3.34变压器电能的输送导学案高二下学期物理人教版选择性

变压器电能的输送导学案【学习目标】1.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.2.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率.【重难点】变压器中的电压、电流、功率关系的应用；远距离输电的基本分析思路【导入环节】理想变压器的构造？变压器变了什么？没变什么？功率、电压、电流关系？实际变压器看作理想变压器，主要是忽略哪些功率损耗？【思考环节】一、几种常见的变压器（1）自耦变压器自耦变压器原理如左图所示：若AX为输入端，触头a向上移动时，副线圈匝数N2（变大/小），输出电压。（2）“一原多副”的变压器(1)输入功率与输出功率的关系：(2)电压与匝数的关系：(3)电流与匝数的关系：（3）互感器（如图所示）①电压互感器：把(高/低)电压变成电压，联在电路中，相当于_____(升/降)变压器；②电流互感器：把(高/低)电流变成电流，联在电路中，相当于_____(升/降)变压器。例1．低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“”的交流卤素灯直接通过变压器（视为理想变压器）接入电压为的交流电后能正常工作，则（）A．卤素灯两端的电压有效值为 B．变压器原、副线圈的匝数比为55∶3C．流过卤素灯的电流为 D．卤素灯的电阻为例2．如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（）A．原线圈的输入功率为 B．电流表的读数为C．电压表的读数为 D．副线圈输出交流电的周期为50s例3．如图所示的变压器，输入电压为，可输出、、电压，匝数为的原线圈中电压随时间变化为．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为。将阻值为的电阻R接在两端时，功率为。下列说法正确的是（）A．n1为1100匝，为B．间线圈匝数为120匝，流过R的电流为C．若将R接在两端，R两端的电压为，频率为D．若将R接在两端，流过R的电流为，周期为二、等效电阻法写出等效电阻R’与负载电阻R的关系。（有余力的同学可尝试推导）例4．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻、和的阻值分别为、和，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为。该变压器原、副线圈匝数的比值为（）A．2 B．3 C．4 D．5例5．如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中（）A．电流表A1示数减小 B．电流表A2示数增大C．原线圈输入功率先增大后减小 D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大例6．如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是（）A．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变B．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大D．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小三、电能的输送1.远距离、高压输电的电路示意图如下图所示，已标注P、U、I、n相关量。.（1）将P1、P2、P3、P4从大到小排序（2）U1与U2的大小有什么关系、U2与U3、U3与U4呢？（3）I1与I2、I2与I3、I3与I4各自有什么关系？2．核心：（1）功率：①P1＝＋P4②损失功率==（2）电压：①在回路2中，电压关系U2＝＋②损失电压。（3）电流：在回路2中，电流关系I2＝＝I3例7．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1=250V，输出功率500kW。降压变压器的匝数比n3：n4=50：1，输电线总电阻R=62.5Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4=220V，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（

）A．发电机的输出电流为368A B．输电线上损失的功率为4.8kWC．输送给储能站的功率为408kW D．升压变压器的匝数比n1：n2=1：44例8．张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后。输出电压为U。忽略线圈电阻，下列说法正确的是（）A．发电机输出的电压为B．发电机输出交变电流的频率为C．变压器原、副线圈的匝数比为D．发电机产生的瞬时电动势实验：探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。（1）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是。A．控制变量法B．等效替代法C．演绎法D．理想实验法（2）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是。A．整块硅钢铁芯

B．整块不锈钢铁芯

C．绝缘的铜片叠成

D．绝缘的硅钢片叠成（3）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数（填“多”或“少”）。（4）为了保证安全，低压交流电源的电压不要超过。（填字母）A．2V

B．12V

C．50V（5）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为。（填字母）A．1.5V

B．6.0V

C．7.0V（6）实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为。（填字母代号）A．原、副线圈上通过的电流发热

B．铁芯在交变磁场作用下发热C．变压器铁芯漏磁

D．原线圈输入电压发生变化【议环节】讨论解决“一原多副”的变压器、等效电阻法、远距离输电各物理量关系【展环节】例1例8【检测环节】1图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为、。V为交流电压表，当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下正确的是（）A．电压表的示数等于5VB．电压表的示数等于C．实现点火的条件是D．实现点火的条件是2．输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为。开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为；接2时，匝数比为1∶2，R上的功率为P。以下判断正确的是（）A． B．C． D．变压器电能的输送参考答案：1．B【详解】A．卤素灯上标记的额定电压即为卤素灯两端的电压有效值，A错误；B．根据理想变压器的原理可知B正确；C．流过卤素灯的电流为C错误；D．卤素灯是非线性元件，电阻随着电压不同而改变，D错误。故选B。2．B【详解】D．副线圈输出交流电的周期为故D错误；ABC．根据可知原线圈的输入电压为根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，可得可知电压表示数为；原线圈的输入功率为可得原线圈电流为故AC错误，B正确。故选B。3．D【详解】A．变压器的输入电压为220V，原线圈的交流电的电压与时间成余弦函数关系，故输入交流电压的最大值为，根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为解得原线圈为2200匝，A错误；B．根据图像可知，当原线圈输入220V时，BC间的电压应该为12V，故BC间的线圈匝数关系有；BC间的线圈匝数为120匝，流过R的电流为故B错误；C．若将R接在AB端，根据图像可知，当原线圈输入220V时，AB间的电压应该为18V。根据交流电原线圈电压的表达式可知，交流电的角速度为，故交流电的频率为C错误；D．若将R接在AC端，根据图像可知，当原线圈输入220V时，AC间的电压应该为30V，根据欧姆定律可知，流过电阻R的电流为交流电的周期为故D正确。故选D。4．B【详解】设原、副线圈的匝数比为k，原线圈的电流为，则有副线圈的电流为；原线圈的电压因为电源电压的有效值恒定，所以有代入数据则有解得故选B。5．A【详解】AB．由于原线圈所接电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出电压恒定，变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，则由欧姆定律得可知副线圈的电流逐渐减小，由可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小，故A正确，B错误；C．原线圈的输入功率为由于I1逐渐减小，则原线圈的输入功率逐渐减小，故C错误；D．由于副线圈的电流逐渐减小，则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小，又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小，则由并联分流规律可知，流过定值电阻的电流逐渐减小，则由公式可知，定值电阻R消耗的电功率逐渐减小，故D错误。故选A。6．B【详解】AB．由题意可知，原副线圈的匝数比为，则副线圈的电流为，根据欧姆定律可得副线圈的电压有效值为则变压器原线圈的电压有效值为设输入交流电的电压有效值为，则可得保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中，不断变大，根据欧姆定律可知变压器原线圈的电压有效值变大，输入电压有效值不变，则两端的电压不断变小，则电压表示数变小，原线圈的电压电流都变大，则功率变大，根据原副线圈的功率相等，可知消耗的功率增大，故B正确，A错误；CD．设原副线圈的匝数比为，同理可得则整理可得保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，不断变大，则变小，对由欧姆定律可知可知不断变小，根据原副线圈的功率相等可知消耗的功率整理可得可知时，消耗的功率有最大值，可知消耗的功率先增大，后减小，故CD错误。故选B。7．C【详解】A．由题知，发电机的输出电压U1=250V，输出功率500kW，则有A错误；BD．由题知，用户端电压U4=220V，功率88kW，则有；P′=U4I4联立解得I4=400A，I3=8A，U3=11000V则输电线上损失的功率为P损=I32R=4kW且U2=U3＋I3R=11500V再根据，解得故BD错误；C．根据理想变压器无功率损失有P=U2I3＋P储代入数据有P储=408kW故C正确。故选C。8．C【详解】B．发电机线圈的转速为nz，输出交变电流的频率为故B错误；A．线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的为正弦交流电，最大值为输出电压的有效值为故A错误；C．变压器原、副线圈的匝数比为故C正确；D．发电机产生的瞬时电动势为故D错误。故选C。实验．AD少BCD【详解】（1）[1]保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。探究两个变量之间的关系时保持其他变量不变，这个探究过程采用的科学探究方法是控制变量法.故选A。（2）[2]观察变压器的铁芯，由于涡流在导体中会产生热量，所以它的结构是绝缘的硅钢片叠成，故D正确，ABC错误；故选D。（3）[3]观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。（4）[4]为了人体安全，低压交流电源的电压不要超过12V；故选B。（5）[5]若是理想变压器，则由原线圈的“0”和“8”两个接线柱，用电表测得副线圈的“0”和“4“两个接线柱原副线圈匝数比2：1，副线圈电压为3V，则原线圈的电压为6V，考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈的电压可能大于6V，可能为7V。故选C。（6）[6]AB．原副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故AB不符合题意；C．变压器铁