2019-2020学年高中物理 第4章 远距离输电本章优化总结学案 鲁科版选修3-2

1 本章优化总结本章优化总结 学生用书 p57 变压器问题 学生用书 p57 1 变压器电路的动态分析问题 1 匝数比不变的情况 如图甲所示 不变 负载r变化 n1 n2 u1不变 根据 知 输入电压u1决定输出电压u2 不论负载电阻r如何变化 u1 u2 n1 n2 u2都不变 当负载电阻r发生变化时 i2变化 输出电流i2决定输入电流i1 故i1发生变 化 i2变化引起p2变化 p1 p2 故p1发生变化 2 负载电阻不变的情况 如图乙所示 改变 负载r不变 n1 n2 u1不变 发生变化 故u2发生变化 n1 n2 负载电阻r不变 u2改变 故i2发生变化 根据p2 p2发生变化 再根据p1 p2知p1变化 p1 u1i1 u1不变 故i1发 2 生变化 2 变压器原线圈中有用电器的问题 变压器的电压关系中的u1和功率关系中的p1是 指原线圈的端电压和输入功率 原线圈中有用电器时要注意区分电源电压和原线圈的端电 压 3 有两组以上副线圈的变压器问题 由互感现象可知 对有两组以上副线圈的变压器 由于通过每个线圈的磁通量变化率相同 所以 即u1 u2 u3 n1 n2 n3 由 u1 n1 u2 n2 u3 n3 能量守恒可知p出 p入 即p1 p2 p3 则u1i1 u2i2 u3i3 可求得n1i1 n2i2 n3i3 4 铁芯中磁路有分支的变压器问题 先确定哪是原线圈哪是副线圈 再分析磁通量分 配关系 结合法拉第电磁感应定律分析计算 切忌生搬硬套 u1 u2 n1 n2 1 如图甲所示 理想变压器铁芯上绕有a b c三个线圈 匝数比为 na nb nc 4 2 1 在线圈b和c的两端各接一个相同的电阻r 当线圈a接交流电源 时 交流电流表 a2的示数为i0 则交流电流表 a1的示数为 2 如图乙所示 日 字形变压器中有两组线圈ab cd 它们的匝数之比为 n1 n2 2 1 若在ab两端输入 220 v 的交变电压 则cd两端的输出电压为 v 若在cd两端输入 110 v 的交变电压 则ab两端的输出电压为 v 解析 1 由 和ic 得ic 0 5i0 再利用关系式naia nbib ncic 即 uc ub nc nb uc r 4ia 2i0 1 0 5i0 得ia 0 625i0 即电流表 a1的示数为 0 625i0 2 当在ab两端输入交变电压时 线圈n1中的磁通量发生变化 由于左侧铁芯的存在 通过线圈n2的磁通量始终只为线圈n1中的一半 因此这时ab cd两端电压的关系应为 所以cd两端的输出电压为 55 v 同理 当在cd两端输入交变电压时 cd ab uab ucd 2n1 n2 两端电压的关系应为 所以ab两端的输出电压为 110 v ucd uab 2n2 n1 3 答案 1 0 625i0 2 55 110 例 1 题第 1 问中如果用电流与线圈匝数成反比的关系来解 由 得出ia 0 5i0 ia ib nb na 就错了 应该注意到变压器有两个副线圈 电流的反比关系不成立 但电压与线圈匝数成 正比的关系还是成立的 应先根据这一关系求出线圈c两端的电压 再根据条件求出c中 的电流 1 如图所示 两种情况下灯泡 l2 l3的功率均为p 且 l1 l2 l3为 相同的灯泡 匝数比n1 n2 3 1 假设灯泡电阻恒定 则图甲中 l1的功率和图乙中 l1的 功率分别为 a p p b 9p p 4 9 c p 9p d p 9p 4 9 9 4 解析 选 b 本题的易错之处是 因不能看透 l1与原线圈的连接方式而导致不能正确选 择计算题中图甲 乙中 l1的功率的公式 设灯泡的电阻为r 额定电流为i 根据 u1 u2 及u2 ir得u1 3ir 根据功率关系得u1i1 2i2r 解得i1 i 故题图甲中灯泡 l1的 n1 n2 2 3 功率pl1 又p i2r 解得pl1 9p 题图乙中 l1的功率p l1 i r 又p i2r 解 2 1 得p l1 p 选项 b 正确 4 9 远距离输电问题 学生用书 p58 处理远距离输电问题时 应根据具体问题画出类似于如图所示的输电线路示意图 抓 住输电的两头 电源和用电器 分析一条线 输电线 研究两次电压变换 升压变 换和降压变换 分析方法 1 理清 三个回路 如图所示为远距离输电的简化电路原理图 我们可以把它划分为三个回路 即图中所 示的回路 1 回路 2 和回路 3 4 2 抓住 两个联系 在上图中 理想升压变压器联系了回路 1 和回路 2 由变压器原理可以得到线圈 1 匝数为n1 和线圈 2 匝数为n2 中各相关量之间的关系 p1 p2 u1 u2 n1 n2 i1 i2 n2 n1 理想降压变压器联系了回路 2 和回路 3 由变压器原理可以得到线圈 3 匝数为n3 和线圈 4 匝数为n4 中各相关量之间的关系 p3 p4 u3 u4 n3 n4 i3 i4 n4 n3 3 掌握 一个能量守恒关系 远距离输电过程中 在回路 2 的输电线上会损耗一小部分电功率 剩余的绝大部分电 功率通过降压变压器和回路 3 输送到用户供其使用 整个输电过程中的功率关系为p用 p 总 p损 此外 在求解远距离输电的相关问题时 我们还应熟练掌握以下两点 电压损失 u i线r线 主要原因是输电线有电阻 功率损失 p损 ir线 2 线 u2 r线 某交流发电机输出功率为 5 105 w 输出电压为u 1 0 103 v 假如输电线 的总电阻r 10 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u用户 380 v 1 画出输电线路的示意图 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 画出输电线路的示意图如图所示 5 2 i1 500 a p u p损 5 p 5 5 105 w 2 5 104 w p损 i r i2 50 a 2 2 p损 r i3 a 1 25 103 a p用户 u用户 p p损 u用户 4 75 105 380 所以 n1 n2 i2 i1 50 500 1 10 n1 n2 i3 i2 1 25 103 50 25 1 答案 1 见解析 2 1 10 25 1 解决远距离输电问题的基本方法 1 首先画出远距离输电的电路图 并将已知量和待求量写在电路图中的相应位置 2 以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路 每个回路都可以用欧姆定律 串并联电路的特点和电功 电功率的公式等进行计算 联系各回路的桥梁是原 副线圈电 压 电流与匝数的关系及输入功率和输出功率的关系 2 如图所示 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组成的用户 发电机输出功率是 120 kw 输 出电压是 240 v 升压器原 副线圈的匝数之比为 1 25 输电线的总电阻为 10 用户 需要的电压为 220 v 则 1 输电线上损失的电功率为多少 2 降压变压器原 副线圈的匝数比为多少 解析 1 根据理想变压器的变压规律 得 u1 u2 n1 n2 输电电压 u2 u1 240 v 6 000 v n2 n1 25 1 输电电流 i2 a 20 a p u2 120 103 6 000 输电线上损失的功率 p i r 202 10