關(guān)系：輸出功率等于輸入功率，且隨輸出功率變化而變化.副線圈涉及一個(gè)以上的用電器，用全電路歐姆定律分析解答.對理想變壓器而言，相當(dāng)于電源內(nèi)阻為零，電源輸出電壓不變.2021/8/8 星期日21 （雙選）如圖11-2-2所示電路中變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲

9、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( )圖11-2-22021/8/8 星期日22A.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BC2021/8/8 星期日23 因?yàn)?所以,當(dāng)保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，n2減小,則U2減小,故也隨之減小,B對.同理,保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則n2增大,U2增大,I2增

10、大,R上消耗的功率增大，I1也隨之增大.C對、A錯(cuò).保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動(dòng)，則負(fù)載電阻減小,I2隨之增大,由I1=,知I1增大,D錯(cuò).2021/8/8 星期日24主題(2)對理想變壓器各物理量的理解如圖11-2-3所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1n2=41，原線圈回路中的電阻A與副線圈圖11-2-3回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等.a、b端加一交變電壓后，兩電阻消耗的電功率之比PAPB=，電阻兩端的電壓之比UAUB= .141162021/8/8 星期日25理想變壓器電路中電壓、電流、功率計(jì)算.對理想變壓器，有所以又UA=I1R,UB=I2R所以2021/8/8 星期日2

11、6首先本題最容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是認(rèn)為PAPB=11，把PA和P入混淆.本題中欲求兩電阻消耗的電功率之比，只需求出兩電路中的電流之比，而電流之比又與原副線圈的匝數(shù)成反比.2021/8/8 星期日27其次，當(dāng)變壓器的原副線圈上接有電阻時(shí)，一定要區(qū)分以下幾個(gè)物理量：電阻消耗的功率與P1和P2的關(guān)系；電阻兩端的電壓與U1和U2的關(guān)系；流過電阻的電流和I1和I2的關(guān)系.理想變壓器公式中的電壓和電流均為有效值.2021/8/8 星期日28（單選）如圖11-2-4是一個(gè)理想變壓器的電路圖，若A、B兩點(diǎn)接交流電壓U時(shí)，五個(gè)相同的燈泡均正常發(fā)光，則原、副線圖11-2-4 圈的匝數(shù)比為()A.51 B.15C.41D

12、.14設(shè)燈泡正常發(fā)光的電流為I，則原、副線圈的電流分別為I和4I，所以原、副線圈的匝數(shù)比為41.C2021/8/8 星期日29如圖11-2-5的理想變壓器,輸入電壓U1=220V,各線圈匝數(shù)之比n1n2n3=1051，R2=110,測得通過R3的電流I3=2A.求:流經(jīng)電阻R2及初級線圈中的電流強(qiáng)度I2和I1各為多少？圖11-2-52021/8/8 星期日30U1U2U3=n1n2n3=1051所以U2=110V；U3=22VI2=U2/R2=1A理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,I1U1=I2U2+I3U3I1U1=(1110+222)W=154W所以I1=0.7A2021/8/8 星期日3

13、1主題(3)遠(yuǎn)距離輸電的計(jì)算某發(fā)電機(jī)輸出功率P=100kW，發(fā)電機(jī)端電壓U1=1000V，向遠(yuǎn)距離輸電的輸電線總電阻R=8.現(xiàn)要求輸電損耗為5%，用戶得到的電壓恰好為220V，則：(1)畫出輸電線路的示意圖；(2)求出所用的變壓器的原副線圈匝數(shù)比.理想變壓器的遠(yuǎn)距離輸電計(jì)算2021/8/8 星期日32 線路上損耗的功率為P=5000W，因?yàn)樗噪娏鳛镮2=25A，線路上的電壓為U=I2R=200V，U2=P/I2=100000/25V=4000V所以n1n2=U1U2=14U3=U2-U=3800V，U4=220Vn3n4=U3U4=190112021/8/8 星期日33遠(yuǎn)距離輸電的計(jì)算步驟(

14、方法技巧)：(1)畫出輸電電路圖;(2)以升壓變壓器的副線圈、輸電線路、降壓變壓器的原線圈為回路，利用歐姆定律分析三者的電壓關(guān)系和電功率關(guān)系.具體為:由輸電功率和輸電電壓確定輸電線的電流；計(jì)算線路電壓損耗、電功率損耗，確定降壓變壓器的輸入電壓和輸入功率；計(jì)算升壓變壓器、降壓變壓器的變壓比.2021/8/8 星期日34有一條河流，河水流量為4m3/s，落差為5m，現(xiàn)利用它來發(fā)電，使用的發(fā)電機(jī)總效率為50，發(fā)電機(jī)輸出電壓為350V，輸電線的電阻為4，允許輸電線上損耗功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的5，而用戶所需要電壓為220V，求所用的升壓、降壓變壓器上原、副線圈的匝數(shù)比.(g=9.8m/s2)2021/8/8