第二課時(shí)變壓器電能的輸送

第二課時(shí)變壓器電能的輸送第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第一關(guān):基礎(chǔ)關(guān)展望高考基礎(chǔ)知識(shí)第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四一? 變壓器的構(gòu)造和原理知識(shí)講解如圖所示,變壓器由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成,其中一個(gè)線圈與電源相接,另一個(gè)線圈與負(fù)載(工作電路)相接,前者稱為原線圈或初級(jí)線圈,后者稱為副線圈或次級(jí)線圈.第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四當(dāng)在原線圈上加交變電源時(shí),原線圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量,磁通量通過鐵芯也穿過副線圈,磁通量的變化在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).若副線圈上接有負(fù)載形成閉合電路,有交變電流通過時(shí),也會(huì)產(chǎn)生磁通量通過鐵芯穿過原線圈,在原線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).這樣原?副線圈在鐵芯中磁通量發(fā)生了變化,從而發(fā)生互相感應(yīng)(稱為互感現(xiàn)象),產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四歸納為:(1)互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ),其實(shí)質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.(2)若在原線圈上加交流電壓,副線圈上空載(開路),則副線圈上存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).(3)變壓器改變電壓的作用只適用于交變電流,不適用于恒定電流.第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四活學(xué)活用1.理想變壓器原?副線圈匝數(shù)比為10：1,以下說法中正確的是()A.穿過原?副線圈每一匝磁通量之比是10：1B.穿過原?副線圈每一匝磁通量的變化率相等C.原?副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之比為10：1D.正常工作時(shí)原?副線圈的輸入?輸出功率之比為1：1第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四解析:此題考查的是對(duì)變壓器原理的掌握,對(duì)理想變壓器,B選項(xiàng)認(rèn)為無磁通量損漏,因而穿過兩個(gè)線圈的交變磁通量相同,磁通量變化率相同,因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等,才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比.D選項(xiàng)認(rèn)為可以忽略熱損耗,故輸入功率等于輸出功率.答案:BD第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四二? 電能的輸送

知識(shí)講解

第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四(1)減少電能損耗的方法

據(jù)P損=I2R可知,減小輸電線路上功率損失的方法主要有兩種:

①減小輸電線的電阻R,據(jù)R=ρ·

a.減小輸電線長度L:由于輸電距離一定,所以在實(shí)際中不可能用減小L來減小R.

b.減小電阻率ρ:目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導(dǎo)線材料.

c.增大導(dǎo)線的橫截面積S:這要多耗費(fèi)金屬材料增加成本,同時(shí)給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難.第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四②減小輸電電流I,據(jù)

a.減小輸送功率P:在實(shí)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,輸線電阻R一定的條件下,輸電電壓提高到原來的n倍,據(jù)P損=()2·R知,輸電線上的功率損耗將降為原來的

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.第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四(2)遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以圖為例):

①功率關(guān)系

P1=P2,P3=P4,P2=P損+P3

②電壓?電流關(guān)系

U2=ΔU+U3,I2=I3=I線.

第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四活學(xué)活用

2.遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電,若輸送電壓升高為原來的n倍,關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失正確的是()

A.輸電線上的電功率損失是原來的

B.輸電線上的電功率損失是原來的

C.輸電線上的電壓損失是原來的

D.輸電線上的電壓損失是原來的第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四解析:根據(jù)由P=IU得導(dǎo)線上損失功率P損=I2R=因輸送功率一定,P損跟輸送電壓的平方成反比;U損.跟輸送電壓成反比.所以正確選項(xiàng)為B?C.

答案:BC第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二關(guān):技法關(guān)解讀高考解題技法第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四一? 變壓器各量變化問題的分析技法講解處理這類問題的關(guān)鍵是要分清變量和不變量,弄清理想變壓器中“誰決定誰”的問題,在理想變壓器中,U2由U1和匝數(shù)比決定;I2由U2和負(fù)載決定;I1由I2和匝數(shù)比決定.注意因果關(guān)系,對(duì)電壓而言,有U入才有U出,輸入決定輸出,而對(duì)電流、功率而言,則是有I出、P出,才有I入、P入,輸出決定輸入.第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四當(dāng)理想變壓器的原副線圈的匝數(shù)不變時(shí),如果變壓器的負(fù)載發(fā)生變化,可依據(jù)以下原則判定,如圖所示.第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四(1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2.這是因?yàn)檩敵鲭妷篣2=U1,當(dāng)U1不變時(shí),不論負(fù)載電阻R變化與否,U2不會(huì)改變.(2)輸出電流I2決定輸入電流I1,在輸入電壓U1一定的情況下,輸出電壓U2也被完全確定.當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí),I2減小,則I1相應(yīng)減小;當(dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí),I2增大,則I1相應(yīng)增大.在使用變壓器時(shí),不能使變壓器次級(jí)短路.第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四

(3)輸出功率P2決定輸入功率P1,理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等,即P2=P1.在輸入電壓U1一定的情況下,當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí),I2減小,則變壓器輸出功率P2=I2U2減小,輸入功率P1也將相應(yīng)減小;當(dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí),I2增大,變壓器的輸出功率P2=I2U2增大,則輸入功率P1也將增大.第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四典例剖析【例1】(江蘇高考題)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()

第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四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減小第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四[答案]BC第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四二? 遠(yuǎn)距離輸電問題技法講解在求解遠(yuǎn)距離輸電的有關(guān)問題時(shí),常會(huì)涉及到較多的物理量,應(yīng)特別注意各物理量的對(duì)應(yīng)性,所以對(duì)遠(yuǎn)距離輸電問題一定要先畫出過程圖再分析,可以保證思路通順流暢避免混亂出錯(cuò).另外針對(duì)輸電過程中因物理量較多,易發(fā)生混亂的特點(diǎn),把各物理量在圖中標(biāo)出可以使物理意義條理清晰.第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四遠(yuǎn)距離輸電過程的示意圖(如圖所示)由圖可知:P1=P2,I2=I3,P3=P4,P損=I22·2r=I32·2r=P1-P4.第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四

(1)升壓變壓器的輸出電流和輸電線上的電壓損失?功率損失,是聯(lián)系兩個(gè)變壓器的紐帶,解題時(shí)要抓住這個(gè)“綱”,然后根據(jù)和其他相關(guān)量的聯(lián)系按相應(yīng)規(guī)律列式求解.(2)輸電導(dǎo)線上損失的電能和輸出電壓的平方成反比,輸出電壓提高n倍,導(dǎo)線上電能的損失就減為原來的第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四

(3)在計(jì)算遠(yuǎn)距離輸電線路的功率損耗時(shí)常用關(guān)系式P損=I線2R線計(jì)算,其原因是I線較易求出;I總=I線=P總/U總;而P損=U線I線或P損=U線2/R線,則不常用,其原因是在一般情況下U線不易求出,且易把U線和U總相混淆而造成錯(cuò)誤.第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四典例剖析【例2】有一臺(tái)內(nèi)阻為1Ω的發(fā)電機(jī),供給一個(gè)學(xué)校照明用電,如圖所示,升壓變壓器匝數(shù)之比為1：4,降壓變壓器的匝數(shù)之比為4：1,輸電線的總電阻R=4Ω,全校共有22個(gè)班,每班有“220V40W”的燈6盞,若保證全部電燈正常發(fā)光,則第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四(1)發(fā)電機(jī)輸出功率多大?(2)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)多大?(3)輸電效率多少?(4)若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光,發(fā)電機(jī)輸出功率是否減半?[解析]發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E,一部分降在電源內(nèi)阻上,即I1r,另一部分為發(fā)電機(jī)的路端電壓U1,升壓變壓器副線圈電壓U2的一部分降在輸電線上,即I2R,其余的就是降壓變壓器原線圈電壓U2′,而U3應(yīng)為燈的額定電壓U額,具體計(jì)算由用戶向前遞推即可.第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四(1)對(duì)降壓變壓器:

U2′I2=U3I3=nP燈=22×6×40W=5280W,而U2′=U3=880V.

所以I2=A=6A.

對(duì)升壓變壓器:

U1I1=U2I2=I22R+U2′I2=(62×4+5280)W=5424W,所以P出=5424W.第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四(2)因?yàn)閁2=U2′+I2R=(880+6×4)V=904V.

所以U1=×904V=226V.

又因?yàn)閁1I1=U2I2,

所以I1==4I2=24A,

所以E=U1+I1r=(226+24×1)V=250V.第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四[答案](1)5424W(2)250V(3)97%(3)不減半第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第三關(guān):訓(xùn)練關(guān)笑對(duì)高考隨堂·訓(xùn)練第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四1.一個(gè)理想變壓器,原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2,正常工作時(shí)輸入和輸出的電壓?電流?功率分別為U1和U2?I1和I2?P1和P2,已知n1>n2,則()A.U1>U2,P1<P2 B.P1=P2,I1<I2C.I1<I2,U1>U2 D.P1>P2,I1>I2第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四解析:對(duì)理想變壓器來說,穿過原副線圈的磁通量的變化率一定相等,由法拉第電磁感應(yīng)定律可得由題給條件n1>n2,得U1>U2.理想變壓器不考慮能量損耗,則有P1=P2.由于題給變壓器為單個(gè)副線圈的變壓器,則I1U1=I2U2成立,所以I1<I2.綜合上述分析可知,B?C兩項(xiàng)對(duì).答案:BC第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四2.一理想變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比為3：1,次級(jí)接三個(gè)相同的燈泡,均能正常發(fā)光,在初級(jí)線圈接一個(gè)相同的燈泡L,如圖所示,則()A.燈L也能正常發(fā)光B.燈L比另三燈都暗C.燈L將會(huì)燒壞D.燈L時(shí)亮?xí)r暗第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四解析:分析此題應(yīng)從變壓器的電流關(guān)系來考慮;原、副線圈中的電流比I1：I2=1：3,副線圈后面每燈的電流與其額定電流為:I額=,故IL=I1=I額,所以燈L也正常發(fā)光.答案:A第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.如圖甲所示是日光燈的電路圖,它主要由燈管?鎮(zhèn)流器和啟動(dòng)器組成的,鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶鐵芯的線圈,啟動(dòng)器的構(gòu)造如圖乙所示,為了便于啟動(dòng),常在啟動(dòng)器的兩極并上一紙質(zhì)電容器C,某教室的一盞日光燈總是出現(xiàn)燈管兩端亮而中間不亮的情況,經(jīng)檢查,燈管是好的,電壓正常,鎮(zhèn)流器無故障,其原因可能是()第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四A.啟動(dòng)器兩腳與啟動(dòng)器底座接觸不良B.電容器C斷路C.電容器C擊穿而短路D.鎮(zhèn)流器自感系數(shù)L太大答案:C第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四4.國家重點(diǎn)項(xiàng)目工程——750千伏蘭州至銀川西電東輸工程完成塔基建設(shè).9月底全線架通.遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電,采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A.可節(jié)省輸電線的銅材料B.可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C.可減少輸電線上的能量損失D.可加快輸電的速度第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四解析:由P=IU得I=,輸送的電功率P一定,采用高壓輸電,U大則I小,由P線=I2r,在要求輸電損耗一定的情況下,就可以選電阻率略大一點(diǎn)的材料作導(dǎo)線;若輸電線確定,則可以減少輸電線上的能量損失,故選項(xiàng)A?C正確.交流電的頻率是固定的,不需要調(diào)節(jié),輸電的速度是就是電磁波的傳播速度,是一定的,故選項(xiàng)B?D不正確.答案:AC第四十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四5.如圖所示,MN和PQ為處于同一水平面內(nèi)的兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌,垂直導(dǎo)軌放置的金屬棒ab與導(dǎo)軌接觸良好,在水平金屬導(dǎo)軌之間加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),導(dǎo)軌的N?Q端接理想變壓器的初級(jí)線圈,理想變壓器的輸出端有三組次級(jí)線圈,分別接有電阻元件R?電感元件L和電容元件C.若用IR?IL?IC分別表示通過R?L和C的電流,不考慮電容器的瞬間充放電,則下列判斷中正確的是()第四十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第四十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四A.若a