2018版高中物理第4章远距离输电习题课变压器的应用及远距离输电问题学案鲁科版

1、第4讲 习题课变压器的应用及远距离输电问题目标定位1.进一步理解变压器原理及规律.2.熟练应用变压器原、副线圈的决定因素解决动态分析问题.3.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.h预习导学上椅理识记点拨1 .理想变压器原、副线圈的三个关系:U2ni I- -靠'Ir肾一个副线圈2 .输电线上的功率损失 P-=12R线,输电线上的电压损失A U= IR线.3 .减小输电线路上功率、电压损失的途径：减小输电线的电阻、减小输电导线中的电流(即提高输电电压).4 .远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电，在用电区域通过降

2、压变压器降到所需的电压.f课堂讲义宣理一深化二探究、理想变压器中的规律分析1 .功率关系:2 .电压关系:P人=P出.uU!3=nin2n33 .电流关系：若只有一个副线圈11山 =12 n1若有多组副线圈 ml 1=山12+13+5 .变压器不改变频率6 .原、副线圈的地位(1)原线圈在原线圈回路中所处的地位是充当负载.(2)副线圈在副线圈回路中所处的地位是充当电源.【例1 如图1甲所示，左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R= 55a ,魅、为理想电流表和理想电压表.若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V,下列表述正确的是()A.电流表的示数为 2AB.原、副线

3、圈匝数比为1 ： 2C.电压表的示数为电压的有效值D.原线圈中交变电压的频率为100Hz答案 AC解析 由题图乙可知原线圈两端电压的有效值,U ni广 ，八一一、，U = 220V，由UTE,可得原、副线圈匝数N比ni U 220V-=- = -TTT；= 2 ： 1,故B错误；电流表本数与电压表本数都为有效值，故 C正确；电流表不 n2 u> 110V、.， U 11011数I =RT 5a= 2A,故A正确；由题图乙可知T=0.02s，所以交变电压的频率为f=T=屈Hz= 50Hz, D 错误.针对训练1如图2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=U

4、0sin co t的交流电源，副线圈接一个 R= 27.5 Q的负载电阻.若U0 = 2202V,=100兀rad/s , 则下述结论正确的是()图2A.副线圈中电压表的读数为55VB.副线圈中输出交变电流的周期为74s100兀C.原线圈中电流表的读数为0.5AD.原线圈中的车入功率为110 ,2W答案 AC解析 原线圈电压有效值为U= 220V,电压表t实数为 12=|°V= 55V,周期T= "=Ls,副4w 50线圈中电流I2 = U2=2A,原线圈中电流I1 = )=0.5A,P= I1U= 110W.R4二、理想变压器电路的动态问题分析1.首先明确变压器各物理量间

5、的制约关系(1)输入电压U决定输出电压 U2：变压器原、副线圈匝数n1、n2确定，U便决定了 U2,与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线圈无关.(2)输出功率P2决定输入功率R:即用多少送多少.(3)输出电流I2决定输入电流Ii： U2与负载电阻R通过欧姆定律决定输出电流 I2的大小，由Iin2=-I 2/E I i 的大小. ni2.分清动态变化中哪个量变化，结合串、并联电路的特点，欧姆定律及变压器各物理量间因果关系来依次确定其他量变化.【例2】如图3所示，理想变压器原线圈输入电压u=Usin cot,副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别

6、用U1和U表示；®和是理想交流电流表，本数分别用Ii和I2表木.下列说法正确的是 ()图3A. I i和I 2表小电流的瞬时值B. Ui和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中，L2不变、Ii变大D.滑片P向下滑动过程中，L2变小、Ii变小答案 C解析 交流电表测量的是交变电流的有效值，故A、B皆错误；由于理想变压器的输出电压L2m , ,、一，一L2 .=1U与负载无关，即滑片P下滑时L2不变，故D错误；由IiU = 知R减小时Ii变大，故 niR+ RC正确.针对训练2如图4所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，开始时开S是断开的.现将开关 S闭合，则图中

7、所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是A.Vi、V2的示数不变，Ai的示数增大，A2的示数减小，P入增大B.Vi、V2的示数不变，Ai、A2的示数增大，P入增大C. Vi、*的示数不变，A、A2的示数减小，P入减小D. Vi的示数不变，V2的示数增大，Ai的示数减小，A2的示数增大，P入减小答案 B解析 电压表Vi的示数由输入电压决定；电压表上的示数由输入电压 U(大小等于电压表 Vi一 一，, ni ，一. 一一一 一.的小数)和匝数比一决定；电流表A2的本数即I2由输出电压 U(大小等于电压表 V的小数)和负 n2载电阻R负决定；电流表A的示数即I1由变压器的匝数比n2和输出电流I2决

8、定；P入随P出而变 化，由P出决定.因输入电压不变，所以电压表M的本数不变；据公式 U2="nU,可知U也不变，即电压表V2的本数不变；又据I2=m知，S闭合后R负减小，故I2增大，电流表A2的小数 R增大；输入电流Ii随输出电流I 2而增大，故电流表 A的示数增大；因 P出=U2I2,故P出增大;P入随P出变化，故P入也增大.可见本题的正确选项为B.三、远距离高压输电中的损耗问题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.升压生压器降压变压器图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

9、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(I)能量守恒：R=UIi=l2l2= P 用户 + AP 2 .AP= I2RP 用户=U313 = 1414.(2)电路知识：U2=AU+ UAU= I2R UI I2 ni(3)变压器知识：-=；-="1211n2U3 I 4 n3U413 n4.其中AP= I2R, AU= 12R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1 ： 25,输电线的总电阻为 1

10、0 Q ,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？290答案 (1)4 000 W (2)彳1解析(1)根据理想变压器的变压规律U m一=一12n2得输电电压n225U2 = U = -X 240 V = 6 000 V n11P输电电流I 2U23120X 106 000A = 20 A输电线上损失的功率 P损=12r = 202X 10 W= 4 000 W.(2)输电线上损失的电压U®= 12r = 20X 10 V =200 V降压变压器原线圈两端的电压U=UU损=6 000 V - 200 V= 5 80

11、0 V根据理想变压器的变压规律得:n3 U3 5 800 V 290 n4=U4= 220 V = TP菱对点练习叁巩固应用反馈变压器基本规律的应用1.如图6所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1=1 100匝，接电压U = 220 V的交流电,副线圈接“ 20 V 10 W'的灯泡，灯泡正常发光，可知 ()图6A.副线圈的匝数 n2=200匝B.副线圈中的电流12=0.5 AC.原线圈中的车入功率为10 WD.原线圈中的电流11 = 0.1 A答案 BC解析 由于理想变压器的电压比等于匝数比，副线圈匝数n2 = 100匝，A错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为

12、10 W,C正确;由功率P= UI可得副线圈中的电流I2= 0.5 A ,原线圈中的电流I1 = "I2=0.045 A ,n1B正确,D错误.变压器电路的动态问题分析2.如图7所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使A.原线圈匝数m增加B.副线圈匝数年增加C.负载电阻R的阻值增大D.负载电阻R的阻值减小图7答案 BDU1 n1解析 由？T=一,U2 n2U2P出一可得P出=Jn2n2R又因为P入=P出,所以P入=Jn2n2R分析可得选项B、D正确.u=20 ：2A.开关接通后，窗泡

13、的发光频率为3.如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1 : 5,原线圈两端的交变电压为sin (100 nt) V .氤泡在两端电压达到100V时开始发光.下列说法中正确的有(B.开关接通后，电压表的示数为100V升压变压器降乐变压器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答案 AB解析 变压器不能改变交变电流的频率，T= " = 72 s = 0.02s , f =1.= 50Hz.因为一个周3100 7t期内就泡发光2次，故开关接通后，窗泡的发光频率为100Hz, A项正确；电压表的示数是有效值，.20. 2U1 = 4V= 20V,U = U=

14、100V, B项正确； ni不论开关是否断开，电压表示数不变，C项错误；开关断开后，变压器的输出功率减小，D项错误.远距离输电问题分析4. 一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器Ti升压后向远方输电，输电线路总电阻R线=1kQ ,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（）A. T1原、副线圈电流分别为 103A和20AB. T2原、副线圈电压分别为 1.8 X 105V和220VC. T1和T2的变压比分别为 1 ： 50和40 ： 1D.有6X 104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.发电机直对升压变压器有 Pi = UIi,可知Ii=103A,由输电线上消耗的功率 AP= i2r线= 400k皿 可知输 电线上电流为I2=20A,