浙江专版2019版高考物理大一轮复习第十章交变电流第2课时变压器电能的输送学案.doc

1、【 精品教育资 源文库 】 第 2 课时 变压器、电能的输送 一、变压器 1.构造：如图所示 ， 变压器是由 闭合铁芯 和绕在铁芯上的 两个线圈 组成的。 (1)原线圈：与交流电源连 接的线圈，也叫 初级 线圈。 (2)副线圈：与 负载 连接的线圈 ， 也叫 次级 线圈。 2.原理：电流磁效应、 电磁感应 。 3.基本关系式 (1)功率关系： P 入 P 出 。 (2)电压关系： U1U2 n1n2。 (3)电流关系：只有一个副线圈时 I1I2 n2n1。 (4)频率关系： f 入 f 出 。 4.几种 常用的变压器 (1)自耦变压器 调压变压器 (2)互感器?电压互感器：用来把 高电压 变

2、成 低电压 。电流互感器：用来把 大电流 变成 小电流 。 二、远距离输电 1.输电过程 (如图所示 ) 2.输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的 ， 表达式为 Q I2Rt。 3.电压损失 【 精品教育资 源文库 】 (1) U U U ； (2) U IR 4.功率损失 (1) P P P ； (2) P I2R ? ?PU2R 5.输送电流 (1)I PU； (2)I U UR 。 6.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻 ， 由电阻定律 R lS可知 ， 在输电距离一定的情况下 ， 为了减小电阻 ，应采用电阻率小的材料 ， 也可以增加导线的横截面积。 (2)

3、减小输电导线中的输电电流 ， 由 P UI 可知 ， 当输送功率一定时 ， 提高输电电压 ， 可以减小输电电流。 【思考判断】 1.理想变压器的基本关系式中 ， 电压和电流均为有效值 ( ) 2.变压器不但能改变交 变电流的电压 ， 还能改变交变电流的频率 ( ) 3.正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时 ， 副线圈两端无电压 ( ) 4.变压器副线圈并联更 多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小 ( ) 5.增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 ( ) 6.高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗 ( ) 7.在输送电压一定时 ， 输送的电功率越大 ， 输电过程中的电

4、能损失越大 ( ) 考点一 变压器 ( /c) 要 点突破 1.变压器原理 变压器是利用电磁感应原理制成的电学设备 ， 变压器只能用来 改变交变电流的电压 ， 不能改变恒定电流的电压。 2.基本关系式中物理量之间的决定关系 电压 副线圈电压 U2由原线圈电压 U1和匝数比决定 ， 即 U2 n2n1U1(原制约副 ) 【 精品教育资 源文库 】 功率 副线圈中的功率 P2 由用 户负载决定，原线圈的输入功率 P1 由副线圈的输出功率 P2决定 ， 即 P1 P2(副制约原 ) 电流 原线圈的电流 I1由副线圈的电流 I2和匝数比决定 ， 即 I1 n2n1I2(副制约原 ) 3.两类理想变压

5、器的动态分析问题 (1)匝数比不变的情况 (如图甲所示 ) U1不变 ， 根据 U1U2 n1n2，输入电压 U1决定输出电压 U2， 不论负载电阻 R 如何变化 ， U2也不变。 当负载电阻发生变化时 ， I2变化 ， 输出电流 I2决定输入电流 I1， 故 I1发生变化。 I2变化引起 P2变化 ， 由 P1 P2知 P1发生变化。 (2)负载电阻不变的情况 (如图乙所示 ) U1不变 ， n1n2发生变化 ， U2变化。 R 不变 ， U2变化 ， I2发生变化。 根据 P2 U22R和 P1 P2， 可以判断 P2变化时 ， P1发生变化 ， U1不变时 ， I1发生变化。 典例剖析

6、【例 1】 (多选 )如图所示 ， 理想变压器原线圈的匝数为 n1， 副线圈的匝数为 n2， 原 线圈的两端 a、 b 接正弦交流电源 ， 电压表 V 的示数为 220 V， 负载电阻 R 44 ， 电流表 A1的示数为 0.2 A。下列判断正确的是 ( ) A.原线圈和副线圈的匝数比为 21 B.原线圈和副线圈的匝数比为 51 C.电流表 A2的示数为 1 A D.电流表 A2的示数为 0.4 A 【 精品教育资 源文库 】 解析 由电压表 V 示数和电流表 A1的示数可得原线圈中的功率 P1 U1I1， P1 P2 I22R， 所以电流表 A2的示数为 I2 U1I1R 220 0.24

7、4 A 1 A， C 正确 ， D 错误；原线圈和副线圈的匝数比 n1n2 I2I1 51， A 错误 ， B 正确。 答案 BC 【例 2】 (多选 )如图所示 ， 某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节 ， 原线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压 ， 副线圈接一可变电阻 R。在其他条件不变的情况下 ， 为使变压器输入功率增大 ， 下列措施正确的是 ( ) A.仅增加原 线圈匝数 n1 B.仅增加副线圈匝数 n2 C.仅减小电阻 R 的阻值 D.仅增大电阻 R 的阻值 解析 为使变压器输入功率增大 ， 需增大输出功率 ， 由 P U2R知仅减小电阻 R 的阻值或仅增加副线圈匝数 n2， 都

8、可以增大输出功率 ， B、 C 正确；仅增加原线圈匝数 n1或仅增大电阻 R的阻值时 ， 输出功率减小 ， A、 D 错误。 答案 BC 【方法总结】 关于理想变压器的四要点 (1)变压器不能改变直流电压。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流 ， 不能改变交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量。 (4)理想 变压器基本关系中的 U1、 U2、 I1、 I2均为有效值。 针对训练 1.(多选 )如图所示 ， 理想变压器原、副线圈匝数比为 21 ， 电池和交变电源的电动势都为 6 V， 内阻均不计。下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资 源文库 】 A.S 与 a 接通的瞬间

9、， R 中无感应电流 B.S 与 a 接通稳定后 ， R 两端的电压为 0 C.S 与 b 接通稳定后 ， R 两端的电压为 3 V D.S 与 b 接通稳定后 ， 原、副线圈中电流的频率之比为 2 1 解析 S 与 a 接通的瞬间 ， 副线圈有瞬间的感应电流 ， A 错误； S 与 a 接通稳定后 ， 理想变压器的原线圈电流稳定不变 ， 副线圈电压为零 ， B 正确； S 与 b 接通稳定后 ， 根据 U1 U2n1 n2， 可得 R 两端的电压为 3 V， C 正确；原、副线圈的频率相同 ， D 错误。 答 案 BC 2.(多选 )如图所示 ， 一理想自耦变压器线圈 AB 绕在一个圆环形的

10、闭合铁芯上 ， 输入端 AB间加一正弦式交流电压 ， 在输出端 BP 间连接了理想交流电流表、灯泡和滑动变阻器 ， 移动P 的位置 ， 可改变副线圈的匝数 ， 变阻器的滑动触头标记为 Q， 则 ( ) A.只将 Q 向下移动时 ， 灯泡的亮度不变 B.只将 Q 向下移动时 ， 电流表的读数变大 C.只将 P 沿顺时针方向移动时 ，电流表的读数变大 D.只提高输入端的电压 U 时 ， 电流表的读数变大 解析 只将 Q 向下移动时 ， R 阻值增大 ， 电路中电阻增大 ， 电流减小 ， 故 B 项错误；由于副线圈上电压不变 ， 电灯两端的电压不变 ， 功率不变 ， 亮度不变 ， 故 A 项正确；只

11、将 P 沿顺时针方向移动时副线圈匝数减少 ， 电压减小 ， 电流减小 ， 故 C 项错误；只提高输入端的电压时 ，副线圈上电压增大 ， 电流增大 ， 故 D 项正确。 答案 AD 考点二 远距离输电 ( /c) 要点突破 1.远距离输电的处理思路 【 精品教育资 源文库 】 对高压输电问题 ， 应按 “ 发电机 升压变压器 远距离输电线 降压变压器 用电器 ” ， 或按从 “ 用电器 ” 倒推到 “ 发电机 ” 的顺序一步一步进 行分析。 2.远距离高压输电的几个基本关系 (以图为例 ) (1)功率关系： P1 P2， P3 P4， P2 P 损 P3。 (2)电压、电流关系： U1U2 n

12、1n2 I2I1， U3U4 n3n4 I4I3， U2 U U3， I2 I3 I 线 。 (3)输电电流： I 线 P2U2 P3U3 U2 U3R线。 (4)输电线上损耗的功率： P 损 I 线 U I2线 R 线 (P2U2)2R 线 。 当输送功率一定时 ， 输电电压增大到原来的 n 倍 ， 输电线上损耗的功率就减小到原来的 1n2。 典例剖析 【例 1】 远距离输电中 ， 发电厂输送的电功率相同 ， 如果分别采用输电电压为 U1 110 kV输电和输电电压为 U2 330 kV 输电。则两种情况中 ， 输电线上通过的电流之比 I1 I2等于( ) A.1 1 B.3 1 C.1 3

13、 D.9 1 解析 输送功率相同 ， 根据 P UI 得 ， 输电电流与输电电压成反比 ， 所以 I1I2 U2U1 31。故 B正确。 答案 B 【例 2】 (多选 )在远距离输电时 ， 输送的电功率为 P， 输电电压为 U， 所用导线电阻率为 ，横截面积为 S， 总长度为 L， 输电线损失的电功率为 P 损 ， 用户得到的电功率为 P 用 ， 则 P 损 、P 用 的关系式正确的是 ( ) A.P 损 U2S L B.P 损 P2 LU2S C.P 用 P U2S L D.P 用 P?1 PLU2S 【 精品教育资 源文库 】 解析 输电线电阻 R LS， 输电电流 I PU， 故输电线

14、上损失的电功率为： P 损 I2R ? ?PU2 LSP2 LU2S ；用户得到的电功率为 P 用 P P 损 P?1 PLU2S 。 答案 BD 【方法总结】 远 距离输电的三个易错点 (1)计算输电线上损失的功率 P U2R线 ， U 应为输电线上损耗的电压 ， 而不是输电电压； (2)当输送功率一定时 ， 输电电压增大到原来的 n倍 ， 输电线上损耗的功率就减小到原来的 1n2； (3)电网送电遵循 “ 用多少送多少 ” 的原则 ， 而不是 “ 送多少用多少 ” ， 说明原线圈电流由副线圈电流决定。 针对训练 1.如图所示为远距离输电线路的示意图。若发电机的输出电压不变 ， 则下列叙述正

15、确的是( ) A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B.输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定 C.当用户用电器的总电阻减小时 ， 输电线上损失的功率增大 D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 解析 变压器输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的 ， 选项 A、 B错误；用户的总电阻减小 ， 根据 P U2R， 消耗的功率增大 ， 输电线电流增大 ，由 P 损 I2线 R 线可知线路损失功率增大 ， C 项正确；升压变压器的输出电压等于输电线电阻上损失的电压加上降压变压器的输入电压 ， D 项错误。 答案 C 2.(多选 )某水电站通过总电阻为 2.5 的输电线输电给 500 km 外的用户 ， 其输出电功率是310 6 kW。现用 500 k