高考一轮复习学案：变压器　电能输送.doc

第3课时变压器电能输送基础知识归纳1.变压器(1)变压器的结构如图所示：闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成一个变压器.原线圈n1(又称初级线圈)与电源连接，副线圈n2(又称次级线圈)与负载连接，作为用电器的电源.(2)理想变压器的工作原理理想变压器：是种理想化模型，没有任何损耗，输入功率等于输出功率.工作原理：电磁感应理想变压器原、副线圈中具有完全相同的磁通量及磁通量的变化率.电压比和电流比电压比：由Un得单个副线圈，多个副线圈U1U2U3n1n2n3电流比：单个副线圈多个副线圈，由P1P2P3得U1I1U2I2U3I3n1I1n2I2n3I3(3)几种常见的变压器：自耦变压器、互感器.2.远距离输电(1)目的向远距离输送电能，且尽可能减少在输电线上的损失.(2)方法由P损I2R可知，要减小损失的电能可以有两种方法：减小输电导线的电阻.由于R，故可采用电阻率较小的材料，并加大导线的横截面积.这种方法的作用十分有限，代价较高，可适当选用.减小输电电流.由于I，P为额定输出功率，U为输出电压，增大U可减小I.这是远距离输电的一种常用的方法.(3)远距离输电的电路模式如图所示功率关系：P1P2P3P4P2P3P电压关系：U2U3U输电电流：I输电线上电压降和消耗的电功率UIR，PI2R注意：R为两根输电导线的总电阻.重点难点突破一、原、副线圈匝数不变时，理想变压器有哪些决定关系理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，怎样确定其他有关物理量的变化，可依据以下原则来判断.有三个决定关系：1.输入电压U1决定输出电压U2，即U2随着U1的变化而变化，因为U2U1，所以只要U1不变化，不论负载如何变化，U2不变.2.输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输出功率和输入功率相等，即P2P1.在输入电压U1不变的情况下，U2不变.若负载电阻R增大，则由公式P得：输出功率P2减小，输入功率P1也随着减小；反之，若负载电阻R增大，则输出功率P2增大，输入功率P1也随着P2减小.3.输出电流I2决定输入电流I1.在输入电压U1不变的情况下，U2不变.若负载电阻R增大，则由公式I得：输出电流I2减小，由P2P1知输入电流I1亦随着减小；反之，若负载电阻R减小，则输出电流I2增大，输入电流I1亦随着增大.二、理想变压器副线圈有一个和多个时的比例关系有何异同由一个原线圈和一个副线圈组成由一个原线圈和多个副线圈组成(以两个副线圈为例)电压关系电流关系功率关系P2P1或U1I1U2I2P1P2P3或U1I1U2I2I3U3频率关系f1f2三、变压器工作时能量损耗的来源有哪些变压器在工作时，实际上从副线圈输出的功率并不等于从原线圈输入的功率，而有少量的功率损耗，功率损耗的形式有三种：1.铜损：实际变压器的原、副线圈都是用绝缘铜导线绕制的，虽然铜的电阻率很小，但铜导线还是有一定的电阻，因此，当变压器工作时，线圈中就会有热量产生导致能量损耗，这种损耗叫铜损.2.铁损：变压器工作时，原、副线圈中有交变电流通过，在铁芯中产生交变磁通量，铁芯中就会因电磁感应产生涡流，使铁芯发热而导致能量损耗，这种在铁芯中损失的能量叫铁损.3.磁损：变压器工作时，原、副线圈产生的交变磁通量绝大多数通过铁芯，但也有很少一部分磁通量从线圈匝与匝之间漏掉，即有漏磁.这就使得通过原副线圈的磁通量并不相等，这漏掉的磁通量会在周围空间形成电磁波而损失一部分能量，这种损耗叫磁损.四、“提高电压，降低电流”是否与欧姆定律相矛盾不矛盾，欧姆定律是对纯电阻耗能元件成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由PIU，且P一定的条件下得出的结论，两者没有联系.五、高压输电是不是电压越高越好输电线上的电压损失，不但有导线电阻引起的电压损失，而且有电抗引起的电压损失，电抗造成的电压损失随电压的增大而增大，所以高压输电并非电压越高越好.另外，电压越高，对线路和变压器的技术要求就越高，线路的修建费用就会增多，所以实际输电时，综合考虑各种因素，依照不同的情况，选择合适的输电电压.典例精析1.变压器的决定关系【例1】理想变压器的原线圈连接一个电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示.在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则()A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小【解析】根据理想变压器原、副线圈上电压、电流的决定关系知：在输入电压U1不变的情况下，U2不变.当保持Q的位置不动，滑动头P向上滑动时，副线圈上的电阻增大，电流减小，故输入电流I亦随着减小，即电流表的示数变小，A错误，B正确；当保持P的位置不动，将Q向上滑动时，由知，副线圈上匝数增大，引起副线圈上电压增大，即副线圈上电流增大，故原线圈上的电流亦随着增大，故电流表的示数增大，C正确，D错误.【答案】BC【思维提升】一般由负载变化引起变压器各量的变化时，分析顺序为：负载变化副线圈电流变化原线圈电流变化，负载变化副线圈功率变化原线圈功率变化.【拓展1】如图所示，一只理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时开关S断开，当S接通时，下列选项正确的是( BCD )A.副线圈两端M、N的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大C.通过灯泡L1的电流减小D.原线圈中的电流增大【解析】由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端的输出电压不变.并联灯泡L2，总电阻变小，由欧姆定律IU2/R2知，流过R的电流增大，电阻上的电压降URIR增大.副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1I2U2，得I2增大，原线圈输入电流I1也增大.UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小.2.变压器的比例关系【例2】如图所示，变压器的输入电压U一定，两个副线圈的匝数是n2和n3.当把电热器接a、b，让c，d空载时，安培表读数是I2；当把同一电热器接c、d，而a、b空载时，安培表读数是I3，则I2I3等于()A.n2n3B.n3n2C.nn D.nn【解析】由变压比知：，由P2P1知，当电热器接a、b，让c、d空载时，有：I2U；当把同一电热器接c、d而a、b空载时，有：I3U，所以I2I3UUnn，故答案为C.【答案】C【思维提升】副线圈有多个时，变压比等于匝数比仍然成立，变流比不再与匝数比成反比，而要用原、副线圈功率相等去推导.若原线圈中有用电器时，不要把电源电压与原线圈电压搞混，错误利用电源电压去寻找比例关系，而要把原线圈所在电路当做一回路处理，原线圈相当于一非纯电阻用电器，其两端电压与副线圈电压的比值等于匝数比.2.高压输电【例3】某交流发电机输出功率为5105 W，输出电压U1.0103 V，假如输电线的总电阻R10 ，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U380 V.(1)画出输电线路的示意图，并标明各部分的符号；(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？(使用的变压器是理想变压器)【解析】(1)如图所示.(2)I1500 AP损5%5105 W2.5104 WP损IRI250 AI3 A所以【思维提升】远距离输电的分析方法：(1)首先画出输电电路；(2)以变压器为界划分好各个回路，对各个回路独立运用欧姆定律、焦耳定律和电功、电功率公式进行计算；(3)抓住联系各回路之间的物理量，如变压器两侧的功率关系和两端电压、电流与匝数的关系.【拓展2】“十一五”期间，我国将加快建设节约型社会，其中一项措施就是大力推进能源节约.远距离输电时尤其要注意电能的节约问题，假设某电站输送电压为U6 000 V，输送功率为P500 kW，这时安装在输电线路的起点和终点的电度表一昼夜里读数相差4 800 kWh，试求：(1)使用该输送电压输电时的输电效率和输电线的电阻；(2)若要使输电损失的功率降到输送功率的2%，试论述电站应该采用什么输电办法？【解析】(1)依题意输电电线上的功率损失为P损W/t(4 800/24)kW200 kW则输电效率：(PP损)/P(500200)/50060%因为P损I2R线，又因为PIU，所以IA，所以R线28.8 (2)应该采用高压输电的办法.设升压至U可满足要求，则输送电流：IP/U500 000/U A输电线上损失的功率为P损I2R损P2%10 000 W则有：(500 000/U)2R线10 000得UV2.68104 V 易错门诊【例4】有条河流，流量Q2 m3/s，落差5 m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻R30 ，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电需求，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V，100 W”的电灯正常发光？【错解】设水的密度为，电源端输出功率P输出50%Qgh50%5104 W，由题意知P损6%P输出6%5104 W3 000 W，而P损，所以U2300 V【错因】计算与远距离输电有关的线路功率损耗问题时，没有注意不同公式中各物理量的对应关系，如P损I2R线改为P损时，U应是输电导线两端的电压，而不是输电电压.如此题中在求升压变压器中的输出电压时，P损6%P输出6%5104 W3 000 W，而P损，从而求出U2300 V的错误结论.【正解】将水流的机械能转换为电能，实现远距