【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第3章專題提升8變壓器和電能的輸送課件

第三章專題提升8變壓器和電能的輸送重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.進(jìn)一步理解理想變壓器的匝數(shù)與電壓和電流的關(guān)系,明確各物理量的制約關(guān)系。(科學(xué)思維)2.會分析變壓器的動態(tài)變化問題。(科學(xué)思維)3.進(jìn)一步理解從交變電流的產(chǎn)生、傳輸?shù)截?fù)載應(yīng)用的關(guān)系,體會變壓器對生產(chǎn)生活的重要作用。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一理想變壓器的動態(tài)分析知識歸納1.匝數(shù)比不變的分析思路(1)U1不變,根據(jù),輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負(fù)載電阻R如何變化,U2不變。(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時,I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化。(3)I2變化引起P2變化,P1=P2,故P1發(fā)生變化。2.負(fù)載電阻不變的分析思路(1)U1不變,發(fā)生變化時,U2變化。(2)R不變,U2變化時,I2發(fā)生變化。(3)U2變化時,根據(jù)P2=,P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1=P2,故P1變化,P1=U1I1,U1不變,故I1發(fā)生變化。應(yīng)用體驗【例1】

(2021福建卷)某住宅小區(qū)變壓器給住戶供電的電路示意圖如圖所示,圖中R為輸電線的總電阻。若將變壓器視為理想變壓器,所有電表視為理想電表,不考慮變壓器的輸入電壓隨負(fù)載變化,則當(dāng)住戶使用的用電器增加時,圖中各電表的示數(shù)變化情況是(

)A.A1增大,V2不變,V3增大B.A1增大,V2減小,V3增大C.A2增大,V2增大,V3減小D.A2增大,V2不變,V3減小D解析

不考慮變壓器的輸入電壓隨負(fù)載變化,即變壓器原線圈的輸入電壓U1=UV1不變,根據(jù)

可知,變壓器副線圈的輸出電壓U2=UV2不變;當(dāng)住戶使用的用電器增加時,即用戶的總電阻R燈減小,由

可知,副線圈的電流I2=IA2增大,而由UV3=U2-I2R,可知V3減小;由理想變壓器的原理可知U1I1=U2I2,則原線圈的電流I1=IA1增大。綜合上述分析可知,A1增大,A2增大,V2不變,V3減小,故選D。對點(diǎn)演練1如圖所示是原、副線圈匝數(shù)比為100∶1的理想變壓器,b是原線圈的中心抽頭,電壓表和電流表均為理想電表,從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時值表達(dá)式為u1=311sin314t(V),則(

)A.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時,電壓表的示數(shù)為3.1VB.副線圈兩端的電壓頻率為50HzC.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時,原線圈輸入功率減小D.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時,電壓表和電流表的示數(shù)均減小B探究點(diǎn)二遠(yuǎn)距離輸電的綜合問題知識歸納解決遠(yuǎn)距離輸電問題的一般思路(1)電路分析:遠(yuǎn)距離輸電線路由升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器和負(fù)載四部分組成。(2)電壓關(guān)系:升壓變壓器輸入電壓U1是不變的,根據(jù)

可以確定升壓變壓器的輸出電壓U2;輸電線上有一定的電壓損失,ΔU=IR;降壓變壓器輸入電壓U3=U2-ΔU,降壓變壓器輸出電壓由

確定。(3)功率關(guān)系:升壓變壓器輸入功率為P1,輸電線上損失功率為ΔP=I2R,降壓變壓器輸出功率為P2,則P1=P2+ΔP=P2+I2R。應(yīng)用體驗【例2】

(2023河南項城高二期末)有條河流,流量Q=2m3/s,落差h=5m,g取10m/s2,水的密度ρ=1×103kg/m3,現(xiàn)利用其發(fā)電,若發(fā)電機(jī)總效率為50%,輸出電壓為240V,遠(yuǎn)距離輸電線總電阻為30Ω,允許損失功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的6%,居民用電的電壓為220V,為滿足居民用電的需求,則:(1)該輸電線路所使用的理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少?(2)該變壓器能使多少盞“220V

100W”的電燈正常發(fā)光?答案

(1)6∶125

235∶11

(2)470盞

所以升壓變壓器的匝數(shù)比為n1∶n2=U0∶U送=6∶125輸電線電壓損失ΔU損=I送R=10×30

V=300

V降壓變壓器原線圈兩端的電壓U1=U送-ΔU損=5×103

V-300

V=4

700

V居民用電的電壓U2=220

V對點(diǎn)演練2某組同學(xué)研究遠(yuǎn)距離輸電過程的裝置圖如圖所示,矩形導(dǎo)線框ABCD繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢e=222sin100πt(V)。導(dǎo)線框與理想升壓變壓器相連進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,輸電線路總電阻R=25Ω,理想降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為25∶11,降壓變壓器副線圈接入一臺內(nèi)阻r=8.8Ω的電動機(jī),其兩端的電壓U=220V,效率η=80%。導(dǎo)線框及其余導(dǎo)線電阻不計,電表均為理想電表,求:(1)電動機(jī)的輸出功率P機(jī);(2)輸電線上損失的功率ΔP;(3)電流表的讀數(shù)IA。答案

(1)880W

(2)121W

(3)5.5A解析

(1)設(shè)通過電動機(jī)的電流為I,電動機(jī)內(nèi)阻損耗的功率為P損,由題意得P損=I2r

,P損=(1-η)P=(1-η)UI代入數(shù)據(jù)解得I=5

AP=UI=1

100

W可得P機(jī)=ηP=880

W。(2)設(shè)通過輸電線路的電流為I1

,由題意得輸電線路損耗的功率ΔP==2.22×25

W=121

W。(3)兩變壓器均為理想變壓器,則升壓變壓器的輸入功率P1=P+ΔP=1

100

W+121

W=1

221

W學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(理想變壓器的動態(tài)分析)(多選)通過降壓變壓器給用戶供電的電路示意圖如圖所示,變壓器到用戶端輸電線的總電阻為R0,假設(shè)用戶端所有用電器均為純電阻用電器,用圖中虛線框中的R表示用戶端正在使用的許多用電器的總電阻。已知輸入端輸入的是正弦交流電且電壓恒定,變壓器、各電表均為理想器材,當(dāng)用戶端使用的用電器個數(shù)減少時,則(

)A.用戶端總電阻R減小B.電流表A1示數(shù)減小C.電壓表V2示數(shù)增大D.電壓表V3示數(shù)增大BD解析

根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn),當(dāng)用戶端使用的用電器個數(shù)減少時,用戶總電阻增大,故A錯誤;原線圈兩端的電壓不變,原、副線圈的匝數(shù)比不變,所以副線圈兩端的電壓不變,即電壓表V2示數(shù)不變,而副線圈的總電阻增大,由

可知,副線圈的電流I2減小,根據(jù)原、副線圈的電流與匝數(shù)的關(guān)系可知

,則電流表A1示數(shù)減小,故B正確,C錯誤;由U2=I2R0+U3可知,U3增大,即用戶端電壓表V3示數(shù)增大,故D正確。12341234

AC1234解析

因為P入=P出,所以U1I1=U2I2,即

,故A正確;輸電線上損失的電壓為U線=U-U1,B錯誤;理想變壓器的輸入功率P入=I1U1,輸電線路上損失的電功率P損==I1(U-U1),C、D錯誤。12343.(理想變壓器的動態(tài)分析)(多選)一理想變壓器接在如圖所示的電路中,K為單刀雙擲開關(guān),P為滑動變阻器R的滑片,U1為加在原線圈兩端的電壓,I1為原線圈中的電流,則(

)A.保持U1及P的位置不變,K由a合到b時,I1將增大B.保持U1及P的位置不變,K由b合到a時,R消耗的功率將增大C.保持U1不變,K合在a處,使P上滑,I1將減小D.保持P的位置不變,K合在a處,若U1增大,I1將減小AC1234解析

保持U1及P的位置不變,K由a合到b時,原線圈匝數(shù)減小,副線圈電壓增大,I1將增大,故A正確;保持U1及P的位置不變,K由b合到a時,原線圈匝數(shù)增大,副線圈電壓減小,I1將減小,R消耗的功率將減小,故B錯誤;保持U1不變,K合在a處,變壓器的輸出電壓不變,使P上滑,阻值增大,I1將減小,故C正確;保持P的位置不變,K合在a處,若U1增大,變壓器的輸出電壓增大,I1將增大,故D錯誤。12344.(遠(yuǎn)距離輸電的綜合問題)某個小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為P1=100kW,發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1=250V,通過升壓變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電,輸電線的雙線總電阻為R=10Ω,在用戶端用降壓