人教版选修11 变压器 高压输电 第1课时 学案.docx

3.4变压器 3.5高压输电 学习目标：1.了解变压器的结构和工作原理2.探究分析理想变压器的理想化模型及功率传输规律3.理想变压器的变压和变流规律4.熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题重点：进一步理解变压器原理及规律难点：熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题预习导学：【课堂点拨与交流】照明灯电压-220伏机床上照明灯-36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压-几万伏远距离输电-几十万伏电视机显像管却需要10000v以上电压交流便于改变电压，以适应各种不同的需要变压器就是改变交流电压的设备一、变压器的构造（1）闭合铁芯 （绝缘硅钢片叠合而成）（2）原线圈（初级线圈）：其匝数用n1表示（3）副线圈（次级线圈）：其匝数用n2表示（4）输入电压：u1; 输出电压：u2.2.电路图中符号3、铁芯与线圈互相绝缘，变压器副线圈和原线圈电路是否相通？ 4、变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压u1后，副线圈电压u2是怎样产生的？二、理想变压器的变压规律【实验探究】探究变压器两个线圈的电压关系：实验步骤：1 把可拆式变压器的一个线圈作为原线圈，连接到学生电源的交流输出端，另一个线圈作为副线圈，可不接负载。2 闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量两个线圈两端的电压，测量完毕断开学生电源的开关。3 改变学生电源的电压设置，重复以上实验。4 改变原、副线圈的匝数，重复以上实验。n1（匝）n2（匝）u1（v）u2（v）记录数据的表格：请同学们根据实验数据讨论：1 变压器的原线圈、副线圈的电压与两个线圈的匝数之间有什么关系？试写出它们之间的关系式。2 要使电压经过变压器后电压升高，副线圈的匝数比原线圈的匝数多还是少？若要使电压降低呢？【例1】一理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100的负载电阻。（1）当原线圈接在44v直流电源电源上时，副线圈两端电压表示数为_v,副线圈中电流表示数为_a.（2）当原线圈接在220v交变电源上时，电压表示数为_v，电流表示数为_a。三、变压器的工作原理原线圈通以变化的电流时,会产生变化的磁场,变化的磁场沿铁芯传导至副线圈的螺线管内，导致副线圈内的磁通量变化，线圈内产生感应电动势及感应电流。若给原线圈接直流电，副线圈中会产生感应电流吗？为什么？小结：1.变压器的结构和工作原理2.理想变压器的理想化模型及功率传输规律3.理想变压器的变压和变流规律四、远距离高压输电1解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图5所示，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置图52分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源3综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒：p1u1i1u2i2p用户ppirp用户u3i3u4i4.(2)电路知识：u2uu1ui2r.(3)变压器知识：.其中pir，ui2r往往是解题的切入点例3某发电站通过燃烧煤来发电发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kw，输出电压是240 v，升压变压器原、副线圈的匝数之比为125，输电线的总电阻为10 ，用户需要的电压为220 v则：(1)输电线上损耗的电功率为多少？(2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？答案(1)4 000 w(2)解析(1)根据理想变压器的变压规律得输电电压u2u1240 v6 000 v输电电流i2 a20 a输电线上损失的功率p损ir20210 w4 000 w.(2)输电线上损失的电压u损i2r2010 v200 v降压变压器原线圈两端的电压u3u2u损6 000 v200 v5 800 v根据理想变压器的变压规律得：远距离输电问题分析例4一台发电机最大输出功率为4000kw，电压为4000v，经变压器t1升压后向远方输电，输电线路总电阻r线1k，到目的地经变压器t2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220v,60w)若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器t1和t2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()at1原、副线圈电流分别为103a和20abt2原、副线圈电压分别为1.8105v和220vct1和t2的变压比分别为150和401d有6104盏灯泡(220v,60w)正常发光答案abd解析根据题意画出输电线路示意图如图所示对升压变压器有p1u1i1，可知i1103a，由输电线上消耗的功率pir线400kw，可知输电线上电流为i220a，a项正确；t1的变压比为i2i1150；根据pu2i2得u22105v，输电线上电压ui2r线20000v，则副线圈输入电压为u3u2u线1.8105v，又灯泡正常发光，可知副线圈电压u4220v，b项正确；t2的变压比为n3n4u3u41.8105220，c项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率p3p4u3i260wn，解得n6104，d项正确.课堂练习：1_现象是变压器工作的基础原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变磁通量，不仅穿过_也穿过_，则副线圈中就要产生_尽管原、副线圈没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈答案：互感 原线圈 副线圈 感应电动势2原、副线圈的电压之比等于两个线圈的_，公式表示为_如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为_；如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为_答案：匝数之比 降压变压器 升压变压器3一个理想变压器,原线圈输入220 v电压时,副线圈输出电压为22 v,若副线圈增加100匝后输出电压增加到33 v,则变压器原线圈匝数为_匝【答案】2 0004一个电压互感器的变压比为101,副线圈接入交流电压表的示数为220 v,则所测高压电路中的电压为_ v【答案】2 2005如图所示的理想变压器,它的初级线圈接在交流电源上,次级线圈接一个标有“12 v 100 w”的灯泡,已知变压器初、次级线圈的匝数比为181,那么小灯泡正常工作时,图中的电压表的读数为_ v, 电流表的读数为_ a【答案】216 0466关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )a通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变b穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等c穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势d原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案：c 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积s不变，故磁通量变化，a错误；因理想变压器无漏磁，故b错误；由互感现象知c正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故d错误7对理想变压器，下列说法中正确的是( )a原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大b原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大c原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化d当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零答案：ab 理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故a、b正确，c、d错误 作业：1某变电站用原、副线圈匝数比为n1n2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是( )图1a原、副线圈电压比为n2n1b原、副线圈电流比为n1n2c原、副线圈电压比为n1n2d变压器的输入功率与输出功率的比为n1n2答案：c 电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比2如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 v,60 w”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )图2a电流表的示数为 ab电源输出功率为1 200 wc电流表的示数为 ad原线圈端电压为11 v答案：c 因为灯泡正常发光所以副线圈中的电流i2 a a根据公式得i1i2 a a，即电流表的示数应为 a，故a错，c对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由p入p出可得电源的输出功率为60 w，故b选项错误；根据公式，得u1u2220 v4 400 v，故d选项错误点评 变压器的基本规律(1)电压关系：只有一个副线圈时或当有多个副线圈时(2)功率关系：p入p出：只有一个副线圈时，p1p2当有多个副线圈时p1p2p3(3)电流关系：只有一个副线圈时，由p1p2知，i1u1i2u2，得，即当有多个副线圈时，由p1p2p3知i1u1i2u2i3u3，得i1n1i2n2i3n33某变压器原、副线圈匝数比为559，原线圈所接电源电压按如图3所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )图3a输出电压的最大值为36 vb原、副线圈中电流之比为559c变压器输入、输出功率之比为559d交流电源电压有效值为220 v，频率为50 hz答案：d 由题图知原线圈电压最大值为220 v，周期t2102 s，故电压有效值为220 v，频率为50 hz；由，得输出电压的最大值为36 v，原、副线圈电流之比为955，输入、输出功率应相等，所以正确答案为d.点评 变压器的电压关系、电流关系是各物理量的有效值(或最大值)间的关系，例如公式中，若u1是有效值则u2就是有效值，若u1是最大值则u2就是最大值4如图4所示，m、n为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是( )图4a在乙图中，线圈n4的导线一定比线圈n3的导线粗b甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表c甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表d甲、乙两图中的电表均为交流电流表答案：c 电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多点评 甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量5正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上一定相等的是( )a电流的频率 b端电压的峰值 c电流的有效值 d电功率答案：ad6用一理想变压器向一负载r供电，如图1所示,当增大负载电阻r时,原线圈中的电流i1和副线圈中的电流i2之间的关系是( )ai2增大,i1也增大 bi2增大,i1却减小ci2减小,i1也减小 di2减小,i1却增大【答案】c7如图示为一理想变压器和负载电阻r,下列哪些做法可增加变压器的输入功率( )a只减少副线圈匝数 b只减少原线圈匝数c只增加副线圈匝数 d只减小r的阻值【答案】bcd8一台理想变压器的原、副线圈匝数比为41,若原线圈加上u=1 414sin100t v的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是( )a.250 v b.353.5 v c.499.8 v d.200 v【答案】a9如图5所示，自耦变压器输入端a、b接交流稳压电源，其电压有效值uab100 v，r040 ，当滑动片处于线圈中点位置时，c、d两端电压的有效值ucd为_v，通过电阻r0的电流有效值为_a.图5答案:200 5解析：由理想变压器公式 得ucduab2100 v200 v，又由i2 a5 a.点评 自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全变压器的规律都适用于自耦变压器10输电线上功率损失图11为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器t的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在t的原线圈两端接入一电压uumsin t的交流电源，若输送电功率为p，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()图11a() b()c4()2()2r d4()2()2r解析原线圈电压的有效值：u1，根据可得u2 ，又因为是理想变压器，所以t的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率p，所以输电线上的电流i，输电线上损失的电功率为pi22r4r，所以c正确，a、b、d错误。答案c11输电的几个关系(多选)在如图12所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()图12a升压变压器的输出电压增大b降压变压器的输出电压增大c输电线上损耗的功率增大d输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析发电厂的输出电压不变，升压变压器输出的电压u2应不变，a错误；输电线电流i会随着p的增大而增大，输电线电压损失u损ir也增大，所以降压变压器的初级电压u3u2u损减小，则降压变压器的输出电压减小，b错误；输电线功率损失p损i2rr，因p变大，所以p损变大，c正确；，因p变大，所以比值变大，d正确。答案cd12远距离输电与传感器结合(多选)如图13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，则下列说法中正确的有()图13a降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 hzb