高三物理第一轮复习变压器远距离输电导学案49

1、学案49 变压器远距离输电一、概念规律题组1理想变压器的原、副线圈匝数比n1n2101，原线圈两端接通交流电源，则()A原、副线圈中电流频率之比f1f2101B原、副线圈两端电压之比为U1U2101C原、副线圈内交变电流之比I1I2110D变压器输入和输出功率之比P1P21012远距离输电时，在输送电功率不变的条件下()A只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率B提高输电电压，能减小电流，提高输电效率C提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗D提高输电电压势必增大输电导线上的电流图13如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V，60 W

2、”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()A电流表的示数为 AB电源输出功率为1 200 WC电流表的示数为 AD原线圈端电压为11 V二、思想方法题组4某发电站采用高压输电向外输送电能若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是()A输电线上的电流IB输电线上的电流IC输电线上损失的功率P()2RD输电线上损失的功率P图25如图2所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开当S接通时，以下说法中正确的是()A副线圈两端M、N的输出电压减小B副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C通过灯泡L1的电流减小D原线圈中的

3、电流增大一、理想变压器原、副线圈基本量的关系基本关系功率关系P入P出电压关系，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流关系只有一个副线圈时，；多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中交流电的频率相等制约关系电压副线圈的电压U2由原线圈的电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定【例1】 (2011·广东·19)图3(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R55 ，、为理想电流表和理想电压表，若原线圈接入如图3(b)所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列

4、表述正确的是()(a)(b) 图3A电流表的示数为2 AB原、副线圈匝数比为12C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100 Hz规范思维二、变压器的动态分析问题此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)、输入功率、输出功率随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各物理量随负载电阻变化而变化的情况根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系，这是处理此类问题的关键动态分析问题的思路程序可表示为：【例2】 如图4所示，T为理想变压器，副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当开关S

5、闭合时()图4A交流电压表V2和V3的示数一定都变小B交流电压表V3的示数变小C交流电流表A1、A2和A3的示数一定变大D只有A1的示数变大规范思维三、输电电路的基本分析图51如图5所示，发电站的输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P，电压为U，则输电电流为I.2输电导线损失的电压：U线UUIR线3输电导线上损失的电功率PPPI2R线()2R线.4减少电能损失的基本途径：根据公式PI2R线()2R线可知有两个基本途径：减小输电线电阻，如加大输电导线的横截面积，采用电阻率小的材料等；高压输电，在输送功率一定的条件下，提高电压，减小输送电流【例3】 (2010·浙江理综

6、83;17)某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW，现用500 kV的电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为2.0×105 AB输电线上由电阻造成的电压损失为15 kVC若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kWD输电线上损失的功率为PU2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻规范思维四、远距离高压输电问题的分析1远距离高压输电的几个基本关系(以图6为例)图6(1)功率关系P1P2，P3P4，P2P线P3(2)电压、电流关系，U2U线U3I2I3I线(3)输电电流：I线(

7、4)输电导线上损失的电功率P线U线I线IR线()2R线2关于远距离输电问题的处理思路常见问题有两类：一类是按发电机升压输电线降压用电器的顺序分析或按用电器到发电机的顺序分析；还有一类常见的是从中间突破的题目，即由输电线上的功率损失求出输电线上的电流，也就是流过升压变压器副线圈和降压变压器原线圈的电流，再由理想变压器的工作原理推断发电和用电的问题【例4】 某小型发电站的发电机输出交流电压为500 V，输出电功率为50 kW，如果用电阻为3 的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压

8、变压器变为220 V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？规范思维针对训练(2009·山东理综·19)某小型水电站的电能输送示意图如图7所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则()图7A.>B.<C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率【基础演练】图81如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为101.原线圈接电压u

9、220sin 100t V的交流电源，副线圈接两个阻值均为R22 的负载电阻，电表均为理想电表则下述结论中正确的是()A开关S断开时，电流表A的示数为0.1 AB开关S断开时，电压表V的示数为11 VC开关S闭合时，电流表A的示数为0.05 AD开关S闭合时，电压表V的示数为22 V2(2011·山东·20)为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图9甲为调压变压器示意图保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示以下正确的是() 甲乙 图9Au1190sin (50t) VBu2190sin

10、(100t) VC为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移D为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移3(2010·江苏单科·7)在如图10所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有()图10A升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大图114(2010·山东潍坊一模)如图11所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，原线圈两端接电压有效值恒定的交变电

11、流，则能使原线圈的输入功率变大的是()A保持P的位置不变，S由b切换到aB保持P的位置不变，S由a切换到bCS掷于b位置不动，P向上滑动DS掷于b位置不动，P向下滑动5(2010·天津理综·7)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图12所示当开关S闭合后()图12AA1示数变大，A1与A2示数的比值不变BA1示数变大，A1与A2示数的比值变大CV2示数变小，V1与V2示数的比值变大DV2示数不变，V1与V2示数

12、的比值不变6如图13所示，图13理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n241，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的电阻B阻值相等，a、b两端加一定的交变电压U后两电阻消耗的功率之比PAPB为()A41 B14 C161 D116【能力提升】7(2009·广东单科·9)如图14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()图14A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题号1234567答案8

13、.(2011·湖南长沙模拟)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO匀速转动一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B T用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220 V，11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如图15所示求：图15(1)发电机的输出电压；(2)变压器原、副线圈的匝数比；(3)与变压器原线圈串联的电流表的示数9三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，建成后将是中国规模最大的水利工程，枢纽控制流域面积1×106 k

14、m2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均水流量Q4.51×1011 m3.水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面，在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量(26台发电机组同时工作时的总发电功率)P1.82×107 kW，年平均发电约W8.40×1010 kW·h，该工程将于2009年全部竣工，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面，阅读上述资料，解答下列问题(水的密度1.0×103 kg/m3，取重力加速度g10 m/s2)(1)若三峡电站上下游水位差按H100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化

15、为电能的效率的公式，并计算出效率的数值(2)若26台发电机组全部建成并发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？(3)将该电站的电能输送到华中地区，送电功率P14.5×106 kW；采用超高压输电，输电电压U500 kV，而发电机输出的电压约U018 kV，要使输电线上损耗的功率等于输送电功率5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻学案49变压器远距离输电【课前双基回扣】1BC根据变压器的电压比和电流比可知选项B、C是正确的；对于理想变压器，不改变频率且输入与输出的功率应相等，即P1P2，所以选项A、D是错误的2B在输出功率一定时，由PU

16、I知，当U增大时，I减小，输电导线损耗的功率P损I2R将变小3C因为灯泡正常发光所以副线圈中的电流：I2 A A根据公式得I1I2× A A，即电流表的示数应为 A，故A错，C对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入P出可得电源的输出功率为60 W，故B选项错误；根据公式，得U1U2×220 V4 400 V，故D选项错误4BC输电线上的电流I线，故A错误，B正确；输电线上的功率损失PIR()2R，故C正确，D错误5BCD由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变并联灯泡L2，负载总电阻变小，由欧姆定律I知，流过R的电流增大，电阻R上的电压

17、URIR增大副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1I2U2得，I2增大，则原线圈输入电流I1也增大UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小思维提升1变压器的工作原理是电磁感应，工作基础是互感现象，变压器只能变电压，不能变频率2输电线上的功率损失P损I2R线R线U损I.减少输电线功率损失的两种方法：(1)减小R线；(2)减小电流，提高输电电压3理想变压器的基本关系式：(1)P入P出，(2)，(3)I1n1I2n2或(只有一个副线圈)【核心考点突破】例1 AC由I得，I A2 A，A正确理想变压器中，所以，B错误测量交流电时电表示数均为有效值，C正确，由题图(b)

18、知T0.02 s，由f得，f50 Hz，D错误规范思维熟练掌握变压器的工作原理，记住以下几条：变压器不改变交流电的频率与功率两线圈上电压比等于匝数比单副线圈变压器，电流比等于匝数反比对电压，副线圈随原线圈改变；对电流，原线圈随副线圈而改变例2 B因为U不变，由可得U2不变；当S闭合后副线圈所在电路电阻R减小，由I2可知电流I2增大，而电阻R1两端电压U3U2I2R线，故U3变小，I3变小；由UI1U2I2得I2，故I1增大综上所述，I1、I2增大，I3减小，U2不变，U3减小，故只有B项正确规范思维处理此类问题的关键是要深刻理解变压器的工作原理，辨清原、副线圈中的变量与不变量，明确各个变量间的

19、制约关系(电压制约：原制约副；电流制约：副制约原；功率制约：副制约原)例3 B输电线上输送的电流I6 000 A，A错；输电线上损失的电压为UIr6 000×2.5 V1.5×104 V15 kV，B对；若改用5 kV的电压输电，则输电线上输送的电流I6×105 A，输电线上损失的功率PI2r(6×105)2×2.5 W9×108 kW>3×106 kW，表明电能将在线路上损耗完，则输电线上损失的功率为3×106 kW，C错；D项中输电线上损失的功率PU2/r，U应为输电线上损耗的电压，而不是输电电压，D错规

20、范思维解此类题目，要注意公式中各量的一一对应，如输电线上功率损失PI2RR中，U为输送电压，P中，U为线路上损失的电压；对于本题还要考虑实际情况例4 200 V2×104 W11049722解析用500 V电压送电时示意图如图所示，输电线上的电流I0P/U050×103/500 A100 A.用户获得电压U1U0I0R(500100×3) V200 V；用户获得的电功率P1I0U12×104 W.改用高压输送时，示意图如下图所示，要求P损0.6%P，即P损50×103×0.6% W300 W.输电电流I A10 A.发电站升压后输电电

21、压U V5 000 V，升压变压器匝数比n1/n2U0/U500/5 0001/10.输电线上损失的电压UI·R10×3 V30 V，降压变压器的输入电压U2UU(5 00030) V4 970 V，降压变压器的匝数比.规范思维分析此类问题，先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立的闭合回路，应用串、并联电路的特点及电功、电功率有关公式分析各个回路的电流、电压和功率关系各独立回路之间可通过变压器的及功率P入P出等联系起来针对训练AD思想方法总结1对于理想变压器记住四点(1)原线圈的输入功率由副线圈的输出功率决定(2)电压表、电流表的读数均为交流电的有效值(3)原、副

22、线圈上交流电的周期与频率是相同的(4)原、副线圈的电压、电流与原、副线圈匝数有比例关系2关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比的变化而变化；匝数比不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化无论哪种情况，处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系3(1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图，并画出示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系，特别注意升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系(3)注意输电线路上的功率损失与电压