2019-2020学年高中物理 第三章 电路与电能传输 3 电能的传输学案 教科版选修1-1

3电能的传输1.知道电能的传输过程以及为什么要采用高压输电2.了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交流电的电压3知道变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系4.知道为什么要低压用电以及电网在能源利用上的作用 学生用书p31一、电能的传输过程发电厂升压变压器高压输电线降压变压器用电器等二、高压输电1在远距离输电过程中输电线路上的热损耗计算公式为qi2rt2减少电能输送时的损失，有两个途径(1)减小输电线的电阻；(2)减小输送电流3目前，远距离高压输电一般采用的高压为500 kv、220 kv、110 kv等三、变压器1结构：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的与电源相连的线圈叫原线圈，也叫初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈，也叫次级线圈2作用：能改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率3理想变压器的工作原理利用电磁感应来改变交流电压4理想变压器两个线圈的电压关系u1u2n1n25分类：可分为升压变压器和降压变压器四、低压用电1高压用电很不安全，因此，从发电厂高压输来的电，还须经降压变压器把电压降下来后再使用2目前，工、农业生产用电中，多采用380 v、220 v的电压变压器的原理和基本量的关系学生用书p32理想变压器(1)没有能量损失(铜损、铁损)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)变压器的原理如图所示，原线圈n1接交变电流，由于电流的变化在闭合铁芯中产生变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律可知，副线圈n2中产生感应电动势，输出不同于原线圈的电压. 基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率：p入p出电压关系原副线圈的电压比等于匝数比，公式：u1/u2n1/n2，与负载、副线圈的多少无关频率关系f1f2(变压器不改变交流电的频率)如图所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 v，额定功率为22 w；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正常发光若用u和i分别表示此时电压表和电流表的读数，则()au110 v，i0.2 abu110 v，i0.05 acu110 v，i0.2 adu110 v，i0.2 a解析由于灯泡正常发光，故灯泡两端电压即副线圈两端电压为u2220 v，通过灯泡的电流即副线圈中的电流为i20.1 a根据理想变压器电压关系u1u2n1n2，得u1110 v因理想变压器的初、次级功率相等，即u1i1u2i2，故i1i20.1 a0.2 a，故选a.答案a一理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，并接一个100 的负载电阻，如图所示(1)当原线圈接在44 v直流电源上时，电压表示数为_ v，电流表示数为_ a.(2)当原线圈接在220 v交变电源上时，电压表示数为_ v，电流表示数为_ a此时输入功率为_w，变压器效率为_解析：(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零(2)由得u2u1220 v44 v(电压表读数)i2 a0.44 a(电流表读数)p入p出i2u20.4444 w19.36 w效率100%.答案：(1)00(2)440.4419.36100%高压输电学生用书p331高压输送电能全过程的示意图如下2各量间的关系(1)功率关系：发电机输出功率p1，升压变压器的输出功率p2，降压变压器的输出功率p3，线路损失功率p.理想变压器满足：p1p2p3p.(2)电压关系：在输电电路中，输送电压u1，线路损失电压u，降压变压器的输入电压u2，满足u1uu2.(3)功率、电压、电流、电阻之间的关系输送功率p1、输送电流i、输送电压u1的关系：p1iu1.损失功率p、输送电流i、线路电阻r的关系：pi2r.采用高压输电，可有效的减少输电线路上的电能损失，但并不是电压越高越好，因为电压越高，导线会激发空气放电，且对变压器也有更高的要求，因此输电电压并不是越高越好发电机的路端电压220 v，输出电功率44 kw，输电导线的电阻为0.2 ，如果用初、次级线圈匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户求用户得到的电压和功率解析线路示意图如图所示升压变压器的输出电压u2u1220 v2 200 v升压变压器的输出电流i2 a20 a输电线路上的电压损失和功率损失分别为：uri2r200.2 v4 v，prir2020.2 w80 w降压变压器的输入电流和电压分别为i3i220 au3u2ur2 200 v4 v2 196 v降压变压器的输出电压和电流分别为：u4u32 196 v219.6 vi4i320 a200 a用户得到的功率为：p4i4u4200219.6 w4.392104 w.答案219.6 v4.392104 w随堂检测学生用书p331下列对于电能输送的说法，正确的是()a输送电能的基本要求是经济实惠b减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电c减小输电导线上电压损失的唯一方法是增大导线的横截面积d实际输电时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济要求等解析：选d.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济减小输电线上的功率损失可采用高压输电，也可采用减小输电线电阻，即增大导线横截面积的方法实际输电时，应综合考虑各种因素2下列关于变压器的说法中正确的是()a变压器是把电能通过磁场能再次转换成电能的装置b变压器的原、副线圈组成闭合回路c变压器的铁芯中产生交变电流d变压器的副线圈中产生直流电答案：a3远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比330 kv高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是()a可增大输电电流b可根据需要调节交流电的频率c可减少输电线上的能量损失d可加快输电的速度解析：选c.输电线上的功率损失pi2r，又pui，可得pr，c选项正确4下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是()a因为热功率p，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗b因为热功率piu，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗c因为热功率pi2r，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗d以上说法均不正确解析：选c.不能盲目看公式，要注意其物理意义的表达，在求热损耗时用p损i2r线或p热u线i线，也可用p，但u必须为输电线两端的电压5汽车等交通工具用电火花点燃汽油混合气，如图所示已知汽车蓄电池电压为12 v，变压器匝数之比为1100，当开关s闭合后，火花塞上电压为多少？开关s从闭合到突然断开这一过程，可为火花塞提供瞬时高电压，产生电火花蓄电池提供的是直流电，为什么变压器的副线圈也能得到高电压呢？答案：开关s闭合后，变压器原线圈中是恒定电流，铁芯中的磁通量不变，副线圈中没有感应电动势，火花塞上电压为零当开关从闭合到突然断开，铁芯中磁通量突然变小，副线圈会产生一个瞬时高电压(脉冲高电压可达104 v左右)，使火花塞产生电火花课时作业学生用书p85(单独成册)一、选择题1某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其中客观原因是电网陈旧老化近年来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低用电价格可采取的措施有()a提高输送功率b增大输送电流c提高输电电压d减小输电导线的横截面积解析：选c.减小输电损失就要减小电流，由piu可知，应提高输电电压2如图所示，可以将电压升高提供给电灯的变压器是()解析：选c.因为n2n1时，u2u1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；又变压器只能改变交流电压，而不能直接改变直流电压由题图可看出c选项正确3某电站用11 kv交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为r.现若用变压器将电压升高到220 kv送电，下列哪个选项正确()a因i，所以输电线上的电流增为原来的20倍b因i，所以输电线上的电流减为原来的c因p，所以输电线上损失的功率增为原来的400倍d若要使输电线上损失的功率不变，可将输电线的电阻减为原来的解析：选b.因为输送的功率一定，由i可知，当输送的电压增为原来的20倍时，电流减为原来的，所以选项a错b对选项c中，r是输电线的电阻，而u是输送的总电压，r与u不对应，所以p是错误的输电线上损失的功率一般用pi2r计算不容易出错从选项b中已经知道电流减为原来的，若p不变，则输电线的电阻可增为原来的400倍，所以d错4如图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 v40 w”当灯泡所消耗的功率都调至20 w时，哪种台灯消耗的功率最小()解析：选c.台灯的消耗功率是指包含灯泡和其他辅助器件的总功率由a、b、c、d四个选项分析可知：c选项中理想变压器功率损耗为零，电源输出的总功率(台灯消耗功率)只有灯泡的功率20 w而其他选项中，不论滑动变阻器是分压接法还是限流接法，滑动变阻器上总有功率损耗，台灯的消耗功率都大于20 w故c选项正确5输电线的电阻共计r，输送的电功率是p，用电压u输送电，则用户能得到的电功率为()apbprcp dr解析：选b.由关系ppp用，得p用pp，而损失功率pi2rr，所以b项正确6理想变压器工作时，原线圈输入与副线圈输出的物理量一定相同的是()a电压有效值b电流有效值c交变电流的频率d交变电流的功率解析：选cd.理想变压器的工作原理是电磁感应现象，理想变压器不消耗能量. 7理想变压器原、副线圈的匝数比为41，原线圈接在u311sin 100 t v的交流电源上，副线圈所接的负载电阻为11 ，则副线圈()a电流的有效值为5 ab电压的最大值为77.78 vc消耗的功率为275 wd消耗的功率为550 w解析：选abc.根据，得u2u1 v55 v，所以i2a5 a电压的最大值为55 v77.78 v，消耗的功率pi2r275 w.8如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少电路的发热损耗的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解析：选abd.根据pi2r可知，在电流i一定的情况下，减小电阻r可以减少电路上的电能损失，而r，所以增大输电线横截面积s有利于减少输电过程中的电能损失，a对；由公式pi2r可得，若设输送的电功率为p，则pr，可见，在输送电压u一定时，输送的电功率p越大，输电过程中的电能损失越大，c错误二、非选择题9如图所示，一理想变压器的原线圈接在电压为220 v的正弦交流电源上，两副线圈匝数分别为n216匝、n3144匝，通过理想二极管、单刀双掷开关与一只“36 v，18 w”的灯泡相连(灯泡电阻不变)，当开关接1时，灯泡正常发光，求(1)原线圈的匝数n1；(2)当开关接2时，灯泡两端电压的有效值解析：(1)由得n1880匝(2)开关接2时，有，解得u40 v，设交变电流的周期为t，则t，u20 v.答案：(1)880匝(2)20 v10发电厂输出的交流电压为2.2104 v，输送功率为2.2106 w