一輪復(fù)習(xí)學(xué)案變壓器.doc

高三一輪物理教學(xué)案（NO.63）變壓器、電能的輸送【知識(shí)梳理】 一、變壓器1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(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級線圈2原理：電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)3、特征：正因?yàn)槭抢秒姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交流電壓。4、理想變壓器的理想化條件理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實(shí)際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因素的差別）。理想變壓器的規(guī)律實(shí)質(zhì)上就是法拉第電磁感應(yīng)定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在上述理想化條件下的新的表現(xiàn)形式。5、理想變壓器的基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入 P出(2)電壓關(guān)系：；有多個(gè)副線圈時(shí)， .如果原線圈的匝數(shù)大于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈低，這種變壓器稱為_；如果原線圈的匝數(shù)小于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈高，這種變壓器稱為_(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)，.由P入P出及PUI推出有多個(gè)副線圈時(shí)，有：U1I1 ； 。 二、電能的輸送下圖為遠(yuǎn)距離輸電的示意圖，輸電過程包括哪幾個(gè)部分？完成各物理量之間關(guān)系的填空。1、根據(jù)P損= ，降低輸電損耗有兩種方法：（1）減小輸電線的電阻；（2）減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸送功率一定的情況下，根據(jù)P=UI，要減小電流，必須提高 。2、遠(yuǎn)距離輸電問題中各量的關(guān)系式：（1）對于理想變壓器， （2）對于理想變壓器 ； （3）輸電線上損失的電壓U線= ； 輸電線上損失的功率P線= 【疑難解析】 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析：各物理量的決定關(guān)系1、原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定，2、輸入電壓決定輸出電壓，即隨著的變化而變化，因?yàn)?，所以只要不變化，不論?fù)載如何變化，不變。3、輸出電流決定輸入電流。在輸入電壓不變的情況下，不變。若負(fù)載電阻R增大，則由公式得：輸出電流減小，由 = 知輸入電流亦隨著減?。环粗?，若負(fù)載電阻R減小，則輸出電流增大，輸入電流亦隨著增大。4、輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即= 。在輸入電壓不變的情況下，不變。當(dāng)用電負(fù)荷增加，輸出功率增大，輸入功率也隨著增大；反之，當(dāng)用電負(fù)荷減小，則輸出功率減小，輸入功率也隨著減小。變壓器空載時(shí)，無電流、無功率輸出，所以輸入功率也為零；當(dāng)副線圈短路時(shí)，I2無限大，I1也無限大將燒壞變壓器?！镜湫屠}】 知識(shí)點(diǎn)一變壓器的基本規(guī)律【例1】如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V,60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則()A電流表的示數(shù)為 A B電源輸出功率為1 200 WC電流表的示數(shù)為 A D原線圈端電壓為11 V圖21-8 【例2】 在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器鐵心的左右兩個(gè)臂上，當(dāng)通以交變電流時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數(shù)之比N1：N2=2：1，在不接負(fù)載的情況下（ ）A、當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為110VB、當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為55VC、當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為220VD、當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為110V二、有多個(gè)副線圈的理想變壓器問題的分析方法【例3】如圖9所示，一臺(tái)有兩個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)n11 100匝，接入電壓U1220 V的電路中(1)要求在兩個(gè)副線圈上分別得到電壓U26 V，U3110 V，它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少？圖9(2)若在兩副線圈上分別接上“6 V，20 W”、“110 V，60 W”的兩個(gè)用電器，原線圈的輸入電流為多少？ 三、常見變壓器圖5【例4】如圖5所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值UAB100 V，R040 ，當(dāng)滑動(dòng)片處于線圈中點(diǎn)位置時(shí)，C、D兩端電壓的有效值UCD為_V，通過電阻R0的電流有效值為_A.四、變壓器動(dòng)態(tài)問題的分析方法圖6【例5】如圖6所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈的電壓，則()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P的位置及U1不變，K由b合到a時(shí)，R消耗功率將減小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將增大五、輸電線路的損耗問題【例6】發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線電阻為R，通過導(dǎo)線的電流為I，學(xué)校輸入電壓為U2，下列計(jì)算輸電線損耗的式子中，正確的是()A. B.CI2R DI(U1U2)六、遠(yuǎn)距離輸電線路中各物理量的關(guān)系【例7】一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4 000 kW，電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電輸電線路總電阻R1 .到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220 V，60 W)若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則()AT1原、副線圈電流分別為103 A和20 ABT2原、副線圈電壓分別為1.8105 V和220 VCT1和T2的變壓比分別為150和401D有6104盞燈泡(220 V,60 W)正常發(fā)光【針對訓(xùn)練】 圖31、某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為559，原線圈所接電源電壓按如圖3所示的規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載，下列判斷正確的是()A輸出電壓的最大值為36 VB原、副線圈中電流之比為559C變壓器輸入、輸出功率之比為559D交流電源電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz2某發(fā)電站采用高壓輸電向外輸送電能若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導(dǎo)線的總電阻為R.則下列說法正確的是() A輸電線上的電流I B輸電線上的電流IC輸電線上損失的功率P()2R D輸電線上損失的功率P【拓展提高】3發(fā)電機(jī)的端電壓220 V，輸出電功率44 kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 ，如果用初、次級匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶，則：(1)畫出全過程的線路示意圖； (2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率高三一部物理教學(xué)案（NO.63）變壓器、電能的輸送【參考答案】【例1】C因?yàn)闊襞菡０l(fā)光所以副線圈中的電流 I2 A A根據(jù)公式得I1I2 A A，即電流表的示數(shù)應(yīng)為 A，故A錯(cuò)，C對；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入P出可得電源的輸出功率為60 W，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)公式，得U1U2220 V4 400 V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤【例2】分析：該題考查的是變壓器的原理，若不去深入研究變壓器的變壓原理，只死記公式，很容易錯(cuò)選。解答：該題給出的變壓器的鐵心為日字形，與考生熟知的口字形變壓器不同，且通過交變電流時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量只有一半通過另一線圈，故電壓比不再成立。所以只能利用電磁感應(yīng)定律，從變壓器的原理入手，才能解出該題。當(dāng)線圈1作為輸入端時(shí)，。因?yàn)閁1=220V，所以U2=55V，所以選項(xiàng)B對。當(dāng)線圈2作為輸入端時(shí)，。因?yàn)閁2=110V，所以U1=110V，所以選項(xiàng)D對?！纠?】(1)30匝550匝(2)0.36 A解析(1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關(guān)系，由 ，得n2n11 100匝30匝n3n11 100匝550匝(2)設(shè)原線圈輸入電流為I1，P入P出，即I1U1I2U2I3U3P2P3，所以I1 A0.36 A方法總結(jié)第(1)問中，也可根據(jù)原、副線圈每伏電壓分配到的匝數(shù)相等進(jìn)行計(jì)算即由5 匝/V，得匝數(shù)n256匝30匝，n35110匝550匝【例4】2005解析由理想變壓器公式 得UCDUAB2100 V200 V，又由I2 A5 A.點(diǎn)評自耦變壓器鐵芯上只繞一個(gè)線圈，原、副線圈共用一個(gè)繞組，最大優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，缺點(diǎn)是低壓端和高壓端直接有電的聯(lián)系，使用不夠安全變壓器的規(guī)律都適用于自耦變壓器【例5】ABDK由a合到b時(shí)，n1減小而U1不變，由可知副線圈上電壓增大，負(fù)載R的電流I2增大，P2增大；又由于P1P2U1I1，故I1增大，A項(xiàng)正確同理K由b合到a時(shí)，P2減小，B項(xiàng)正確P上滑時(shí)，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由可知I1將減小，故C項(xiàng)錯(cuò)誤當(dāng)U1增大時(shí)，由可知U2也增大，I2增大，再由可知I1增大，故D項(xiàng)正確方法總結(jié)此類問題大致有兩種情況：一是負(fù)載電阻不變，原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)，輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，如選項(xiàng)A、B；另一類是原、副線圈的匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負(fù)載電阻的變化而變化的情況，如選項(xiàng)C.處理此類問題時(shí)，要根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系由于對變壓器工作原理理解不深刻,辨不清原副線圈中的變量與不變量,理不明各量間“誰制約誰”的制約關(guān)系,導(dǎo)致錯(cuò)選，【例6】BCD輸電線的損耗P損I2R線IU線其中U線U1U2，故B、C、D正確點(diǎn)評計(jì)算功率損失常用公式P損IR線和P損，特別在利用P損時(shí)要注意U線是R線上的電壓【例7】ABD輸電線上消耗的功率P線IR400 kW，則I220 A，又P1U1I1，則I1103 A，故A正確；T1的變壓比，又PU1I1U2I2，得U22105 V，輸電線上損失電壓U線I2R2104 V，則T2原線圈的輸入電壓U3U2U線1.8105 V，又燈泡正常發(fā)光，T2的副線圈的電壓為220 V，B正確；T2的變壓比，C錯(cuò)誤；根據(jù)U3I260n，解得n6104，D正確點(diǎn)評遠(yuǎn)距離輸電線路圖如下各物理量有下列關(guān)系電壓關(guān)系：U發(fā)U1，U2U3U損，U4U用；電流關(guān)系：n1I1n2I2，I2I線I3，n3I3n4I4；來源:Zxxk.Com功率關(guān)系：P發(fā)P1P2，P2P3P損，P3P4P用，P損I2R線，P損2R線，P損IU損【針對訓(xùn)練】 1、D由題圖知原線圈電壓最大值為220 V，周期T2102 s，故電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz；由，得輸出電壓的最大值為36 V，原、副線圈電流之比為955，輸入、輸出功率應(yīng)相等，所以正確答案為D.點(diǎn)評變壓器的電壓關(guān)系、電流關(guān)系是各物理量的有效值(或最大值)間的關(guān)系，例如公式中，若U1是有效值則U2就是有效值，若U1是最大值則U2就是最大值2BC輸電線上的電流I線故A錯(cuò)誤，B正確；輸電線上的功率損失PIR()2R，故C正確，D錯(cuò)誤點(diǎn)評由功率損失P()2R線知：當(dāng)輸送功率P輸一定時(shí)減少輸電線上功率損失的方法為提高輸電電壓或減小輸電導(dǎo)線的電阻3(1)見解析(2)219.6 V4.392104 W (3)180 V3.6104 W解析(1)示意圖如下圖所示(2)升壓變壓器次級的輸出電壓U2U1220 V2 200 V據(jù)升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知，升壓變壓器次級輸出電流I2 A20 A輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為URI2R200.2 V4 VPRIR2020.2 W80 W加到降壓變壓器初級上的輸入電流和電壓為I3I220 AU3U2UR2 200 V4 V2 196 V降壓變壓器次級的輸出電壓和電流為U4U32 196 V219.6 VI4I31020 A200 A用戶得到的功率為P4I4U4200219.6 W4.392104 W(3)若不采用高壓輸電，用220 V低