第2課時變壓器電能輸送講課

1、1第第 2 2 課時課時變壓器、電能的輸送變壓器、電能的輸送【考綱解讀考綱解讀】1.理解變壓器的原理，掌握理想變壓器原、副線圈的功率關(guān)系、電壓關(guān)系及電流關(guān)系，并會進(jìn)行有關(guān)計算.2.能利用功率、電壓、電流關(guān)系對變壓器進(jìn)行動態(tài)分析.3.會計算遠(yuǎn)距離輸電問題中線路損失的功率和電壓一、變壓器1變壓器的構(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變壓器的原理：電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以盡管兩

2、個線圈之間沒有導(dǎo)線相連，副線圈也能夠輸出電流互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)3理想變壓器沒有能量損失的變壓器，即輸入功率等于輸出功率4基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入P出(2)電壓關(guān)系：U1n1U2n2；有多個副線圈時，U1n1U2n2U3n3(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時，I1I2n2n1.由 P入P出及 PUI 推出有多個副線圈時，U1I1U2I2U3I3UnIn.5幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器的原、副線圈共用一個線圈，如圖所示(2)互感器電壓互感器電流互感器2原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在高壓電路中作用把高電壓變成低電壓把大電流變成小電流匝數(shù)特點(diǎn)副線圈匝數(shù)比原線圈匝數(shù)少副線圈匝數(shù)

3、比原線圈匝數(shù)多二、電能的輸送1輸電線路及其電壓、電能損失(1)輸電線路(如圖所示)(2)電壓和電能損失輸電電流：IPU；電壓損失：UUUIrPUr；電能損失：PPPI2r(PU)2r；2減少電能損失的方法：根據(jù) P損I2R線，減小輸電電能損失有兩種方法(1)減小輸電線的電阻：根據(jù)電阻定律 RlS，要減小輸電線的電阻 R，在輸電距離一定的情況下，可采用的方法有選用電阻率小的金屬材料，盡可能增大導(dǎo)線的橫截面積等(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流： 在輸電功率一定的情況下， 根據(jù) PUI， 要減小電流，必須提高輸電電壓3遠(yuǎn)距離輸電(1)遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上損失的電功率：輸送功率一定時，線路電流 IPU，輸電線上

4、損失功率 P損I2R線3P2U2R線，可知 P損1U2.遠(yuǎn)距離輸電線路中的功率關(guān)系：P輸P損P用(2)遠(yuǎn)距離輸電的基本電路：由于發(fā)電機(jī)組本身的輸出電壓不可能很高，所以采用高壓輸電時，在發(fā)電站內(nèi)需要升壓變壓器升壓到幾百千伏后再向遠(yuǎn)距離送電，到達(dá)用電區(qū)再用降壓變壓器降到所需的電壓，基本電路如圖所示【典型例題典型例題】考點(diǎn)一：理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用考點(diǎn)一：理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用【例 1】(2015海南單科，10)(多選)如圖，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為 41，原線圈與一可變電阻串聯(lián)后， 接入一正弦交流電源； 副線圈電路中固定電阻的阻值為 R0， 負(fù)載電阻的阻值 R11R0，是理想電壓表，現(xiàn)

5、將負(fù)載電阻的阻值減小為 R5R0，保持變壓器輸入電流不變，此時電壓表的讀數(shù)為 5.0 V，則()A此時原線圈兩端電壓的最大值約為 34 VB此時原線圈兩端電壓的最大值約為 24 VC原線圈兩端原來的電壓有效值約為 68 VD原線圈兩端原來的電壓有效值約為 48 V解析：AD當(dāng)負(fù)載電阻的阻值減小為 R5R0時，根據(jù)串、并聯(lián)電路規(guī)律，R 兩端電壓為 R0兩端電壓的 5 倍，因?yàn)殡妷罕頊y量 R 兩端的電壓，所以 UR0155 V1 V，故副線圈兩端電壓為 U26 V，根據(jù)公式U1U2n1n2可得此時原線圈兩端電壓的有效值為 U124 V， 所以此時原線圈兩端電壓的最大值約為 24 2 V34 V，A

6、 正確，B 錯誤；因?yàn)樽兓^程中變壓器的輸入電流不變，所以對于副線圈中變化前、后電流也不變，則變化后電壓 U2IR05IR06IR0，變化前，U2IR011IR012IR0，所以U22U212 V，根據(jù)公式U1U2n1n2可得原線圈兩端原來的電壓有效值約為 48 V，D 正確，C 錯誤。考點(diǎn)二：理想變壓器的動態(tài)分析考點(diǎn)二：理想變壓器的動態(tài)分析常見的理想變壓器的動態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負(fù)載電阻不變兩種情況1匝數(shù)比不變的情況(如圖 5 所示)(1)U1不變，根據(jù)U1U2n1n2，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

7、入電流I1，故I1發(fā)生變化(3)I2變化引起P2變化，P1P2，故P1發(fā)生變化2負(fù)載電阻不變的情況(如圖 6 所示)4(1)U1不變，n1n2發(fā)生變化，故U2變化(2)R不變，U2變化，故I2發(fā)生變化(3)根據(jù)P2U22R，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1P2，故P1變化，P1U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化【例 2】(2015天津理綜，6)(多選)如圖所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭 Q 來調(diào)節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻 R0和滑動變阻器 R，P 為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為 U 的正弦交流電，則()A保持 Q 的位置不動，將 P 向上滑

8、動時，電流表讀數(shù)變大B保持 Q 的位置不動，將 P 向上滑動時，電流表讀數(shù)變小C保持 P 的位置不動，將 Q 向上滑動時，電流表讀數(shù)變大D保持 P 的位置不動，將 Q 向上滑動時，電流表讀數(shù)變小解析：BCQ 位置不動，副線圈電壓 U2不變，當(dāng) P 上滑時，R 增大，由PU22RR0可知總功率減小，原線圈電壓 U1不變，由 PU1I1可知原線圈電流 I1減小，故 A 錯誤，B正確；當(dāng) P 位置不動，Q 上滑時，由U2U1n2n1知 U2增大，同理分析原線圈電流 I1增大，故 C 正確，D錯誤?？键c(diǎn)三：考點(diǎn)三：遠(yuǎn)距離輸電問題遠(yuǎn)距離輸電問題1遠(yuǎn)距離輸電的處理思路對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)升壓變壓器

9、遠(yuǎn)距離輸電線降壓變壓器用電器” ，或按從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”的順序一步一步進(jìn)行分析2遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖為例)(1)功率關(guān)系：P1P2，P3P4，P2P損P3.(2)電壓、電流關(guān)系：U1U2n1n2I2I1，U3U4n3n4I4I3，U2UU3，I2I3I線(3)輸電電流：I線P2U2P3U3U2U3R線.(4)輸電線上損耗的電功率：P損I線UI2線R線(P2U2)2R線當(dāng)輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的1n2.【例 3】(2015福建理綜，15)圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器 T 的原、副線圈匝數(shù)分別為

10、n1、n2，在 T 的原線圈兩端接入一電壓 uUmsint 的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為 2r，不考慮其它因素的影響，則輸電線上損失的電功率為()A(n1n2)U2m4rB(n2n1)U2m4rC4(n1n2)2(PUm)2rD4(n2n1)2(PUm)2r圖 5圖 65解析： C原線圈電壓的有效值：U1Um2，根據(jù)U1U2n1n2可求；U2n2n1Um2，又因?yàn)槭抢硐胱儔浩?，所?T 的副線圈的輸出功率等于原線圈的輸入功率 P，所以輸電線上的電流 IPU2，輸電線上損失的電功率為 PI22r4rn1n22PUm2，所以 C 正確，A、B、D 錯誤。1.如圖所示，半徑為 L1

11、 m 的金屬圓環(huán)，其半徑 Oa 是銅棒，兩者電阻均不計且接觸良好今讓 Oa以圓心 O 為軸，以角速度10 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動，圓環(huán)處于垂直于環(huán)面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B2 T 的勻強(qiáng)磁場中從圓心 O 引出導(dǎo)線，從圓環(huán)上接出導(dǎo)線，并接到匝數(shù)比為 n1：n21：4 的理想變壓器原線圈兩端則接在副線圈兩端的理想電壓表的示數(shù)為()A40 VB20 VC80 VD0 V解析：由于 Oa 以圓心 O 為軸，以角速度10 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢，變壓器鐵芯中磁通量不變，接在副線圈兩端的理想電壓表的示數(shù)為 0，選項(xiàng) D 正確答案：D2如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為 21，電阻 R55

12、.0 ，原線圈兩端接一正弦式交變電流，電壓 u 隨時間 t 變化的規(guī)律為 u110 2sin20t V，時間 t 的單位是 s.那么，通過電阻 R 的電流有效值和頻率分別為()A1.0A、20 HzB. 2 A、20 HzC. 2 A、10 HzD1.0A、10 Hz解析：原線圈電壓有效值為 110 V，副線圈電壓有效值為 55 V，通過電阻 R的電流有效值 1.0A，頻率為 10 Hz，選項(xiàng) D 正確答案：D3一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比 n1n2115，原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓 u 隨時間t 的變化規(guī)律如圖所示，副線圈僅接入一個 10 的電阻，則()A流過電阻的最大電流是 20A

13、B與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是 141 VC變壓器的輸入功率是 2.2103WD在交變電流變化的一個周期內(nèi)，電阻產(chǎn)生的焦耳熱是 20 J解析：由變壓器變壓公式，副線圈輸出電壓 U100 V，輸出電流 I10 A，由歐姆定律可得流過電阻的最大電流是 Im 2I10 2 A，選項(xiàng) A 錯誤；由變壓器變壓公式，與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V，選項(xiàng) B 錯誤；變壓器輸出功率 PUI10010 W1 000 W，變壓器的輸入功率是 1 000 W，選項(xiàng) C 錯誤；在交變電流變化的一個周期內(nèi)，電阻產(chǎn)生的焦耳熱是 QI2RT102100.02 J20 J，選項(xiàng) D 正確答案：D4如圖所示，理想變壓器原線圈

14、輸入電壓 uUmsint，副線圈電路中 R0為定值電阻，R 是滑動變阻器；V1和 V2是理想電壓表，示數(shù)分別是 U1和 U2，A1和 A2是理想電流表，示數(shù)分別是 I1和 I2.下列說法正確的是()AI1和 I2表示電流的瞬時值BU1和 U2表示電壓的最大值C滑片 P 向下滑動過程中，U2不變、I1變小D滑片 P 向下滑動過程中，U2不變、I1變大解析： I1和 I2表示電流的有效值， U1和 U2表示電壓的有效值， 選項(xiàng) A、6B 錯誤；滑片 P 向下滑動過程中，U2不變、I2變大、I1變大，選項(xiàng) C 錯誤 D 正確答案：D5如圖所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器

15、，發(fā)電廠的輸出電壓及輸電線的電阻均不變在用電高峰期，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法正確的有()A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例不變解析：發(fā)電廠輸出功率的增大，升壓變壓器的輸出電壓不變，由于輸電線電流增大，輸電線損失電壓增大，降壓變壓器的輸出電壓減小，選項(xiàng) A、B 錯誤，C 正確；輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大，選項(xiàng) D 錯誤答案：C一、單項(xiàng)選擇題1在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器如圖所示的四個圖中，能正確反映其工作原理的是()解析：電流互感器應(yīng)是測電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線

16、上，B、D 錯誤；同時，由 I1n1I2n2知要使 I2n1，A 正確，C 錯誤答案：A2.如圖所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù) n1800 和 n2200 的兩個線圈，上線圈兩端與 u51sin314t V 的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是()A2.0 VB9.0 VC12.7 VD144.0 V解析：由U1n1U2n2得 U2n2U1n1，其中 U1512V，解得 U2514 2V9.0 V，因題中兩線圈并非處于理想狀態(tài)，會出現(xiàn)漏磁，所以交流電壓表的讀數(shù)小于 9.0 V，A 正確答案：A3隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的需求也日益擴(kuò)大，節(jié)能變得越來越重要某發(fā)

17、電廠采用升壓變壓器向某一特定用戶供電，用戶通過降壓變壓器用電，若發(fā)電廠輸出電壓為 U1，輸電導(dǎo)線總電阻為 R，在某一時段用戶需求的電功率為 P0，用戶的用電器正常工作的電壓為 U2.在滿足用戶正常用電的情況下，下列說法正確的是()A輸電線上損耗的功率為P20RU22B輸電線上損耗的功率為P20RU21C若要減少輸電線上損耗的功率可以采用更高的電壓輸電D采用更高的電壓輸電會降低輸電的效率解析：設(shè)發(fā)電廠輸出功率為 P，則輸電線上損耗的功率PPP0，PI2RP2RU21，A、B 錯誤；采用更高的電壓輸電，可以減小導(dǎo)線上的電流，故可以減少輸電線上損耗的功率，C 正確；采用更高的7電壓輸電，輸電線上損耗

18、的功率減少，則發(fā)電廠輸出的總功率減少，故可提高輸電的效率，D 錯誤答案：C4下圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比 n1n251，副線圈上的電阻 R20 ，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)原線圈接正弦式交變電源，輸入電壓 u 隨時間 t 的變化關(guān)系如圖乙所示現(xiàn)將 S1接 1、S2閉合，此時 L2正常發(fā)光下列說法正確的是()A輸入電壓 u 的表達(dá)式 u20 2sin50t VB只斷開 S2后，L1、L2均正常發(fā)光C只斷開 S2后，原線圈的輸入功率增大D若 S1換接到 2 后，R 消耗的電功率為 0.8 W解析： 由題圖知， Um20 2 V， T0.02 s， 則2T100r

19、ad/s，輸入電壓 u20 2sin 100t V，A 錯誤；由變壓器的變壓規(guī)律知U1U2n1n2，故 U2U1n2n12015V4 V，由題中將 S1接 1、S2閉合時，燈泡 L2正常發(fā)光可得，燈泡 L2額定電壓為 4 V，當(dāng)只斷開 S2后，副線圈兩端電壓不變，此時副線圈的負(fù)載為 L1、L2串聯(lián)，故 L1、L2均不能正常發(fā)光，B 錯誤；此時 P出U22R總，副線圈負(fù)載 R總增大，故 P出減小，又 P入P出，故原線圈的輸入功率減小，C 錯誤；當(dāng) S1換接到 2 后，副線圈的負(fù)載僅是電阻 R，故 PU22R4220W0.8 W，D 正確答案：D5.為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原

20、線圈接到電壓有效值不變的正弦式交流電源上，副線圈連接相同的燈泡 L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表 V1、V2和理想交流電流表 A1、A2，導(dǎo)線電阻不計，如圖所示當(dāng)開關(guān) S 閉合后()AA1示數(shù)變大，A1與 A2示數(shù)的比值變小BA1示數(shù)變大，A1與 A2示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變小，V1與 V2示數(shù)的比值變大DV2示數(shù)不變，V1與 V2示數(shù)的比值不變解析：因?yàn)樽儔浩鞯脑褦?shù)與輸入電壓 U1不變，所以電壓表 V1的示數(shù)和電壓表 V2的示數(shù)不變，C 錯誤，D 正確；當(dāng) S 閉合后，因?yàn)樨?fù)載電阻減小，故副線圈中的電流 I2增大，由于輸入功率等于輸出功率，所以 I1也將增大，但因?yàn)樽儔浩鞯脑褦?shù)不變

21、，A1與 A2示數(shù)的比值不變，A、B 錯誤答案：D二、多項(xiàng)選擇題6某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示，發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器 T1和降壓變壓器 T2向用戶供電已知輸電線的總電阻為 R，降壓變壓器 T2的原、副線圈匝數(shù)之比為 4：1，降壓變壓器副線圈兩端交變電壓 u220 2sin100t V，降壓變壓器的副線圈與阻值 R011 的電阻組成閉合電路若將變壓器視為理想變壓器，則下列說法中正確的是()A通過 R0電流的有效值是 20AB降壓變壓器 T2原、副線圈的電壓比為 4：1C升壓變壓器 T1的輸出電壓等于降壓變壓器 T2的輸入電壓D升壓變壓器 T1的輸出功率大于降壓變壓器 T2的輸入功率解析：

22、降壓變壓器副線圈兩端交變電壓有效值為 220 V，負(fù)載電阻為 11 ，所以通過 R0電流的有效值是 20 A，A 正確；降壓變壓器 T2的原、副線圈匝數(shù)之比為 4:1，所以 T2原、副線圈的電壓比為 4:1，B 正確；升壓變壓器 T1的輸出電壓等于降壓變壓器 T2的輸入電壓加上輸電線上損失的電壓，C 錯誤，D 正確答案：ABD7如圖所示，邊長為 L、匝數(shù)為 N，電阻不計的正方形線圈 abcd 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中繞8轉(zhuǎn)軸 OO轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸 OO垂直于磁感線，在線圈外接一含有理想變壓器的電路，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為 n1和 n2.保持線圈以恒定角速度轉(zhuǎn)動，下列判斷正確的是()A兩

23、電壓表的示數(shù)之比 U1：U2n1：n2B電壓表 V1示數(shù)等于 NBL2C當(dāng)可變電阻 R 的滑片 P 向上滑動時，電壓表 V2的示數(shù)變大D當(dāng)可變電阻 R 的滑片 P 向上滑動時，變壓器的輸入功率減小解析：由理想變壓器原副線圈電壓比等于匝數(shù)比可知，A 正確；電壓表 V1示數(shù)為電壓的有效值，等于NBL22，B 錯誤；當(dāng)可變電阻 R 的滑片 P 向上滑動時，R 的有效阻值增大，U2不變，輸出功率減小，輸入功率減小，C 錯誤，D 正確答案：AD8如圖所示，理想變壓器原線圈接有交流電源，當(dāng)副線圈上的滑片 P 處于圖示位置時，燈泡 L 能發(fā)光要使燈泡變亮，可以采取的方法有()A向下滑動 PB增大交流電源的電

24、壓C增大交流電源的頻率D減小電容器 C 的電容解析：向下滑動 P，變壓器副線圈電壓降低，燈泡變暗，A 錯誤；增大交流電源電壓，副線圈電壓升高，燈泡變亮，B 正確；增大交流電源頻率，電容器容抗減小，電流變大，燈泡變亮，C 正確；減小電容器的電容，容抗增大，電流減小，燈泡變暗，D 錯誤答案：BC三、非選擇題9圖甲為一理想變壓器，ab 為原線圈，ce 為副線圈，d 為副線圈引出的一個接頭，原線圈輸入正弦式交變電壓的 ut 圖象如圖乙所示若只在 ce 間接一只 Rce400 的電阻，或只在 de 間接一只 Rde225 的電阻，兩種情況下電阻消耗的功率均為 P80 W.(1)請寫出原線圈輸入電壓瞬時值 uab的表達(dá)式；(2)求只在 ce 間接 400 電阻時，原線圈中的電流 I1；(3)求 ce 和 de 間線圈的匝數(shù)比ncende.解析：(1)由圖乙知周期 T0.01 s，Uab最大值為 Um400 V，所以角速度2T200 rad/s電壓瞬時值 uab400sin200t V(2)電壓有效值 U1Um2200 2 V理想變壓器輸入電壓 P1P原線圈中的電流 I1P1U1解得 I125A0.28A(3)設(shè) ab 間匝數(shù)為 n1，則U1n1Ucence同理U1n1Udende由題意知U2ceRceU2deRde，解得ncendeRceRde代入數(shù)據(jù)