高考總復(fù)習(xí)物理課34 變壓器　遠距離輸電

1、課時34變壓器遠距離輸電考點一理想變壓器 基礎(chǔ)梳理1主要作用：改變交流電的電壓2主要構(gòu)造：由原線圈(初級線圈)、副線圈(次級線圈)和閉合鐵芯組成3工作原理：電磁感應(yīng)(互感現(xiàn)象)(2)功率關(guān)系p入p出或i1u1i2u2i3u3inun(3)電流關(guān)系i1n1i2n2i3n3innn，當(dāng)只有一個副線圈時i1n1i2n2 疑難詳析任意線圈兩端的電壓與線圈本身的匝數(shù)成正比理想變壓器各線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比，不僅適用于原、副線圈各有一個的情況，而且適用于多個副線圈的情況，這是因為理想變壓器的磁通量全部集中在鐵芯內(nèi)，穿過每匝線圈的磁通量的變化率是相同的，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同，每組線圈產(chǎn)生的感

2、應(yīng)電動勢和匝數(shù)成正比在線圈內(nèi)阻不計的情況下，線圈兩端的電壓等于電動勢，故每組線圈兩端的電壓都與匝數(shù)成正比當(dāng)然，以上結(jié)論成立的前提條件是必須在“回”字形變壓器鐵芯上的情景如果是“日”字形鐵芯，因穿過各匝線圈的磁通量不一定變化相同，所以結(jié)論不再成立 深化拓展理想變壓器中的決定因素1輸入電壓u1決定輸出電壓u2輸出電壓u2 u1，與負載電阻的情況無關(guān)；2輸出功率p出決定輸入功率p入輸入功率隨輸出功率的變化而變化，理想變壓器中始終保持p入p出；3輸出電流i2決定輸入電流i1當(dāng)輸入電壓一定時，輸出電壓一定，輸出電流隨負載電阻的變化而變化，由功率關(guān)系可理解電流的確定關(guān)系考點二遠距離輸電問題 基礎(chǔ)梳理1目的

3、：輸送電能2關(guān)鍵：減少輸電線上電能的損失，p耗i2r線3措施：(1)減少輸電線的電阻r線，例如加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線；(2)提高輸電電壓，減小輸電電流圖圖14常用關(guān)系：如果發(fā)電站的輸出功率為p，輸出電壓為u，用戶得到的電功率為p，用戶得到的電壓為u，如圖1所示，則有關(guān)系式：(1)輸出電流 (2)輸電線損失的電壓u線uuir線(3)輸電線損失的電功率p損ppi2r線5過程示意：如圖2所示，從發(fā)電到用戶有以下定量關(guān)系(變壓器為理想變壓器)：圖圖2(1)p1p2，p3p4，p2p3p損損 疑難詳析輸送電能的基本要求與實際措施1可靠：保證供電線路正常工作；2保質(zhì)：保證供電質(zhì)量，要

4、求電壓和頻率穩(wěn)定；3經(jīng)濟：線路建設(shè)和運行的費用較低，能耗少、電價低；4措施：由電損公式p損i2r線進行分析，針對措施主要有兩種(1)減小輸電線的電阻r線，由電阻定律r線 得減小輸電線的長度l由于輸電距離一定，實際中不可行；減小輸電線電阻率目前一般用電阻率較小的銅作導(dǎo)線材料；增大導(dǎo)線橫截面積s這要多耗費金屬材料而增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大困難(2)減小輸電電流i，由功率公式變形得ip/u減小輸送功率p實際中不能以減少用戶的電能需要來達到減少損耗的目的；提高輸電電壓u輸送功率p一定時，輸電電壓u越高，輸電的電流i越小，輸電線損失的電功率p損i2r線 越小分析可見，當(dāng)輸送的功率一定、輸電線

5、電阻一定時，輸電電壓提高為原來的n倍，輸電線的電流減為原來的 ，輸電線損耗的電功率減為原來的 .實際中這是最為可行有效的措施 深化拓展輸電線損失電功率的分析與計算任何輸電線都有電阻，因此當(dāng)電能通過輸電線送向遠方時，電流通過輸電線，輸電線因有電阻而發(fā)熱，從而損失電功率設(shè)輸電電流為i、輸電線電阻為r線，則輸電線的功率損失為p損i2r線 如果想從 的角度來研究輸電線的功率損耗，則u線ir線u2u3，由于該式較繁瑣且容易出錯，所以計算輸電線的功率損耗時一般不用該公式題型一理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用例1一臺理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個100 的負載電阻，如圖3所示圖圖3(1)當(dāng)

6、原線圈接在44 v直流電源上時，電壓表示數(shù)為多少？電流表示數(shù)為多少？(2)當(dāng)原線圈接在220 v交變電源上時，電壓表示數(shù)為多少？電流表示數(shù)為多少？此時輸入功率為多大？變壓器效率為多大(電表均為理想電表)?分析變壓器的工作原理是利用互感現(xiàn)象，只能改變交變電流和電壓，對于直流電不能改變，對理想變壓器有 p1p2, i1n1i2n2.解析(1)原線圈接在直流電源上時，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零p入入p出出i2u20.4444 w19.36 w，效率效率100%.答案(1)00(2)44 v0.44 a1

7、9.36 w100%題后反思：理想變壓器無能量損失，輸入功率等于輸出功率，輸出電壓由輸入電壓和匝數(shù)比決定，與用電器的電阻及變壓器有無其它副線圈無關(guān)(2009四川高考)如圖4甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10 1，r120 ，r230 ，c為電容器已知通過r1的正弦交流電如圖4乙所示，則 ()圖圖4a交流電的頻率為0.02 hzb原線圈輸入電壓的最大值為c電阻r2的電功率約為6.67 wd通過r3的電流始終為零答案：c題型二變壓器的動態(tài)分析例2如圖5所示，理想變壓器輸入端pq接穩(wěn)定的交流電源，通過單刀雙擲開關(guān)s可改變變壓器初級線圈匝數(shù)(圖中電壓表及電流表皆為理想電表)，則下列說法中正確的

8、是 ()圖圖5a當(dāng)滑片c向b端移動時，變壓器輸入功率變大b當(dāng)滑片c向a端移動時，電流表a1的示數(shù)將減小，電壓表v的示數(shù)不變c當(dāng)滑片c向b端移動時，電流表a2的示數(shù)將變大，電壓表v的示數(shù)也變大d滑片c不動，將開關(guān)s由1擲向2時，三個電表a1、a2、v的示數(shù)都變大 答案答案d題后反思：關(guān)于理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型：(1)負載電阻不變，原副線圈的電壓u1、u2，電流i1、i2，功率p1、p2隨匝數(shù)比變化而變化(2)匝數(shù)比不變，原副線圈的電壓u1、u2，電流i1、i2，功率p1、p2隨負載電阻的變化而變化無論哪種情況，處理此類問題的關(guān)鍵都是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間

9、的聯(lián)系和相互制約關(guān)系u2由u1和匝數(shù)比決定；i2由u2和負載電阻決定；i1由i2和匝數(shù)比決定如圖6所示，變壓器初級線圈接電壓一定的交流電，在下列措施中能使電流表示數(shù)變小的是 ()a只將s1從2撥向1b只將s2從4撥向3c只將s3從閉合改為斷開d只將變阻器r3的滑動觸頭上移圖圖6 答案：答案：bcd題型三電能的輸送例3某發(fā)電廠發(fā)電機的輸出功率p100 kw，發(fā)電機端電壓u250 v，向遠處送電的輸電線的總電阻r8 .要使傳輸電線上的功率損失不超過輸送功率的5%，用戶得到的電壓又正好是220 v，那么：(1)應(yīng)該怎樣安裝變壓器？畫出輸電線路的示意圖(2)求出所用的變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比解析(1

10、)只要安裝一臺升壓變壓器和一臺降壓變壓器，輸電線路示意圖如圖7所示：圖圖7輸電線路上損失電壓u損ir258 v200 v，降壓變壓器原線圈n3兩端電壓u3u2u損(4000200) v3800 v，用戶在副線圈n4兩端得到電壓u4220 v，即升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1 16；降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為19011. 答案(1)如圖7所示(2)升壓1 16；降壓190 11題后反思：求解遠距離輸電的關(guān)鍵是：(1)熟悉“交流發(fā)電機升壓變壓器輸電線降壓變壓器用戶”這一過程，并畫出這一過程的示意圖，把需要的物理量都標在圖中的相應(yīng)位置上(2)利用逆算法解決電能的輸送問題時往往比較方便，方法是先從負

11、載的功率算起，一直倒推到升壓變壓器的輸入端如圖8所示，交流發(fā)電機電動勢的有效值20 v，內(nèi)阻不計，它通過一個r6 的指示燈連接變壓器變壓器輸出端并聯(lián)24只彩色小燈泡，每只燈泡都是“6 v 0.25 w”，燈泡都正常發(fā)光，導(dǎo)線電阻不計求：圖8(1)降壓變壓器初級、次級線圈匝數(shù)比；(2)發(fā)電機的輸出功率 解析：(1)彩色小燈額定電流ilp/u1/24 a，次級線圈總電流i224il1 a變壓器輸入功率等于i1u1i2u26 w，變壓器原線圈電路中，利用歐姆定律可得u1i1r 6i1，代入值解得i11/3 a(i13 a應(yīng)舍去，據(jù)題意知變壓器是降壓變壓器，則i1i2)，所以n1/n2i2/i13/1

12、(2)發(fā)電機輸出功率pi16.67 w答案(1)31(2)6.67 w1如圖9，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4 1，原線圈接入一電壓為uu0sint的交流電源，副線圈接一個r27.5 的負載電阻若u0220 v，100 rad/s，則下述結(jié)論正確的是 ()圖圖9 答案：答案：ac2一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1 n211 5，原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖10所示副線圈僅接入一個10 的電阻，則 ()a流過電阻的電流是20 ab與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是c經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103 jd變壓器的輸入功率是1103 w圖圖10答案：答案：d3一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變

13、電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻r.設(shè)原線圈的電流為i1，輸入功率為p1，副線圈的電流為i2，輸出功率為p2.當(dāng)r增大時 ()ai1減小，p1增大 bi1減小，p1減小ci2增大，p2減小 di2增大，p2增大解析：理想變壓器(副線圈上電壓不變)當(dāng)負載電阻r增大時電流i2減小，由p2u2i2可知，功率p2也減小，所以b正確答案：b4如圖11，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中r1、r2、r3和r4均為固定電阻，開關(guān)s是閉合的. 為理想電壓表，讀數(shù)分別為u1和u2； 和為理想電流表，讀數(shù)分別為i1、i2和i3.現(xiàn)斷開s，u1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是 ()au2變小、i3變小 bu2不變，i3變大ci1變小、i2變小 di1變大、i2變大圖圖11答案：答案：bc5(2009山東高考)某小型水電站的電能輸送示意圖如下圖12，發(fā)電機的輸出電壓為200 v，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220 v的用電器正常工作，