1、习题课习题课:变压器与电能的输送变压器与电能的输送探究一探究二理想变压器的动态分析理想变压器的动态分析问题探究如图所示,M为理想变压器,电表均可视为理想表,接线柱a、b接路端电压u=311sin(314t)V的正弦交流电源。当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,各电压的示数如何变化?要点提示:V1示数不变,V2示数不变,A1示数增大,A2示数增大。探究一探究二知识归纳1.理想变压器动态分析常见的两种情况(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1。(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n2U2I2
2、P2P1I1。探究一探究二2.解决理想变压器动态分析问题的规律方法处理变压器的动态分析,首先应明确“不变量”和“变化量”,对变化量要把握它们之间的制约关系,依据程序分析的思想,从主动变化量开始,根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况。(1)首先明确变压器各物理量间的制约关系。输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率P2决定输入功率P1。(2)分清动态变化中哪个量变化,结合串、并联电路的特点、欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次确定。探究一探究二3.动态问题的分析思路 副线圈可看作给用户供电的无阻电源,对负载电路进行动态分析时,可以参照直流电路动态
3、分析的方法。探究一探究二典例剖析【例题1】(多选)如图所示,为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑片,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流,则()A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大B.保持P的位置及U1不变,S由b合到a时,R消耗的功率减小C.保持U1不变,S合在a处时,使P上滑,I1将增大D.保持P的位置不变,S合到a处时,若U1增大,I1将增大探究一探究二答案:ABD 探究一探究二 1.匝数比不变的情况(如图甲所示)(2)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。(3)I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1
4、发生变化。探究一探究二2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化。探究一探究二变式训练变式训练1如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大探究一探究二答案:B 探究一探究二远距离高压输电综合问题远距离高压输电综合问题问题探究远距离输电基本过程示意图如图所示,请思考:发电厂输出的电压要经过多个升压变
5、压器升压,这样做的目的可通过下面的问题得到说明。如果用220 V和11 kV两种电压来输电,设输送的电功率、输电线上的功率损失、导线的长度和电阻率都相同,求导线的横截面积之比。探究一探究二要点提示:设输送的电功率为P,输电电压为U,送电距离为L,导线横截面积为S,电阻率为。则每根导线损失的电功率P损=I2R。现在,输送电功率P相同,导线电阻率和长度L也相同。在输电电压U和导线横截面积S不同时,如果要求导线上损失的电功率相同,则应有可见,要满足题中所设要求用220 V电压输电时,导线的横截面积是11 kV输电时的2 500倍。探究一探究二从中可以令人印象深刻地体会出高压输电的实际意义。探究一探究
6、二知识归纳解决远距离输电问题要注意以下两点1.首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等,在图中标出相应物理量符号,利用输电电流2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系。探究一探究二典例剖析【例题2】(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机的输出电压变化规律如图乙所示。输电线的总电阻为r,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220
7、 V的用电器正常工作,则()探究一探究二C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率知选项A正确、C错误。答案:AD探究一探究二变式训练变式训练2(多选)如图甲为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器。升压变压器原副线圈匝数比为1100,其输入电压如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小。电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时,升压变压器的输入功率为750 kW。下列说法中正确的有()甲 乙
8、 探究一探究二A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 HzB.远距离输电线路损耗功率为180 kWC.当传感器R2所在处出现火警时,电压表V的示数变大D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变大解析:由题图乙知交变电流的周期为0.02 s,所以频率为50 Hz,A正确;由题图乙知升压变压器输入端电压有效值为250 V,根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25 000 V,所以输电线中的电流为I=30 A,输电线损失的电压为U=IR=30100 V=3 000 V,输电线路损耗功率为P=UI=90 kW,B错误;当传感器R2所在处出现火警时其阻值减小,副线圈两端电压不变,副线圈中电流
9、增大,定值电阻的分压增大,所以电压表V的示数变小,C错误;由C知副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知输电线上的电流变大,D正确。答案:AD1231.(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡变亮,可以采取的方法有()A.向下滑动PB.增大交流电源的电压C.增大交流电源的频率D.减小电容器C的电容解析:要使灯泡变亮,可以采取的方法有:向上滑动P,或增大交流电源的电压,增大交流电源的频率,或增大电容器C的电容,选项B、C正确,A、D错误。答案:BC1232.(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过
10、滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑片。在原线圈上加一电压为U的正弦式交变电流,则()A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小123解析:Q位置不动,副线圈电压U2不变,当P上滑时,R增大,由 U2增大,同理分析原线圈电流I1增大,故C正确,D错误。答案:BC1233.风力发电作为新型环保能源,近年来得到了快速发展,如图所示的风车阵中发电机输出功率为100 kW,输出电压是250 V,用户需要的电压是220 V,输电线电阻为10。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%,试求:(1)画出此输电线路的示意图。(2)用户得到的电功率是多少。(3)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。123解析:(1)如图所示(2)用户得到的功率P用=P-P损=96 kW。(3)输电线损失的功率P损=P4%=100 kW4%=4 kW。123电压损失U损=I2R线=2010 V=200 V。降压变压器原线圈输入电压U3=U2-U损=4 800 V。答案:(1)见解析(2)96 kW(3)12024011
