1、课时2 变压器 电能的输送 课前自主学习课前自主学习 课堂讲练互动 课时作业 随堂巩固训练 梳理知识 突破难点 课前自主学习 知识回顾 1变压器的构造：如图 1；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 图 1 2变压器的原理：变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的于电流的大小大小、方向方向在不断变化，在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化 变变化的磁场在副线圈中产生 感应电动势感应电动势所以尽管两个线圈之间没有所以尽管两个线圈之间没有
2、导线相连，副线圈也能够输出电流 互感现象是变压器工作的基是变压器工作的基础 3理想变压器：理想变压器：没有能量损失的变压器，即的变压器，即输入输入功率等于功率等于输输出出功率 4理想变压器电压与匝数的关系：理想变压器电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等原、副线圈的电压之比等于两个线圈的于两个线圈的匝数匝数之比，即之比，即U1U2n1n2.思考：变压器能否改变恒定电流的电压？能否改变交流电的频率？(1)变压器不能改变恒定电流的电压由变压器的原理可知恒定电流通过原线圈时不能产生变化的磁场，副线圈中的铁芯中的磁通量就不会变化，副线圈中就不会有感应电动势(2)变压器也不能改变交流电的频率，因为原、
3、副线圈中磁通量的变化情况相同 5几种常用的变压器几种常用的变压器：(1)自耦变压器调压变压器(2)互感器?电压互感器，用来把高电压变成低电压.电流互感器，用来把大电流变成小电流.要点深化 理想变压器原、副线圈基本量的关系 理想变压器(1)没有能量损失 (2)没有磁通量损失 基本关系 功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率 P入P出 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，公式：U1/U2n1/n2，与负载、线圈的多少无关 电流关系(1)只有一个副线圈时：I1/I2n2/n1(2)有多个副线圈时：由 P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn 频率关系
4、f1f2(变压器不改变交流电的频率)理想变压器(1)没有能量损失 (2)没有磁通量损失 制约关系 电压 副线圈电压U2由原线圈电压 U1和匝数比决定 功率 原线圈的输入功率 P1由副线圈的输出功率P2决定 电流 原线圈电流I1由副线圈电流 I2和匝数比决定 基础自测基础自测(2011课标全国卷)如图 2，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为 220 V，额定功率为 22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正常发光若用 U 和 I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则()AU110 V，I0.2 A BU110 V，I0.05 A CU11
5、0 2 V，I0.2 A DU110 2 V，I0.2 2 A 图 2 答案：A 解析：由变压原理n1n2U1U2可得 U1110 V，即电压表示数为110 V由 P入P出，灯泡正常发光可得 P入U1I1P出22 W，I122110A0.2A，故 A正确 知识回顾 1输电导线上的能量损失：主要是由输送线路电阻发热产生的，表达式为 QI2Rt.2减小输电线路上的损耗的方法：(1)减小输送电路的电阻；(2)减小输送电路的电流 3高压输电的原理：由输送功率 PUI，其中U为输送电压，I为输送电流，因而可以提高 输送电压U，以减小输送电流I，则线路上的损耗P损I2R可大幅度减小，这是行之有效的办法 要
6、点深化 关于高压输电问题的分析 1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”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”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3为例)：图 3(1)功率关系：P1P2，P3P4，P2P损P3(2)电压、电流关系：U1U2n1n2I2I1，U3U4n3n4I4I3 U2UU3，I2I3I线(3)输电电流：I线P2U2P3U3U2U3R线.(4)输电线上损耗的功率：P损I线UI线2R线(P2U2)2R线 基础自测 发电厂输出的交流电压为 2.2万伏，输送功率为 2.2106 W，现在用户处安装一降压变压器，用户的电压为2
7、20 V，发电厂到变压器间的输电导线总电阻为 22，求：(1)输电导线上损失的电功率；(2)变压器原、副线圈匝数之比 答案：(1)2.2105 W(2)901 解析：解析：(1)由 P总U总I线得输送的电流为：I线P总U总2.21062.2104 A100 A 则输电线损失电功率：P损I线2R线100222 W2.2105 W.(2)降压变压器原线圈电压 U1U总U线 U总I线R19800 V 所以原副线圈匝数比n1n2U1U219800220901.师生互动 规律总结 课堂讲练互动 例1 一台理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100 的负载电阻，如图 4所示(1)当原线
8、圈接在 44 V直流电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？图 4(2)当原线圈接在220 V交变电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？此时输入功率为多大？变压器效率为多大(电表均为理想电表)?分析 变压器的工作原理是利用互感现象，只能改变交变电流和电压，对于直流电不能改变，对理想变压器有U1U2n1n2，P1P2,I1n1I2n2.答案(1)0 0(2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%解析解析(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零(2)由U1U2n
9、1n2得 U2U1 n2n12204402200 V44 V(电压表读数)I2U2R44100 A0.44 A(电流表读数)P入P出I2U20.4444 W19.36 W，效率 100%.题后反思 理想变压器无能量损失，输入功率等于输出功率，输出电压由输入电压和匝数比决定，与用电器的电阻及变压器有无其它副线圈无关 变式11(2011广东卷)图5(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中 R55，?、为理想电流表和电压表若原线圈接入如图 5(b)所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述正确的是()A电流表的示数为 2A B原、副线圈匝数比为 1：2 C电压表的示数为电压的有效
10、值 D原线圈中交变电压的频率为 100 Hz 图 5 答案：AC 解析：由图(b)可知原线圈两端电压的有效值 U1220 V，由U1U2n1n2，可得原副线圈匝数之比n1n2U1U22201102：1，故 B 错误电流表示数与电压表示数都为有效值，故 C 正确电流表示数 IUR11055A2A，故 A 正确由图(b)可知 T0.02 s，所以交变电压的频率为 f1T10.02Hz50 Hz，D 错误 例2 如图6所示，理想变压器输入端 PQ接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关 S可改变变压器初级线圈匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正确的是()图6 A当滑片c向b端移动时，变压
11、器输入功率变大 B当滑片 c向a端移动时，电流表 A1的示数将减小，电压表V的示数不变 C当滑片 c向b端移动时，电流表 A2的示数将变大，电压表V的示数也变大 D滑片c不动，将开关 S由1掷向2时，三个电表 A1、A2、V的示数都变大 解析 c 向 b 端移动时，R 变大，输出功率 P2U22R，又因U2不变，则 P2减小，所以输入功率减小，A项错；c 向 a 移动时，R变小，A2示数 I2U2R变大，则 A1示数变大，B 项错；c 向 b 移动时，R变大，由 I2U2R知，A2示数变小，故 C 项错；答案 D 当滑片当滑片 c 不动，开关不动，开关 S由由 1 掷向掷向 2 时，原线圈匝数
12、时，原线圈匝数 n1减少，由由 U2n2n1U1知知 U2变大，故变大，故 A2示数变大，示数变大，A1示数变大，故示数变大，故 D 项项正确 题后反思 关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：(1)负载电阻不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比变化而变化 (2)匝数比不变，原副线圈的电压U1、U2，电流 I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化 无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定 变式21(2010全国卷全国
13、卷)图7为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，P为滑动头现令 P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止用 I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)图 7 下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是()图8 答案：BC 解析：解析：副线圈的匝数与 P 移动的距离成正比，而 P 移动的距离与时间成正比，因此副线圈的匝数与时间成正比，即n2t，根据变压规律U1U2n1n2，得 U2U1n2n1t，选项 C 正确；电流
14、I2U2RDtRD，即图象的斜率表示灯泡的电阻的倒数，其随着电压的升高而减小，选项 B 正确；I1应随时间变大，选项 A 错误；功率 N2U2I2t2RD，图象应为曲线，选项 D 错误 例3 某发电厂发电机的输出功率 P100 kW，发电机端电压U250 V，向远处送电的输电线的总电阻 R8.要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得到的电压又正好是220 V，那么：(1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图 (2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比 解析(1)只要安装一台升 压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图9所示：图9 (2)按题意，P损5%P0.05100103
15、 W5103 W.设输电线路中的电流为 I，P损I2R，IP损R51038 A25 A.输送电压 U2PI10010325 V4000 V，对升压变压器n1n2U1U22504000116 输电线路上损失电压 U损IR258 V200 V，答案(1)如图9所示(2)升压116；降压19011 降压变压器原线圈降压变压器原线圈 n3两端电压两端电压 U3U2U损损(4000200)V3800 V，用户在副线圈 n4两端得到电压 U4220 V，所以所以n3n4U3U4380022019011.即升压变压器原、副线圈匝数比为即升压变压器原、副线圈匝数比为 116；降压变压器原、副线圈匝数比为降压变
16、压器原、副线圈匝数比为 19011.题后反思 求解远距离输电的关键是：(1)熟悉“交流发电机 升压变压器 输电线降压变压器用户”这一过程，并画出这一过程的示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上 (2)利用逆算法解决电能的输送问题时往往比较方便，方法是先从负载的功率算起，一直倒推到升压变压器的输入端 变式31(2010浙江高考浙江高考)某水电站用总电阻为 2.5的输电线输电给 500km 外的用户，其输出电功率是 3106kW，现用500kV电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为 2.0105 A B输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kV C若改用 5 kV电压输电
17、，则输电线上损失的功率为9108 kW D输电线上损失的功率为 PU2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻 答案：B 解析：由 PUI 可得 IPU3109 W5105 V6103 A，则选项 A错误；输电线上电阻造成的损失电压为UIr15 kV，选项 B正确；输电线上损失的功率不可能大于水电站的输出功率，可知选项 C 错误；输电线上损失的功率为PU2r，U 为输电线上损失的电压，选项 D 错误 感悟真题 检验技能 随堂巩固训练 1如图 10，理想变压器原副线圈匝数之比为4 1，原线圈接入一电压为 UU0sint 的交流电源，副线圈接一个 R27.5 的负载电阻若 U0220 2 V，100
18、rad/s，则下述结论正确的是()图 10 A副线圈中电压表的读数为 55 V B副线圈中输出交流电的周期为1100 s C原线圈中电流表的读数为 0.5 A D原线圈中的输入功率为 110 2 W 答案：AC 解析：因为 U0220 2 V，则电压有效值 U1220 V，由U1U2n1n2得 U2220 V455 V，A 正确因为 100rad/s，则 T22100 s0.02 s，则 B 错误 负载 R中电流 I2U2R55 V27.5 2 A，由I1I2n2n1得 I10.5 A，所以 C 正确功率 PU1I1220 V0.5 A110 W，所以 D 错误 2一理想变压器原、副线圈匝数比
19、n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压 u 如图 11 所示副线圈仅接入一个 10 的电阻，则()A流过电阻的电流是 20 A B与电阻并联的电压表的示数是 100 2 V C经过 1 分钟电阻发出的热量是 6103 J D变压器的输入功率是 1103 W 图 11 答案：D 解析：由图象可知 U1220 V，则 U2n2n1U1511220 V100 V 流过电阻电流 IU2R10 A，A 错；电压表示数应为 100 V，B 错；1 分钟放出热量 QI2Rt1021060 J6104 J，C 错；P出U2I10010 W1103 W，所以 P入P出1 103 W，D正确 3一理想
20、变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流为设原线圈的电流为 I1，输入功率为输入功率为 P1，副线圈的电流为，副线圈的电流为 I2，输出功率为，输出功率为 P2.当当R增大时增大时()AI1减小，P1增大 BI1减小，P1减小 CI2增大，P2减小 DI2增大，P2增大 解析：理想变压变压器(副线线圈上电压电压不变变)当负载电负载电阻R增大时电时电流I2减小，由 P2U2I2可知，功率 P2也减小，所以 B正确 答案：B 4(2009山东高考山东高考)某小型水电站的电能输
21、送示意图如图 12，发电机的输出电压为 200 V，输电线总电阻为 r，升压变压器原副线圈匝数分别为 n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为 n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为 220 V 的用电器正常工作，则()A.n2n1n3n4 B.n2n1n3n4，A 对，B、C 错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D 也正确 5如图13所示，交流发电机电动势的有效值20 V，内阻不计，它通过一个 R6 的指示灯连接变压器变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V 0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求：(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比；(2)发电机的输出功率 图 13 答案：(1)31(2)6.67 W 解析：(1)彩色小灯额定电流 ILP/U1/24 A，次级线圈总电流 I224IL1 A.变压器输入功率等于I1U1I2U26 W，变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得 U1I1R6I16I1，代入 值解得 I11/3 A(I13 A 应舍去，据题意知变压器是降压变压器，则I1I2)，所以 n1/n2I2/I13/1.(2)发电机输出功率 PI16.67 W.温 示 提提 馨 请做：课时作业（30）课时作业堂堂清 （点击进入）
