2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流 第2單元 變壓器 電能的輸送教案

2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流 第2單元 變壓器 電能的輸送教案 一、理想變壓器 1、構(gòu)造：兩組線(xiàn)圈（原、副線(xiàn)圈）繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器． 2、作用：在輸送電能的過(guò)程中改變電壓． 3、原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．（互感）． 4、理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律． 在理想變壓器的原線(xiàn)圈兩端加交變電壓U1后，由于電磁感應(yīng)的原因，原、副線(xiàn)圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：，，忽略原、副線(xiàn)圈內(nèi)阻，有 U1＝E1 ，U2＝E2，另外，考慮到鐵心的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)為在任意時(shí)刻穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁感線(xiàn)條數(shù)都相等，于是又有 由此便可得理想變壓器的電壓變化規(guī)律為 在此基礎(chǔ)上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線(xiàn)圈內(nèi)能量損失和鐵芯內(nèi)能量損失這兩部分，分別俗稱(chēng)為“銅損”和“鐵損”），有 ，而 ， 于是又得理想變壓器的電流變化規(guī)律為，由此可見(jiàn)：理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線(xiàn)圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線(xiàn)圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實(shí)際上還忽略了變壓器原、副線(xiàn)圈電路的功率因數(shù)的差別．） 二、變壓器的物理量變化的規(guī)律 1、電壓規(guī)律 理解：（1）U1由電源決定，U2 隨U1和n的變化而變化，副線(xiàn)圈相當(dāng)于一個(gè)新電源 （2）U / n 表示單匝線(xiàn)圈的電壓。（類(lèi)比于砌墻） 2、功率規(guī)律 理解：（1）理想變壓器只傳遞能量，不消耗能量 （2）p1隨p2的變化而變化，但p1不能無(wú)限地變大，要受到發(fā)電機(jī)最大輸出功率地限制（類(lèi)比：銀行出納） 3、電流規(guī)律 U1 I1 U3I3 U2 I2 理解： R增大，I2 減小，p2 減小，p1減小，I1 減小 n2增加，U2增加，I2 增加，p2增加，p1增加，I1增加 結(jié)論：I1隨I2地變化而變化 4、 多組副線(xiàn)圈 （1）無(wú)論原副線(xiàn)圈，磁通量變化率相同，所以有 （類(lèi)比：砌墻） n2 L n3 R 220V n1 （2） 令 【例1】 理想變壓器初級(jí)線(xiàn)圈和兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實(shí)際功率為36W，測(cè)得初級(jí)線(xiàn)圈的電流為I1=0.3A，求通過(guò)n3的負(fù)載R的電流I3。 解：由于兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而應(yīng)該用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。 【例2】在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個(gè)圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是 A A A A A 零線(xiàn) 火線(xiàn) 火線(xiàn) 零線(xiàn) 零線(xiàn) 火線(xiàn) 零線(xiàn) 火線(xiàn) A. B. C. D. 【例3】如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線(xiàn)圈兩端的電壓，I1為原線(xiàn)圈中的電流強(qiáng)度，則（A、B、D） A.保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大 B.保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小 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 【例4】一臺(tái)理想變壓器原線(xiàn)圈匝數(shù)n1=1100匝，兩個(gè)副線(xiàn)圈的匝數(shù)分別是n2=60匝，n3=600匝，若通過(guò)兩個(gè)副線(xiàn)圈中的電流強(qiáng)度分別是I2=1 A，I3=4 A，求原線(xiàn)圈中的電流強(qiáng)度. 根據(jù)電功率公式有：I1U1=I2U2+I3U3 ①， 又因?yàn)?，U2= ② ，U3=U1 ③， 把②③代入①，整理得：I1n1=I2n2+I3n3 所以I1 = A = 2.24 A 三、遠(yuǎn)距離輸電 用戶(hù) 電源 U,p △U，△p R U′，p′ A、明確物理量 電源的輸出電壓U，輸出功率p 導(dǎo)線(xiàn)上損失電壓△U，損失功率△p 用戶(hù)得到的電壓U′，得到的功率p′ B．怎樣減少電能損失 1、 減小時(shí)間t 2、 減小電阻 減小導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度L，減小電阻率（銅和鋁）增大截面積s 3、 減小電流，提高輸出電壓，⊿p與輸出電壓U平方反比 C．其他方面的能量損失—輸電線(xiàn)上的電壓損失，除與輸電線(xiàn)的電阻有關(guān)，還與感抗和容抗有關(guān)。當(dāng)輸電線(xiàn)路電壓較高、導(dǎo)線(xiàn)截面積較大時(shí)，電抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大。 【例5】 在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線(xiàn)上的功率損失。有一個(gè)坑口電站，輸送的電功率為P=500kW，當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時(shí)，測(cè)得安裝在輸電線(xiàn)路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：⑴這時(shí)的輸電效率η和輸電線(xiàn)的總電阻r。⑵若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線(xiàn)，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？ 解；⑴由于輸送功率為P=500kW，一晝夜輸送電能E=Pt=12000度，終點(diǎn)得到的電能E /=7200度，因此效率η=60%。輸電線(xiàn)上的電流可由I=P/U計(jì)算，為I=100A，而輸電線(xiàn)損耗功率可由Pr=I 2r計(jì)算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。 ⑵輸電線(xiàn)上損耗功率，原來(lái)Pr=200kW，現(xiàn)在要求Pr/=10kW ，計(jì)算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U / =22.4kV。 【例6】發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶(hù)需要的電壓是220 V，輸電線(xiàn)電阻為10 Ω.若輸電線(xiàn)中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求： （1）在輸電線(xiàn)路中設(shè)置的升、降壓變壓器原副線(xiàn)圈的匝數(shù)比. （2）畫(huà)出此輸電線(xiàn)路的示意圖. （3）用戶(hù)得到的電功率是多少？ 解析：輸電線(xiàn)路的示意圖如圖所示， 輸電線(xiàn)損耗功率P線(xiàn)=100×4% kW=4 kW，又P線(xiàn)=I22R線(xiàn) 輸電線(xiàn)電流I2=I3=20 A 原線(xiàn)圈中輸入電流I1= A=400 A 所以，這樣U2=U1=250×20 V=5000 V U3=U2-U線(xiàn)=5000-20×10 V=4800 V，所以 用戶(hù)得到的電功率P出=100×96% kW=96 Kw 四、針對(duì)訓(xùn)練 1如圖所示，在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線(xiàn)圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上，當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過(guò)另一個(gè)線(xiàn)圈，另一半通過(guò)中間的臂，已知線(xiàn)圈1、2的匝數(shù)比為N1∶N2=2∶1，在不接負(fù)載的情況下 A.當(dāng)線(xiàn)圈1輸入電壓220 V時(shí)，線(xiàn)圈2輸出電壓為110 V B.當(dāng)線(xiàn)圈1輸入電壓220 V時(shí)，線(xiàn)圈2輸出電壓為55 V C.當(dāng)線(xiàn)圈2輸入電壓110 V時(shí)，線(xiàn)圈1輸出電壓為220 V D.當(dāng)線(xiàn)圈2輸入電壓110 V時(shí)，線(xiàn)圈1輸出電壓為110 V 2.在某交流電路中，有一正在工作的變壓器，原、副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為n1=600，n2=120，電源電壓U1=220 V，原線(xiàn)圈中串聯(lián)一個(gè)0.2 A的保險(xiǎn)絲，為保證保險(xiǎn)絲不被燒毀，則 A.負(fù)載功率不能超過(guò)44 W B.副線(xiàn)圈電流最大值不能超過(guò)1 A C.副線(xiàn)圈電流有效值不能超過(guò)1 A D.副線(xiàn)圈電流有效值不能超過(guò)0.2 A 3.如圖（a）、（b）所示，當(dāng)圖中a、b兩端與e、f兩端分別加上220 V的交流電壓時(shí)，測(cè)得c、d間與g、h間的電壓均為110 V.若分別在c、d兩端與g、h兩端加上110 V的交流電壓，則a、b與e、f間的電壓為 A.220 V，220 V B.220 V，110 V C.110 V，110 V D.220 V，0 4.如圖所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)n1∶n2∶n3=3∶2∶1，副線(xiàn)圈Ⅱ上接有“8 V，8 W”的燈泡L1、L2，副線(xiàn)圈Ⅲ上接有“6 V，9 W”的燈泡L3、L4，原線(xiàn)圈上接有電阻R1=3 Ω，當(dāng)a、b兩端接交變電源后，L1、L2正常發(fā)光，則交變電源的輸出功率為 A.24 W B.34 W C.36 W D.72 W