高中物理功能关系 机械能守恒定律及应用

1、变压器 远距离输电 一、变压器：各种用电器的额定工作电压可以各不相同，各种发电机的输出电压相差很大，为了能够实现电压的改变，以适应各种不同的需要，在交变电流中的变压器就起到了这种作用，变压器是改变交流电压的设备。1、变压器的构造单相变压器示意图及其在电路图中的符号（见图） 闭合铁心原线圈（初级线圈）n1匝副线圈（次级线圈）n2匝U1：输入电压U2：输出电压说明：使用闭合铁心，使原线圈产生的交变磁场几乎全部集中在铁心中，因而变压器工作时能量损失很小，特别是大型变压器，能量传输效率可达9799.5%，为了研究问题的方便，人们常常不考虑其损失，这种变压器叫做理想变压器。变压器的副线圈与原线圈电路不通

2、，通过磁路联系。2、工作原理电磁感应原理是变压器工作的基础。U1I1变化的磁场 U2电能磁场能电能3、理想变压器的工作规律（1）电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原副线圈中具有相同的/t，根据法拉第电磁感应定律有：E1=n1/t，E2=n2/t，所以E1：E2=n1：n2（2）电压关系：因为不计原副线圈的电阻，因而U1=E1，U2=E2，所以U1：U2=n1：n2输出电压U2由输入电压U1决定。（3）功率关系：由于不计各种能量损失，输入功率等于输出功率 P1=P2输入功率P1由输出功率P2决定。（4）电流关系：由P1=P2得U1I1=U2I2，所以I1：I2=n2：n1输入电流I1由输出电流

3、I2决定。4、几种常用的变压器（1）自耦变压器。（2）互感器。利用变压器可以把高电压变为低电压、大电流变为小电流进行测量，既能保证测量人员的安全，同时解决了电表量程较小的矛盾。二、电能的输送：人们常把各种形式的能（如水流能，燃料的化学能，原子能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输。1、任何电线都有电阻，都存在功率损失和电压损失。功率损失：P=I2R， 电压损失：U=IR，2、减小损失的方法： 其中减少I方法最有效：有可行性，因为QI2，电流对能量损失的影响最大，在输电功率一定的情况下，由P=UI得，利用高压输电可减少I。3、输电线路： U2：U1=n2：n1P2P1 （即I

4、2U2I1U1）U2=U'+U3I=I2=I3U3：U4=n3：n4P4P3P4=I42R4例题例1、有一降压变压器，它的输入电压最大值为220V，另有一负载，当它接在22V直流电源上时，消耗功率为P，若使它接在上述变压器的次级电路中，消耗 的功率，则此变压器原、副线圈的匝数比为（ ）A、14：1 B、1：14 C、10：1 D、1：10分析：设负载电阻为R，直流电压U0=22V，变压器次级电压的有效值为U2，则由题意知 。两式相比，得 。而变压器初级电压的有效值为 。因此，该变压器原副线圈的匝数比为 。答案：C。例2、如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1=1100匝，接

5、入电压U1=220V的电压中。 （1） 要求在两组副线圈上分别得到电压U2=6V，U3=110V，他们的匝数分别是多少？ （2） 两组副线圈上分别接上“6V、20W”、“110V、60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？ 分析：第（1）问，根据电压与匝数的正比关系即得：第（2）问，应根据原、副线圈功率相等的关系计算。解：（1）根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由 ，得 （2）设原线圈输入电流为I1，由P入=P出，即 I1U1=I2U2+I3U3=P2+P3 。例3、一台降压变压器原副线圈匝数比为4：1，供一照明电路用电，原线圈所加交变电压U1=1410sin100tV，照明电路连接导线的

6、总电阻R=1.0，问能使多少盏“220V，40W”的电灯正常发光。分析：供电示意图如图所示，要使用电器正常工作，必须使用电器两端电压达到其额定值220V。解：由电源电压U1=1410sin100tV，得加在原线圈上电压的有效值 。 根据变压器公式 ，所以副线圈两端的电压 。此时由副线圈作为“电源”，对电灯供电，设共需并联n盏电灯，每灯正常发光时的电流为 。根据欧姆定律，由U2=nI0R+U0，得 例4、某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104W，电厂输出电压仅350V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4，允许损失

7、的功率为输送功率的5%，求用户所需电压为220V，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？分析：依题意远距离输送电能电路如图所示，导线损失的电能转化为热能，所以据电功率的知识可求出，输送导线中的电流，据理想变压器原理和能量守恒，可算出升压变阻器的输出电压和降压变压器输入电压，就能解决该题中提出的问题。 解：由电路中损失功率 得输电线路中电流为 升压变压器输出电压为 据理想变压器原理得升压变压器的初、次级的匝数比为 降压变压器输入功率为 所以降压变压器初级电压 降压变压器的匝数比为 例5、一小型水力发电站水坝落差h=5m，流量q=1m3/s，发电机组总效率=50%，机端输出电压350V，为

8、了向离电站较远处的用户供电，采用先升压、再降压的办法，设输电总电阻R线=4，允许输电线电热损失功率为电站输出功率的5%，用户需要电压220V，试计算升压变压器、降压变压器的匝数比。g=10m/s2。分析：水电站是依靠从高处落下的水冲击水轮机，由水轮机带动发电机向外供电的，能的转化方式是高处水的重力势能转化为电能，已知落差、流量和发电机组效率，即可算出发电机的输出功率，这些功率通过升压变压器输电线降压变压器送给用户时，仅在输电线上有能量损失。根据输电线损失功率的百分比和输电线电阻，可算出通过输电线上的电流，于是匝数比也就可算出。解：由题中条件得1s内水做功 即水流功率 发电机输出功率 。升压变压器的输入电流（即原线圈电流）为 。升压变压器的输出电流（即副线圈电流）等于输电线中的电流，根据输电线中的电热损失限制得 。根据变压器公式知升压变压