江苏省徐州市王杰中学高三物理复习学案：《变压器、远距离输电》

变压器 变压器 远远距距离离输输电电 学习目标学习目标 班级 姓名 1 掌握变压器的基本构造和基本原理 2 掌握理想变压器的基本关系式及各物理量的决定关系 3 会利用输电线路的示意图解决远距离输电问题 知识梳理知识梳理 1 变压器 1 构造 由一个闭合铁芯和两组绕在闭合铁芯上的线圈组成 其中跟电源相连的 线圈叫原线圈 跟负载相连的线圈叫 副线圈 2 作用 在输送电能的过程中改变 电压 3 能量转换情况 变压器是把电能转化为 能又把 能 转化为电能的装置 4 原理 其工作原理是利用了 5 种类 自耦变压器 调压变压器 互感器 6 理想变压器 忽略原 副线圈的电阻 忽略原 副线圈磁通量的差别 忽略变压 器自身的能量损耗 因而理想变压器本身没有能量损失 即 等于 2 理想变压器的基本关系式 1 电压关系 理解 U1由电源决定 U2 由 U1和 n 决定 副线圈相当于一个新电源 当 n2 n1时 变压器为升压变压器 当 n2 n1时 变压器为降压变压器 有一个原线圈 多个副线圈时 总有 1 u1 u2 u3 n1 n2 n3 2 功率关系 即 U1I1 U2I2 U3I3 理解 P入由 P出决定 但 P入不能无限地变大 要受到发电机最大输出功率地限制 3 电流关系 理解 I1由 I2决定 有一个原线圈 多个副线圈时 有 n1I1 n2I2 n3I3 4 频率关系 变压器不改变交流电的频率 故有 f1 f2 3 远距离输电 远距离输电能时 在输电导线上 由于电流的 热 效应 必然有一部分电能转化 成内能 而损失掉 根据焦耳定律表达式 I2Rt 可知 可以有两种方法来减少送 电中的电能损失 一种是 另一种是 这 两种方法中 适用于远距离输电的是 即利用变压器提高送电的电 压 典型例题典型例题 例例 1 如图所示 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 u U0sin t 的交流电源 副线圈接一个 R 27 5 的负载电阻 若 U0 220V 100 Hz 则下述结论正确的是 2 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 1 s 100 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 变式训练变式训练 1 1 如图所示 一理想变压器原线圈接入一交流电源 副线圈电路中 R1 R2 R3和 R4均为固定电阻 开关 S 是闭合的 和为理 V1V2 想电压表 读数分别为 U1和 U2 和为理想电流表 读数分别为 I1 I2和 A1A2A3 I3 现断开 S U1数值不变 下列推断中正确的是 A U2变小 I3变小 B U2不变 I3变大 C I1变小 I2变小 D I1变大 I2变大 例例 2 如图所示 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为 n1 1760 匝 n2 288 匝 n3 8000 匝 电源电压为 U1 220V n2上连接的灯泡的实际功率为 36W 测得 初级线圈的电流为 I1 0 3A 求通过 n3的负载 R 的电流 I3 变式训练变式训练 2 2 收音机的变压器的初级线圈有 1210 匝 接在 U1 220V 的 交流电源上 变压器有两个次级线圈 次级线圈 的匝数为 35 匝 次级线圈 的匝数是 1925 匝 如果不计变压器自身的能量损耗 当变压器工作时 线圈 的电流是 0 3A 时 初级线圈的电流 I1 0 114A 求线圈 中电流和输出电压 电流的计算结果保留 3 位有效数 字 例例 3 交流发电机的路端电压是 220V 输出功率是 55KW 输电线电阻 0 4 问 1 如果不用变压器 导线上损失的电功率和电压各是多少 2 如果用变压器先将电压升高到 2200V 在输出功率不变的情况下 输电导线上损失的 电功率和电压又各是多少 变式训练变式训练 3 3 有条河流 流量 Q 2 m3 s 1 落差 h 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 R 30 允许损失功率为发电机的输出功 率的 6 为满足用电的需要 使用户获得 220 V 的电压 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 反馈练习反馈练习 1 理想变压器原副线圈的匝数比为 10 1 以下说法中正确的是 A 穿过原 副线圈每一匝磁通量之比是 10 1 B 穿过原 副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C 原 副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为 10 1 D 正常工作时 原 副线圈的输入 输出功率之比为 1 1 2 图为远距离高压输电的示意图 关于远距离输电 下列表述正确的是 A 增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B 高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C 在输送电压一定时 输送的电功率越大 输电过程中的电能损失越小 D 高压输电必须综合考虑各种因素 不一定是电压越高越好 3 如图中 a b 所示 当图中 a b 两端与 e f 两端分别加上 220 V 的交流 电压时 测得 c d 间与 g h 间的电压均为 110 V 若 分别在 c d 两端与 g h 两端加上 110 V 的交流电压 则 a b 与 e f 间的电压为 A 220 V 220 V B 220 V 110 V C 110 V 110 V D 220 V 0 4 如图所示 变压器的原 副线圈的匝数 比一定 原线圈的电压为 U1时 副线圈的输出电压为 U2 L1 L2 L3为三只完全相同的电灯 开始时 电键 K 开启 然 后当电键 K 闭合时 A 电压 U1不变 U2变大 B 电灯 L1变亮 L2变暗 C 电灯 L1变暗 L2变亮 D 原线圈中的电流变大 5 如图所示 一理想变压器 原线圈的匝数为 两个副线圈n 的匝数分别为和 变压器输入电压V 电压表和 1 n 2 ntUu m sin 1 V 的读数分别为和 变压器输入电流为 通过和的电流 2 V 1 U 2 UI 1 R 2 R 分别为和 变压器的输入功率为 和的电功率分别为和 1 I 2 IP 1 R 2 R 1 P 则下列式子正确的是 2 P A B C D 11 n n U Um 22 n n U Um 2 1 2 1 n n U U 21 III 21 PPP 6 下图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图 变压器输入电压是市电网的 电压 不会有很大的波动 输出电压通过输电线输送给用户 输电线的电阻用 R0表示 变 阻器 R 表示用户用电器的总电阻 当滑动变阻器触头 P 向下移时 A 相当于在增加用电器的数目 B V1表的示数随 V2表的示数的增大而增大 C A1表的示数随 A2 表的示数的增大而增大 D 变压器的输入功率在增大 7 如图所示为一理想变压器 原副线圈的匝数比为 n 原线圈接正弦交流电压 U 输出端接有一个交流电流表和一个电动机 电动机线圈电阻为 R 当输入端接通电源 后 电流表的示数为 I 电动机带动一质量为 m 的重物以速度 v 匀速上升下列判断正确 的是 A 电动机两端电压为 IR B 电动机消耗的电功率为 I2R mgv C 原线圈中的电流为 nI D 变压器的输人功率为 UI n 8 如图所示 理想变压器的原 副线圈匝数比为 1 5 原线圈两端的交变电压为 u 20 sin100 tV 氖泡在两端电压达到 100 V 时开始发光 下列说法中正确的有 2 A 开关接通后 氖泡的发光频率为 100 Hz B 开关接通后 电压表的示数为 100 V C 开关断开后 电压表的示数变大 D 开关断开后 变压器的输出功率不变 9 为保证用户电压稳定在 220V 变电所需适时进行调压 图甲为变压器示意图 保持输入电压不变 当滑动接头 P 上下移动时可改变输出电压 某此检测得到用户电压 1 u 随时间 t 变化的曲线如图乙所示 以下正确 2 u A1 V1V2 A2 P R0 R 10 3 4 的是 A Vtu 50sin 2190 2 B Vtu 100sin 2190 2 C 为使用户电压稳定在 220V 应将 P 适当下移 D 为使用户电压稳定在 220V 应将 P 适当上移 10 题图为一理想变压器 ab 为原线圈 ce 为副线圈 d 为副线圈引出的一个接头 原线 圈输入正弦式交变电压的 u t 图象如题图所示 若只在 ce 间接一只 Rce 400 的电阻 或 只在 de 间接一只 Rde 225 的电阻 两种情况下电阻消耗的功率均为 80W 1 请写出原线圈输入电压瞬时值 uab的表达式 2 求只在 ce 间接 400 的电阻时 原线圈中的电流 I1 3 求 ce 和 de 间线圈的匝数比 ce de n n 11 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 若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的 4 试求 1 在输电线路中设置的升 降压变压器原副线圈的匝数比 2 画出此输电线路的示意图 3 用户得到的电功率是多少 解析 输电线路的示意图如图 10 3 4 所示 输电线损耗功率 P线 100 4 kW 4 kW 又 P线 I22R线 输电线电流 I2 I3 20 A 原线圈中输入电流 I1 A 400 A 250 100000 1 U P 所以 20 1 400 20 1 2 2 1 I I n n 这样 U2 U1 250 20 V 5000 V 1 2 n n U3 U2 U线 5000 20 10 V 4800 V 所以 11 240 220 4800 4 3 4 3 U U n n 用户得到的电功率 P出 100 96 kW 96 Kw 例 1 答案 AC 变式训练 1 答案 BC 例 2 解析 由于两个次级线圈都在工作 所以不能用 I 1 n 而应该用 P1 P2 P3和 U n 由 U n 可求得 U2 36V U3 1000V 由 U1I1 U2I2 U3I3和 I2 1A 可得 I3 0 03A 变式训练 2 错解 错因 当变压器副线圈不止一个时 公式不再成立 1 3 3 1 n n I I 正解 不计变压器自身的能量损耗 由能量转化和守恒定律 P1 P2 P3 I1U1 I2U2 I3U3 例 3 解析 导线上损失的电功率和电压的计算 应根据公式 损 R 和 U损 IR 在 2 2 I 输电线电阻已知的情况下 求得电流 I 即可求出导线上损失的电功率和电压 答案 1 如果不用变压器 发电机的输出电流250AA 220 1055 U P 3 输 输 输 I 因为 I线 I输 250A 所以导线的热损耗功率为 P线 25KW0 4W250R 22 线线 I 导线上损失的电压 U线 I线R线 2500 4V 100V 2 若采用升压变压器 变压器输出电流为25AA 2200 1055 U P 3 输 输 输 I 同理可得 10VU0 25KW 线线 P 10 3 10 变式训练 3 解析 按题意画出远距离输电的示意图 13 1 4 所示 电源端的 输出功率 图 13 1 4 P总 t mgh 2 1 0 103 10 5 0 5 W 5 104 W 输电线上的功率损失 P损 I2R 所以输电线中电流为 I 30 06 0 105 60 4 R P R P 总损 10 A 则升压变压器 B1的原线圈电压 U1 U出 240 V 副线圈送电电压为 U2 10 105 4 I P总 V 5 103 V 所以升压变压器的变压比为 n1 n2 U1 U2 3 105 240 6 125 输电线上电压的损耗 U损 IR 10 30 V 300 V 则降压器 B2的原线圈的电压 U1 U2 U损 5 103 V 300 V 4700 V 据题意知 U2 220 V 所以降压变压器的匝数比为 n1 n2 U1 U2 220 4700 235 11 因为理想变压器没有能量损失 所以可正常发光的电灯盏数为 N 灯 损总 P PP 100 06 0 105105 44 470 9 发电机的端电压 220V 输出电功率为 44kW 输电导线的电阻为 0 2 如果用初 次级匝数之比为 1 10 的升压变压器升压 经输电线路后 再用初 次级匝数比为 10 1 的降压变压器降压供给用户 画出全过程的输电线路图 求用户得到的电压和功率 若不经过变压而直接送到用户 求用户得到的功率和电压 解析 1 线路图如图 10 3 所 10 所示 2 升压变压器次级的输出电压 V2200 1 1 2 2 U n n U 升压变压器次级输出电流 1 2 1 2 I n n I 升压变压器初级输入电流 由得 11I UP A 200A 220 1044 3 1 1 U P I 所以A 20A 22010 1044 3 12 1 2 Un Pn I 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 V4 2 RI