人教版高中物理选修2第6讲：变压器远距离输电教师版

变压器远距离输电教学目标.理解变压器的工作原理及输电过程中的能量损失问题。.学会运用变压器知识解决有关的综合问题。知识梳理变压器.变压器是改变交流电压的设备，互感现象是变压器工作的基础..组成：(1)变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.(2)原线圈：与交流电源连接，也叫初级线圈.(3)副线圈：与负载连接，也叫次级线圈..理想变压器(1)电压与匝数的关系为：原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即U=n.Un该关系不仅适用于原、副线圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理想变压器的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比.在线圈内阻不计的情况下，线圈两端电压即等于电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比(2)电流与匝数的关系为：原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，即4=2.电流和匝数成反In比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈，该关系即不适用.(3)功率关系：理想变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率.有：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"P=P，即UI=UI+U'I'+UT+……入出 11 22 22 22(4)对原、副线圈匝数比。确定的变压器，其输出电压U是由输入电压决定的，U=nU；在原n 2n12 2 2 1 1副线圈匝数比%确定的情况下，原线圈中的输入电流I是由副线圈中的输出电流I决定的，n2 1 2I=nI(I由所接负载而定).1n12 2(5)动态分析：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U1U2，电流11Ij输入和输出功率p、P2随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况.在分析时要根据题意分清变量和不变量，分清自变量和因变量，即理想变压器各物理量变化的决定因素.4.几种常见的变压器(1)自耦变压器：原、副线圈共用一个线圈.(2)电压互感器：测量交流高电压，使用时，把原线圈与被测电路并联.(3)电流互感器：测量交流大电流，使用时，把原线圈与被测电路串联自耦变压器电压互感器电流互感器自耦变压器电压互感器电流互感器电能的输送.输电线上的电压损失和功率损失设输电电流为I，输电线的电阻为r，则电压损失AU=Ir,功率损失AP=12r.降低输电损耗的途径(1)减小输电线电阻：用铜、铝来制造输电线.(2)减小输电线中的电流：远距离输电时，提高输电电压，减小输电电流，是减小电压损失和功率损失的最有效途径..远距离输电过程示意图，如图所示..几个常见的关系：(1)电流关系：—1=—2,I=I,—3=—4TOC\o"1-5"\h\zIn2 3In2 1 4 3，一、＞一、Un Un(2)电压关系：一i=r,U=IR+U,—3~=r，其中n、n、n、n分别表示升压变压器的原Un2线3Un 12 3 42 2 4 4副线圈的匝数和降压变压器的原副线圈的匝数.(3)功率关系：P=P,P=P+P,P=P,P=P—P,P=12R12 2线耗3 34 41线耗线耗2线5.分析(1)远距离输电的问题关键是分清各部分输入、输出的各个物理量及其相互关系，可先画出传输的结构示意图，通过原、副线圈的电流求出匝数比，也可通过电压关系求解.(2)输电导线中的损耗将升压变压器与降压变压器联系起来，升压变压器副线圈中的电流、输电线上的电流、降压变压器原线圈中的电流三者相等.欧姆定律对变压器不能应用，但对导线仍然成立.(3)电压是由发电站控制，送电单位通过电压控制用户的使用；同时用户也可以通过电流或功率影响送电单位电能的输送.因此我们在计算时，应根据电压、电流、功率的决定方向依次向下一级推导，即按“发电一升压一输电线一降压一用电器”的顺序分析或逆序分析.

特色讲解类型一：变压器的电压比，电流比及功率关系例1.如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为3：1,副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光.在原线圈接有一相同的灯泡L.则A.灯L也能正常发光B.灯L比另三灯都暗C.灯L将会被烧坏D.不能确定解析：该题主要考查变压器的工作原理一一原副线圈的电流关系和电功率等内容.该题易犯的错误是：由原副线圈匝数比色：%=3：1,可知原副线圈电压之比为J]：U2=3：1,既然副线圈中电灯能正常发光，可知2恰为灯的额定电压，所以原线圈中电灯两端电国yu额.故被烧坏而错选C.其错误是把变压器原线圈两端电压和电灯L两端电压混淆了.正确的解答应为：原副线圈中的电流之比为I】：12=1：3,而副线圈中通过每灯的电流为其额定电流I矫=1/3,故I[=I=I2=I矫即灯L亦能像其他三灯一样正常发光.所以正确选项额2 L1 3 额为A.答案：A类型二:远距离送电例2.有条河流，流量Q=2m3-s-1,落差h=5m,现利用其发电，若发I1TI电机总效率为50%,输出电压为240V,输电线总电阻R=30Q,允许损I1TI失功率为发电机输出功率的6%,为满足用电的需要，使用户获得220V电压，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V、100W”的电灯正常发光？解析：按题意画出远距离输电的示意图所示，电源端的输出功率当 氏当 氏P=（逊…总 t=2X1.0X103X10X5X0.5W=5X10,W输电线上的功率损失P损=I2R,所以输电线中电流为I=；P损—"X60%—；5X1°4x。.°6=10A\RRR3 30则升压变压器耳的原线圈电压q=u出=240V,副线圈送电电压为TTP5X104U=^总= V=5X103V2I10所以升压变压器的变压比为

n1：nn1：n2=U1：U2=2405x103=6：125输电线上电压的损耗AU损=IR=10X30V=300V则降压器B2的原线圈的电压U/=U—AU=5X103V-300V=4700V1 2 损据题意知，UJ=220V,所以降压变压器的匝数比为n1，n1，：n2,=U1=4700—220=235：11因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为N=P「尸损=5x104-5x104x0.06=470匕 100灯类型三：远程输电、变压器的构造和工作原理例3.（2014福建卷）图为模拟远距离输电实验电路图，两理想闫雅琪的匝数n「n4Vn2=n3,四根模拟输电线的电阻R/R2、R3、R4的阻值均为区，%、％为相同的理想交流电流表，L「L2为相同的小灯泡，灯丝电阻Rl>2R,忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时（）A.A「A2两表的示数相同b.l「L2两灯泡的量度相同C.%消耗的功率大于R3消耗的功率D.R2两端的电压小于R4两端的电压解析：题图中上面部分为高压远距离输电的示意图，下面为低压输电，在输送功率一定的情况下，P二UI,U越大，I越小，则/1VI2,A项错误；低压供电时，输送电流较大，电线上的电压损失较多，灯泡两端获得电压较小，亮度较暗，B项错误，D项正确；根据电功率的公式P=I2R可知，斗消耗的功率小于R3消耗的功率，C项错误。答案：D类型四：理想变压器例4.（2015广东）图5为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V。调节前后A.副线圈中的电流比为1:2B.副线圈输出功率比为2:1C.副线圈的接入匝数比为2:1

D.原线圈输入功率比为1:2解析：通过调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V,输出电压减少为原来的一半，根据欧姆定律I=U/R，在电阻不变时，调节前后副线圈输出电流之比为I2前：I2后=幺前：幺后=2：1，选项A错误；根据理想变压器原理q:U2=q:n2，在原线圈电压和匝数不变的情况下，副线圈接入匝数也应该变为原来的一半，接入匝数比n2前：与后=U2前：幺后=2：1，选项C正确；根据功率P=UI，得到调节前后副线圈输出功率之比^前：％=凡前与前：幺后葭=4：1，选项B错误；原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，所以原线圈的输入功率之比P1前：*后=P2前：口后=4：1，选项D错误。答案：C当堂练习基础演练1.如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，降压后通过一段电阻不可忽略的线路接用电器S原来闭合，0R「R2.现将S断开，那么交流电压表的示数J，交流电流表的示数1和用电器斗上的功率匕将分别是A.U增大，I增大，P］增大B.U增大，I减小，P］增大C.U减小，I减小，P］减小D.U减小，I增大，P］减小答案：B.一小水电站，输出的电功率为20kW,输电线总电阻为0.5Q,如果先用400V电压输送，后又改用2000V电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是A.减少50W B.减少1200WC,减少7.68X106W D,增大7.68X106W答案：B(PXA.PB.P——IU(PXA.PB.P——IUJD U2C.P———D.

r答案：B4.某发电厂发电机的输出电压为U「发电厂至学校的输电导线总电阻为R,通过导线的电流为I,学校得到的电压为u2,则输电导线上损耗的功率可表示为

U2 （U-U）A.— B.—1 2-C.I2R D.I（U-U）R R 12答案：BCD.某用电器距离供电电源L,线路上的电流为I,若要求线路上的电压降不超过口已知输电导线的电阻率为P,那么该输电导线的横截面积的最小值是B.12PB.12P2pIIC.一U2ULD. Ip答案：C.使用理想变压器给总电阻为R的电路供电，变压器输入电压保持一定时，下列各项措施中，可以使变压器的输入功率一定增加的是A.副线圈匝数和负载R不变，增加变压器原线圈匝数B.原线圈匝数和负载R不变，增加变压器副线圈匝数C.原、副线圈匝数不变，增加负载R的阻值D.增加负载R的阻值和原线圈匝数，副线圈匝数减少答案：B7.（2014年广东卷）如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电建S，下列说法正确的是P向下滑动时，灯L变亮P向下滑动时，变压器的输出电压不变P向上滑动时，变压器的输入电流变小D.P向上滑动时，变压器的输出功率变大答案：BD（2014海南卷）理想变压器上接有三个完全相同