第十九講交變電流與遠(yuǎn)距離輸電教案

第十九講交變電流與遠(yuǎn)距離輸電★高考試題回顧：1、（江蘇卷）7．.在如圖多事的遠(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，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有（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增大【答案】CD【解析】變壓器作用是變壓，發(fā)電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器輸出的電壓U2應(yīng)不變，A錯(cuò)誤。由于輸電線電流，輸電線電壓損失,降壓變壓器的初級(jí)電壓，因P變大，I變大，所以U損變大，所以降壓變壓器初級(jí)電壓U3變小，B錯(cuò)誤。輸電線功率損失，因P變大，所以P損變大，C正確；，因P變大，所以比值變大，D正確；2、（海南卷）9．如右圖，一理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4：1，原線圈兩端接入一正弦交流電源；副線圈電路中R為負(fù)載電阻，交流電壓表和交流電流表都是理想電表．下列結(jié)論正確的是A．若電壓表讀數(shù)為6V，則輸入電壓的最大值為VB．若輸入電壓不變，副線圈匝數(shù)增加到原來(lái)的2倍，則電流表的讀數(shù)減小到原來(lái)的一半C．若輸入電壓不變，負(fù)載電阻的阻值增加到原來(lái)的2倍，則輸入功率也增加到原來(lái)的2倍D．若保持負(fù)載電阻的阻值不變．輸入電壓增加到原來(lái)的2倍，則輸出功率增加到原來(lái)的4倍【答案】AD【解析】若電壓表讀數(shù)為6V，則輸入電壓為是有效值，因此其最大值為V，A正確；若輸入電壓不變，副線圈匝數(shù)增加到原來(lái)的2倍，則輸出電壓也增加到原來(lái)的2倍，電流表示數(shù)應(yīng)增加到原來(lái)的2倍，B錯(cuò)；若輸入電壓不變，負(fù)載電阻的阻值增加到原來(lái)的2倍，則輸出電流減小到原來(lái)的一半，輸入功率等于輸出功率即也減小到原來(lái)的一半，C錯(cuò)；若保持負(fù)載電阻的阻值不變．輸入電壓增加到原來(lái)的2倍，輸出電壓增大到原來(lái)的2倍，則由可知輸出功率增加到原來(lái)的4倍，D正確。3、（福建卷）13．中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原采用500kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)锳．P/4 B．P/2 C．2P D．4P【答案】A【解析】由可知輸出電壓由500kV升高到1000kV時(shí)，電路中的電流將減為原來(lái)的一半；由線可知電路中損耗的功率變?yōu)樵瓉?lái)的，選項(xiàng)A正確。4、（廣東卷）19．圖7是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的A．周期是0.01SB．最大值是311VC．有效值是220VD．表達(dá)式為U=220sin100πt（V）【答案】BC【解析】由題圖可得周期為0.02s，A錯(cuò)誤。選項(xiàng)D中峰值應(yīng)該為311V，即U=311sin100πt（V），D錯(cuò)誤。5、（山東卷）19．一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，為滑動(dòng)變阻器的觸頭。下列說(shuō)法正確的是A.副線圈輸出電壓的頻率為50HzB.副線圈輸出電壓的有效值為31VC.向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小[來(lái)D.向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率增加【答案】AD【解析】由圖甲知該交流電的周期是2×10-2s，交流電的頻率是50Hz，變壓器不改變頻率，所以A正確；因?yàn)樵€圈電壓的最大值是310V，根據(jù)變壓器的匝數(shù)與電壓的關(guān)系，副線圈輸出電壓的最大值為31V，因此B錯(cuò)誤；匝數(shù)比不變，所以原、副線圈的電流比不變，C錯(cuò)誤；P向右移動(dòng)時(shí)，負(fù)載電阻變小，根據(jù)，因此，變壓器的輸出功率增加，D正確。6、（天津卷）7．為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，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(jì)，如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合后A．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變B．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大D．V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變【答案】AD【解析】由于理想變壓器原線圈接到電壓有效值不變，則副線圈電壓不變，V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變，C錯(cuò)誤、D正確。開關(guān)S閉合后，變壓器副線圈的負(fù)載電阻減小，V2不變，由歐姆定律可得A1示數(shù)變大，由于理想變壓器P2=P1，V1與V2示數(shù)的比值不變，所以A1與A2示數(shù)的比值不變，A正確、B錯(cuò)誤。正確選項(xiàng)AD?！镏R(shí)歸納總結(jié)：一、交流電：（1）正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式對(duì)純電阻電路，設(shè)閉合電路總電阻為R，由歐姆定律得閉合回路的電流瞬時(shí)值：（2）在交變電流的產(chǎn)生過(guò)程中，要注意理解兩個(gè)特殊位置的不同特點(diǎn)①線圈平面與中性面重合時(shí)，S⊥B，φ=BS最大，＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變。②線圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，φ＝0，=nBωS最大，e最大，i最大，電流方向不變。（3）正弦交變電流的圖象?正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖象上表示出來(lái)，圖象描述的是交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，它是一條正弦曲線，如圖所示．從圖中我們可以找出正弦交變電流的最大值、周期T，也可以根據(jù)線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為零、感應(yīng)電流i為零、線圈中的磁通量最大的特點(diǎn)找出線圈旋轉(zhuǎn)到中性面的時(shí)刻；線圈中磁通量最大的時(shí)刻是零時(shí)刻、t2時(shí)刻和t4時(shí)刻。也可以根據(jù)線圈旋轉(zhuǎn)至平行磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大、線圈中感應(yīng)電流最大和磁通量為零的特點(diǎn)，找出線圈平行磁感線的時(shí)刻；線圈中磁通量為零是在t1時(shí)刻和t3時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大和感應(yīng)電流最大的時(shí)刻t1時(shí)刻和t3時(shí)刻。二、交流電的有效值（1）正弦式的交流電，其有效值與最大值的關(guān)系是：（2）正弦半波交流電的有效值若將圖所示的交流電加在電阻R上，那么經(jīng)一個(gè)周期產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于它為全波交流電時(shí)的l／2，即，而，因而得，同理得。（3）正弦單向脈沖電流的有效值因?yàn)殡娏鳠嵝?yīng)與電流方向無(wú)關(guān)，所以圖所示正弦單向脈動(dòng)電流與正弦交流電通人電阻時(shí)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)完全相同，即,。（4）矩形脈沖電流的有效值如圖所示電流實(shí)質(zhì)是一種脈沖直流電，當(dāng)它通入電阻后一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于直流電產(chǎn)生熱量的，這里t1是一個(gè)周期內(nèi)脈沖時(shí)間．由，或，得，。當(dāng)時(shí),，。（5）非對(duì)稱性交流電有效值假設(shè)讓一直流電壓U和圖所示的交流電壓分別加在同一電阻上，交流電在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為，直流電在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，根據(jù)它們的熱量相等有得:同理有。三、電感和電容對(duì)交變電流的影響比較項(xiàng)目電感電容阻礙作用的名稱感抗容抗阻礙作用產(chǎn)生的原因電流變化時(shí)線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化電壓變化時(shí)電容反復(fù)充放電，板上積聚的電荷阻礙電流的變化阻礙作用大小的因素跟自感系數(shù)、交變電流頻率有關(guān)跟電容量、交變電流頻率有關(guān)交流電路中的應(yīng)用通直流、阻交流通低頻、阻高頻通交流、隔直流通高頻、阻低頻四、變壓器及其原理（1）主要構(gòu)造：是由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成的．變壓器構(gòu)造如圖。（2）工作原理：根據(jù)電磁感應(yīng)原理來(lái)改變交流電壓．（3）理想變壓器：不考慮銅損（線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱）、鐵損（渦流產(chǎn)生的焦耳熱）和漏磁的變壓器，即它的輸入功率和輸出功率相等．①功率關(guān)系：②電壓關(guān)系：有若干個(gè)副線圈時(shí)，③電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)由出及推出有若干副線圈時(shí)，。五、遠(yuǎn)距離輸電的基本網(wǎng)絡(luò)和功率、電壓關(guān)系1、遠(yuǎn)距離輸送電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)：如圖所示．2、輸電導(dǎo)線損耗的電功率：由及可推得.3、兩個(gè)基本公式：電壓關(guān)系．能量關(guān)系或★應(yīng)用規(guī)律方法：一、交變電流的產(chǎn)生及描述例1、一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示，下面說(shuō)法正確的是（BD）A.時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B.時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C.時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D．每當(dāng)電動(dòng)勢(shì)e變換方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大例2、如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈abcd的匝數(shù)為n，線圈電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，現(xiàn)在線圈以為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求：①閉合電路中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式②線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)900的過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量③通過(guò)R的電荷量④電阻R上的最大電壓[解析]①線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，總有一條邊切割磁感線，且ac邊和bd邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小相等，當(dāng)線框平行于磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為：由閉合電路歐姆定律可知，當(dāng)以圖示為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，流過(guò)R的電流表達(dá)式為：②在線框由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)900的過(guò)程中，用有效值來(lái)計(jì)算電阻R產(chǎn)生的熱量，其中③在轉(zhuǎn)過(guò)900的過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為：流過(guò)R的平均電流所以流過(guò)R的電量④由部分電阻歐姆定律可知電阻R上的最大電壓二、電感和電容對(duì)交變電流的影響例3、如圖所示的電路中，當(dāng)a、b端加直流電壓時(shí)，Ll燈發(fā)光，L2燈不亮，當(dāng)加同樣電壓的交流電源時(shí)，Ll發(fā)光但較暗，L2燈發(fā)光較亮，那么以下正確的是（AD）A．A中接的是電感線圈，B中接的是電容器B．A中接的是電容器，B中接的是電感線圈C．A中接的是電阻，B中接的是電容器D．若加的交流電頻率增大，電壓不變，則Ll燈變得更暗，L2燈變得更亮三、對(duì)變壓電路的分析例4、一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入電壓不變，如圖所示，如果負(fù)載電阻的滑動(dòng)片向上移動(dòng)，則圖中所有交流電表的讀數(shù)及輸入功率變化情況正確的是（均為理想電表）（C）A．V1、V2不變，A1增大，A2減小，P增大B．V1、V2不變，A1、A2增大，P增大C．V1、V2不變，A1、A2減小，P減小D．V1不變，V2增大，A1減小，A2減小，P減小四、遠(yuǎn)距離輸電例5、遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖所示，若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是（C）A．升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無(wú)關(guān)B．輸電線中的電流只由升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定C．當(dāng)用戶用電器的總電阻減少時(shí)，輸電線上損失的功率增大D．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓例6、發(fā)電機(jī)的端電壓220V，輸出電功率為44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω，如果用初、次級(jí)匝數(shù)之比為1:10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線路后，再用初、次級(jí)匝數(shù)比為10:1的降壓變壓器降壓供給用戶．（1）畫出全過(guò)程的線路圖．（2）求用戶得到的電壓和功率．（3）若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶，求用戶得到的功率和電壓．[解析]該題是輸電線路的分析和計(jì)算問(wèn)題，結(jié)合電路結(jié)構(gòu)和輸電過(guò)程中的電壓關(guān)系和電流關(guān)系可解此題．（1）線路圖如圖所示：（2）升壓變壓器次級(jí)的輸出電壓升壓變壓器次級(jí)輸出電流升壓變壓器初級(jí)輸入電流，由得所以輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為加到降壓變壓器初級(jí)上的輸入電流和電壓降壓變壓器初級(jí)的輸出電壓和電流用戶得到的功率（3）若不采用高壓輸電，線路損失電壓為用戶得到的電壓用戶得到的功率為。★能力強(qiáng)化訓(xùn)練1、矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)的最大值為．設(shè)t=0時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行，當(dāng)線圈的匝數(shù)增加一倍，轉(zhuǎn)速也增大一倍，其他條件不變時(shí)，交流電的電動(dòng)勢(shì)為（D）A．B．C．D．2、在發(fā)電站輸送電功率一定的情況下，遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電線上損失的熱功率（D）A．跟電站輸送的電壓成反比，跟輸電線的電阻成正比B．跟電站輸送的電壓成正比，跟輸電線的電阻成反比C．跟電站輸送的電壓成反比，跟輸電線的電阻成反比D．跟電站輸送電壓的平方成反比，跟輸電線的電阻成正比3、兩個(gè)相同的電阻，分別通以如圖所示的正弦交變電流和方波形交變電流，兩種交變電流的最大值相等，周期相等．則在一個(gè)周期內(nèi)，正弦式交流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱與方波式交流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱之比等于（B）A．3:1B．1:2C．2:1D．4:34、圖表示一交變電流隨時(shí)間變化的圖象，此交變電流的有效值是（B）A．5AB5、一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示．下面說(shuō)法中正確的是（D）A．t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B．t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C．t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的變化率的絕對(duì)值最大D．每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過(guò)線圈