3.34變壓器電能的輸送導(dǎo)學(xué)案高二下學(xué)期物理人教版選擇性

變壓器電能的輸送導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道變壓器的工作原理，掌握變壓器的特點，并能分析、解決實際問題.2.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理并會計算線路損失的電壓和功率.【重難點】變壓器中的電壓、電流、功率關(guān)系的應(yīng)用；遠(yuǎn)距離輸電的基本分析思路【導(dǎo)入環(huán)節(jié)】理想變壓器的構(gòu)造？變壓器變了什么？沒變什么？功率、電壓、電流關(guān)系？實際變壓器看作理想變壓器，主要是忽略哪些功率損耗？【思考環(huán)節(jié)】一、幾種常見的變壓器（1）自耦變壓器自耦變壓器原理如左圖所示：若AX為輸入端，觸頭a向上移動時，副線圈匝數(shù)N2（變大/?。?，輸出電壓。（2）“一原多副”的變壓器(1)輸入功率與輸出功率的關(guān)系：(2)電壓與匝數(shù)的關(guān)系：(3)電流與匝數(shù)的關(guān)系：（3）互感器（如圖所示）①電壓互感器：把(高/低)電壓變成電壓，聯(lián)在電路中，相當(dāng)于_____(升/降)變壓器；②電流互感器：把(高/低)電流變成電流，聯(lián)在電路中，相當(dāng)于_____(升/降)變壓器。例1．低壓鹵素?zé)粼诩彝ル娐分惺褂脮r需要變壓器降壓。若將“”的交流鹵素?zé)糁苯油ㄟ^變壓器（視為理想變壓器）接入電壓為的交流電后能正常工作，則（）A．鹵素?zé)魞啥说碾妷河行е禐?B．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為55∶3C．流過鹵素?zé)舻碾娏鳛?D．鹵素?zé)舻碾娮铻槔?．如圖所示，理想變壓器的原線圈接在的交流電源上，副線圈接有R=55Ω的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2:1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是（）A．原線圈的輸入功率為 B．電流表的讀數(shù)為C．電壓表的讀數(shù)為 D．副線圈輸出交流電的周期為50s例3．如圖所示的變壓器，輸入電壓為，可輸出、、電壓，匝數(shù)為的原線圈中電壓隨時間變化為．單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為。將阻值為的電阻R接在兩端時，功率為。下列說法正確的是（）A．n1為1100匝，為B．間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為C．若將R接在兩端，R兩端的電壓為，頻率為D．若將R接在兩端，流過R的電流為，周期為二、等效電阻法寫出等效電阻R’與負(fù)載電阻R的關(guān)系。（有余力的同學(xué)可嘗試推導(dǎo)）例4．一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻、和的阻值分別為、和，A為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為。該變壓器原、副線圈匝數(shù)的比值為（）A．2 B．3 C．4 D．5例5．如圖所示，理想變壓器原線圈接入電壓恒定的正弦交流電，副線圈接入最大阻值為2R的滑動變阻器和阻值為R的定值電阻。在變阻器滑片從a端向b端緩慢移動的過程中（）A．電流表A1示數(shù)減小 B．電流表A2示數(shù)增大C．原線圈輸入功率先增大后減小 D．定值電阻R消耗的功率先減小后增大例6．如圖，理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同，滑動觸頭P1初始位置在副線圈正中間，輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源。定值電阻R1的阻值為R，滑動變阻器R2的最大阻值為9R，滑片P2初始位置在最右端。理想電壓表V的示數(shù)為U，理想電流表A的示數(shù)為I。下列說法正確的是（）A．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，I減小，U不變B．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，I減小，U增大D．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率減小三、電能的輸送1.遠(yuǎn)距離、高壓輸電的電路示意圖如下圖所示，已標(biāo)注P、U、I、n相關(guān)量。.（1）將P1、P2、P3、P4從大到小排序（2）U1與U2的大小有什么關(guān)系、U2與U3、U3與U4呢？（3）I1與I2、I2與I3、I3與I4各自有什么關(guān)系？2．核心：（1）功率：①P1＝＋P4②損失功率==（2）電壓：①在回路2中，電壓關(guān)系U2＝＋②損失電壓。（3）電流：在回路2中，電流關(guān)系I2＝＝I3例7．某節(jié)能儲能輸電網(wǎng)絡(luò)如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓U1=250V，輸出功率500kW。降壓變壓器的匝數(shù)比n3：n4=50：1，輸電線總電阻R=62.5Ω。其余線路電阻不計，用戶端電壓U4=220V，功率88kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是（

）A．發(fā)電機的輸出電流為368A B．輸電線上損失的功率為4.8kWC．輸送給儲能站的功率為408kW D．升壓變壓器的匝數(shù)比n1：n2=1：44例8．張家口市壩上地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場是北京冬奧會綠色電能的主要供應(yīng)地之一，其發(fā)電、輸電簡易模型如圖所示，已知風(fēng)輪機葉片轉(zhuǎn)速為每秒z轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)速比為的升速齒輪箱帶動發(fā)電機線圈高速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機線圈面積為S，匝數(shù)為N，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，時刻，線圈所在平面與磁場方向垂直，發(fā)電機產(chǎn)生的交變電流經(jīng)過理想變壓器升壓后。輸出電壓為U。忽略線圈電阻，下列說法正確的是（）A．發(fā)電機輸出的電壓為B．發(fā)電機輸出交變電流的頻率為C．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為D．發(fā)電機產(chǎn)生的瞬時電動勢實驗：探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，可拆變壓器如圖所示。（1）為實現(xiàn)探究目的，保持原線圈輸入的電壓一定，通過改變原、副線圈匝數(shù)，測量副線圈上的電壓。這個探究過程采用的科學(xué)探究方法是。A．控制變量法B．等效替代法C．演繹法D．理想實驗法（2）觀察變壓器的鐵芯，它的結(jié)構(gòu)和材料是。A．整塊硅鋼鐵芯

B．整塊不銹鋼鐵芯

C．絕緣的銅片疊成

D．絕緣的硅鋼片疊成（3）觀察兩個線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)（填“多”或“少”）。（4）為了保證安全，低壓交流電源的電壓不要超過。（填字母）A．2V

B．12V

C．50V（5）在實際實驗中將電源接在原線圈的“0”和“8”兩個接線柱之間，用電表測得副線圈的“0”和“4”兩個接線柱之間的電壓為3.0V，則原線圈的輸入電壓可能為。（填字母）A．1.5V

B．6.0V

C．7.0V（6）實驗中原、副線圈的電壓之比與它們的匝數(shù)之比有微小差別，原因不可能為。（填字母代號）A．原、副線圈上通過的電流發(fā)熱

B．鐵芯在交變磁場作用下發(fā)熱C．變壓器鐵芯漏磁

D．原線圈輸入電壓發(fā)生變化【議環(huán)節(jié)】討論解決“一原多副”的變壓器、等效電阻法、遠(yuǎn)距離輸電各物理量關(guān)系【展環(huán)節(jié)】例1例8【檢測環(huán)節(jié)】1圖甲是某燃?xì)鉅t點火裝置的原理圖。轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交變電壓，并加在理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為、。V為交流電壓表，當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃?xì)怏w。以下正確的是（）A．電壓表的示數(shù)等于5VB．電壓表的示數(shù)等于C．實現(xiàn)點火的條件是D．實現(xiàn)點火的條件是2．輸電能耗演示電路如圖所示。左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶3，輸入電壓為的正弦交流電。連接兩理想變壓器的導(dǎo)線總電阻為r，負(fù)載R的阻值為。開關(guān)S接1時，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，R上的功率為；接2時，匝數(shù)比為1∶2，R上的功率為P。以下判斷正確的是（）A． B．C． D．變壓器電能的輸送參考答案：1．B【詳解】A．鹵素?zé)羯蠘?biāo)記的額定電壓即為鹵素?zé)魞啥说碾妷河行е担珹錯誤；B．根據(jù)理想變壓器的原理可知B正確；C．流過鹵素?zé)舻碾娏鳛镃錯誤；D．鹵素?zé)羰欠蔷€性元件，電阻隨著電壓不同而改變，D錯誤。故選B。2．B【詳解】D．副線圈輸出交流電的周期為故D錯誤；ABC．根據(jù)可知原線圈的輸入電壓為根據(jù)理想變壓器原副線圈電壓比等于匝數(shù)比，可得可知電壓表示數(shù)為；原線圈的輸入功率為可得原線圈電流為故AC錯誤，B正確。故選B。3．D【詳解】A．變壓器的輸入電壓為220V，原線圈的交流電的電壓與時間成余弦函數(shù)關(guān)系，故輸入交流電壓的最大值為，根據(jù)理想變壓器原線圈與單匝線圈的匝數(shù)比為解得原線圈為2200匝，A錯誤；B．根據(jù)圖像可知，當(dāng)原線圈輸入220V時，BC間的電壓應(yīng)該為12V，故BC間的線圈匝數(shù)關(guān)系有；BC間的線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為故B錯誤；C．若將R接在AB端，根據(jù)圖像可知，當(dāng)原線圈輸入220V時，AB間的電壓應(yīng)該為18V。根據(jù)交流電原線圈電壓的表達(dá)式可知，交流電的角速度為，故交流電的頻率為C錯誤；D．若將R接在AC端，根據(jù)圖像可知，當(dāng)原線圈輸入220V時，AC間的電壓應(yīng)該為30V，根據(jù)歐姆定律可知，流過電阻R的電流為交流電的周期為故D正確。故選D。4．B【詳解】設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為k，原線圈的電流為，則有副線圈的電流為；原線圈的電壓因為電源電壓的有效值恒定，所以有代入數(shù)據(jù)則有解得故選B。5．A【詳解】AB．由于原線圈所接電壓恒定，匝數(shù)比恒定，故變壓器副線圈的輸出電壓恒定，變阻器的滑片從a端向b端緩慢移動的過程中，由數(shù)學(xué)知識可知，變壓器副線圈所接的電阻值逐漸增大，則由歐姆定律得可知副線圈的電流逐漸減小，由可知變壓器原線圈的電流I1也逐漸減小，故A正確，B錯誤；C．原線圈的輸入功率為由于I1逐漸減小，則原線圈的輸入功率逐漸減小，故C錯誤；D．由于副線圈的電流逐漸減小，則定值電阻與變阻器右半部分并聯(lián)的總電流減小，又與定值電阻并聯(lián)的變阻器右半部分的電阻值減小，則由并聯(lián)分流規(guī)律可知，流過定值電阻的電流逐漸減小，則由公式可知，定值電阻R消耗的電功率逐漸減小，故D錯誤。故選A。6．B【詳解】AB．由題意可知，原副線圈的匝數(shù)比為，則副線圈的電流為，根據(jù)歐姆定律可得副線圈的電壓有效值為則變壓器原線圈的電壓有效值為設(shè)輸入交流電的電壓有效值為，則可得保持位置不變，向左緩慢滑動的過程中，不斷變大，根據(jù)歐姆定律可知變壓器原線圈的電壓有效值變大，輸入電壓有效值不變，則兩端的電壓不斷變小，則電壓表示數(shù)變小，原線圈的電壓電流都變大，則功率變大，根據(jù)原副線圈的功率相等，可知消耗的功率增大，故B正確，A錯誤；CD．設(shè)原副線圈的匝數(shù)比為，同理可得則整理可得保持位置不變，向下緩慢滑動的過程中，不斷變大，則變小，對由歐姆定律可知可知不斷變小，根據(jù)原副線圈的功率相等可知消耗的功率整理可得可知時，消耗的功率有最大值，可知消耗的功率先增大，后減小，故CD錯誤。故選B。7．C【詳解】A．由題知，發(fā)電機的輸出電壓U1=250V，輸出功率500kW，則有A錯誤；BD．由題知，用戶端電壓U4=220V，功率88kW，則有；P′=U4I4聯(lián)立解得I4=400A，I3=8A，U3=11000V則輸電線上損失的功率為P損=I32R=4kW且U2=U3＋I(xiàn)3R=11500V再根據(jù)，解得故BD錯誤；C．根據(jù)理想變壓器無功率損失有P=U2I3＋P儲代入數(shù)據(jù)有P儲=408kW故C正確。故選C。8．C【詳解】B．發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速為nz，輸出交變電流的頻率為故B錯誤；A．線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的為正弦交流電，最大值為輸出電壓的有效值為故A錯誤；C．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為故C正確；D．發(fā)電機產(chǎn)生的瞬時電動勢為故D錯誤。故選C。實驗．AD少BCD【詳解】（1）[1]保持原線圈輸入的電壓一定，通過改變原、副線圈匝數(shù)，測量副線圈上的電壓。探究兩個變量之間的關(guān)系時保持其他變量不變，這個探究過程采用的科學(xué)探究方法是控制變量法.故選A。（2）[2]觀察變壓器的鐵芯，由于渦流在導(dǎo)體中會產(chǎn)生熱量，所以它的結(jié)構(gòu)是絕緣的硅鋼片疊成，故D正確，ABC錯誤；故選D。（3）[3]觀察兩個線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，根據(jù)可知，匝數(shù)少的電流大，則導(dǎo)線越粗，即導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)少。（4）[4]為了人體安全，低壓交流電源的電壓不要超過12V；故選B。（5）[5]若是理想變壓器，則由原線圈的“0”和“8”兩個接線柱，用電表測得副線圈的“0”和“4“兩個接線柱原副線圈匝數(shù)比2：1，副線圈電壓為3V，則原線圈的電壓為6V，考慮到不是理想變壓器，有漏磁等現(xiàn)象，則原線圈的電壓可能大于6V，可能為7V。故選C。（6）[6]AB．原副線圈上通過的電流發(fā)熱，鐵芯在交變磁場作用下發(fā)熱，都會使變壓器輸出功率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電壓比與匝數(shù)比有差別，故AB不符合題意；C．變壓器鐵