新人教版13.2变压器电能的输送学案

第2讲变压器电能的输送课程标准通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系．知道远距离输电时通常采用高压输电的原因．素养目标物理观念：知道变压器的工作原理，理解远距离输电的原理．科学思维：掌握变压器的特点并能分析解决实际问题，会计算远距离输电线路损失的电压和功率．必备知识·自主落实一、理想变压器→只能对交变电流变压1．构造：如图所示，变压器是由闭合________和绕在铁芯上的两个________组成的．(1)原线圈：与________连接的线圈，也叫________线圈．(2)副线圈：与________连接的线圈，也叫________线圈．2．原理：线圈的________．3．理想变压器的基本关系副线圈与用电器断开时，无电流通过副线圈，但副线圈两端存在电压(1)电压关系：________．(2)电流关系：________．变压器不能改变交变电流的频率(3)功率关系：________．二、电能的输送1．输电损耗：如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R.输电电流电压损失功率损失I＝____＝P'UΔU＝U－U′＝____ΔP＝P－P′＝_______＝PU2.减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρlS知，可加大导线的________、采用________的材料做导线(2)减小输电线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高________．走进生活变压器是生活、生产用电的必备设备，如图所示是电能输送的简单示意图．(1)设计输电线路时，输送功率相同的情况下，输送电压U越大，输电导线产生的损耗功率越大．()(2)增大输电导线横截面积有助于减少输电过程中的电能损失．()(3)当输送电压一定时用户开启用电器越多，输电导线损耗功率越大．()(4)当发电机输出电压一定时用户开启用电器越多，通过发电机线圈的电流越大．()(5)输电导线损耗功率为P＝U2R(U为输电电压，R为输电线总电阻)．((6)高压输电的目的是增大输电的电流．()(7)变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定．()关键能力·精准突破考点一理想变压器原理及基本关系应用1．基本关系(1)理想变压器无漏磁，故原、副线圈中的ΔΦ相同．线圈无电阻，因此无电压降，副线圈两端电压U2＝n2ΔΦΔt，套在同一铁芯上的线圈，有U1n1＝U2(2)无电能损失，因此P入＝P出，无论副线圈是一个还是多个，总有U1I1＝U2I2＋U3I3＋…，将电压关系代入可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋….(3)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．2．基本关系式中物理量之间的决定关系制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2(当U1和匝数比不变时，不论负载电阻R变化与否，U2不会改变)功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入(可简记为“用决定供”)电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1考向1变压器基本物理量的计算例1[2022·山东卷]如图所示的变压器，输入电压为220V，可输出12V、18V、30V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos(100πt)．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为V．将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12W．下列说法正确的是()A．n1为1100匝，Um为220VB．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为AC．若将R接在AB两端，R两端的电压为18V，频率为100HzD．若将R接在AC两端，流过R的电流为A，周期为s[解题心得]考向2理想变压器的动态分析例2[2022·湖南卷]如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源．定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端．理想电压表的示数为U，理想电流表的示数为I.下列说法正确的是()A．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变B．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大D．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小[解题心得]规律方法分析变压器动态问题的基本思路针对训练1.[2022·河北卷]张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1：n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，t＝0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压为U.忽略线圈电阻，下列说法正确的是()A.发电机输出的电压为2πNBSzB．发电机输出交变电流的频率为2πnzC．变压器原、副线圈的匝数比为2πNBSnz：UD．发电机产生的瞬时电动势e＝2πNBSnzsin(2πnz)t2．[2022·湖北卷](多选)近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示．发射线圈的输入电压为220V、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为50匝．若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其它损耗，下列说法正确的是()A．接收线圈的输出电压约为8VB．接收线圈与发射线圈中电流之比约为22：1C．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同3．[2023·广东汕头市模拟]图示为高铁的供电流程图，牵引变电所(视为理想变压器，原、副线圈匝数比为n1：n2)将高压220kV或110kV降至kV，再通过接触网上的电线与车顶上的受电器使机车获得25kV工作电压，则()A．若电网的电压为220kV，则n1：n2＝1：8B．若电网的电压为110kV，则n1：n2＝22：5C．若高铁机车运行功率增大，机车工作电压将会高于25kVD．高铁机车运行功率增大，牵引变电所至机车间的热损耗功率也会随之增大考点二远距离输电1．理清三个回路(如图)：在回路2中，U2＝ΔU＋U3，I2＝I线＝I3.2．抓住两个联系：(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得，线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是U1U2＝n1n2，I1(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是U3U4＝n3n4，I33．掌握一个守恒：能量守恒关系式P1＝P损＋P4.例3[2023·广东广州市联考](多选)某同学研究远距离输电的电路如图所示，a、b端接入电压为U0的交流电源，升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器，且n1n2＝n4n3.已知R1＝R2＝R3，三个电阻消耗的功率相同，A．升压变压器T1的匝数比为n1nB．电压表的示数小于U0C．若R1短路，电流表示数将变大D．若R3断路，电压表示数将减小[解题心得]针对训练4.如图所示为某高压变电所通过变压器向一工厂送电，输送电压为U，输送功率为P，导线电阻为R，下列说法正确的是()A．如果输送功率与导线电阻不变，输送电压变为原来的2倍，则损失功率变为原来的4倍B．如果输送功率与输送电压不变，导线电阻变为原来的2倍，则损失功率变为原来的1C．输送功率P的具体数值由工厂的用电情况决定D．输送功率P的具体数值由变电所决定，与工厂的用电情况无关5．[2023·广东华南师大附中高三测试]如图所示为某小型发电站高压输电示意图．发电站输出的电压U1不变；升压变压器输出电压为U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4.为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则()A．①为电流表，②为电压表B．U2>U3C．仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率减少D．凌晨时分，用户家的灯将变得更暗第2讲变压器电能的输送必备知识·自主落实一、1．铁芯线圈(1)交流电源初级(2)负载次级2．互感现象3．(1)U1U2=二、1.PUIRI22．(1)横截面积电阻率小(2)输电电压走进生活答案：(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)×(7)√关键能力·精准突破例1解析：根据理想变压器的变压规律有Un1＝0.1V1，代入U＝220V得n1＝2200，Um＝2U＝2202V，A错误；由功率与电压的关系得UBC＝PR＝12V，根据理想变压器的变压规律有Un1＝UBCnBC，代入数据解得nBC＝120，由欧姆定律得I＝UBCR＝1A，B错误；由以上分析结合题意可知UAB＝18V，UAC＝30V，变压器不改变交流电的频率，故f＝ω2π＝50Hz，C错误；由欧姆定律得I′＝UACR＝答案：D例2解析：设原线圈两端电压为U1，副线圈两端电压为U2，通过原线圈的电流为I1，通过副线圈的电流为I2，由理想变压器变压规律和变流规律可得，原、副线圈及定值电阻R1的等效电阻为R′＝U1I1＝n1n2U2n2n1I2＝n1n22U2I2＝n1n22R1；保持P1位置不变，将原、副线圈及电阻R1等效为一定值电阻，P2向左缓慢滑动过程中，R2接入电路的电阻减小，则整个电路的总电阻减小，由欧姆定律可知，回路中电流I增大，原线圈两端电压增大，又电源电压不变，故电压表示数U减小，A项错误；由于原线圈两端电压增大，由理想变压器变压规律可知，副线圈两端电压增大，故R1消耗的功率增大，B项正确；当P2位置不变，P1向下滑动时，n2减小，等效电阻R′增大，由欧姆定律可知答案：B1．解析：发电机线圈的转速为nz，输出交变电流的频率为f＝ω2π＝nz，B错误；线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的为正弦交流电，最大值为Em＝NBS·2π·nz，输出电压的有效值为E＝Em2＝2πNBSnz，A错误；变压器原、副线圈的匝数比为n1n2＝EU＝2πNBSnzU，C正确；发电机产生的瞬时电动势为e＝Emsinωt＝2πNBSnzsin答案：C2．解析：根据n1n2＝80%U1U2可得接收线圈的输出电压约为U2＝8V，A正确；由于存在磁漏现象，电流比不再与匝数成反比，B错误；变压器是不改变其交变电流的频率的，C答案：AC3．解析：若电网的电压为220kV，则n1∶n2＝220kV∶kV＝8∶1；若电网的电压为110kV，则n1∶n2＝110kV∶kV＝4∶1，A、B错误；若高铁机车运行功率增大，则牵引变电所副线圈输入功率增大，而副线圈电压不变，所以牵引变电所至机车间之间的电流增大，热损耗功率也会随之增大，导线电阻分压增大，机车工作电压将会低于25kV，C错误，D正确．答案：D例3解析：令R1＝R2＝R3＝R，T2变压器原、副线圈的电流分别为I3、I4，三个电阻消耗的功率相同，则有PR1＝I32R，PR2＝PR3＝I422R，则有I3I4＝12，根据理想变压器的匝数与电流的关系可得n4n3＝I3I4＝12，由题意可得升压变压器T1的匝数比为n1n2＝n4n3＝12，A错误；根据理想变压器的工作原理有U1U2＝n1n2，U3U4＝n3n4，又因为U3＝U2－I3R1，U1＝U0，则U4＝U0－n4n3I3R1＝U0－n4n32I4R1＝U0－n4n32U4R2R3R2+R3R1＝U0－12U4，解得U4＝23U0，电压表的示数U4小于U0，B正确；若R1短路，则U3＝U2，降压变压器的原线圈电压变大，副线圈的电压也将变大，从而使得降压变压器的电流I4增大，根据电流与变压器匝数的关系I3I4＝答案：BC4．解析：如果输送功率与导线电阻不变，输送电压变为原来的2倍，根据损失功率的公式得：P损＝PU2R，可知损失功率变为原来的14，故A错误；如果输送功率与输送电压不变，则输送电流不变，导线电阻变为原来的2倍，根据损失功率的公式得损失功率变为原来的2倍，故B错误；根据理想变压器的输入功率由输出功率来决定