第二課時(shí)變壓器電能的輸送

第二課時(shí)變壓器電能的輸送(對應(yīng)學(xué)生用書第140頁)1．了解變壓器的構(gòu)造及工作原理．2．知道理想變壓器原、副線圈中的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系和功率關(guān)系，并能進(jìn)行有關(guān)分析計(jì)算．3．知道遠(yuǎn)距離輸電的原理并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．

(對應(yīng)學(xué)生用書第140頁)(5)幾種常用的變壓器①自耦變壓器：其原、副線圈共用一個(gè)線圈，如圖A、B所示．②電壓互感器：屬降壓變壓器，并聯(lián)在電路中，用于測高電壓，如圖C所示．③電流互感器：屬于升壓變壓器，串聯(lián)在電路中，用于測大電流，如圖D所示．

(1)變壓器不能改變直流電壓．(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，而不能改變交變電流的頻率．

(對應(yīng)學(xué)生用書第140頁)1．(2010年廣東惠州調(diào)研)如圖所示為變壓器的示意圖，它被用來升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，下列說法中正確的是(

C

)A．圖中M是閉合的鐵芯，它由整塊鐵組成B．發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈Ⅰ相連，升高后的電壓由c、d兩端輸出C．發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈Ⅱ相連，升高后的電壓由a、b兩端輸出D．變壓器的輸出電壓頻率高于輸入電壓的頻率解析：變壓器的鐵芯由相互絕緣的硅鋼片組成，A錯(cuò)誤；變壓器的輸入電壓與輸出電壓之比等于原線圈與副線圈匝數(shù)之比，故發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈Ⅱ相連，線圈Ⅰ為輸出端，C正確、B錯(cuò)誤；根據(jù)電磁感應(yīng)定律，輸出電壓頻率等于輸入電壓頻率，D錯(cuò)誤．2．(2010年福建省質(zhì)檢)如圖為某小型水電站的電能輸送示意圖，A為升壓變壓器，其輸入功率為P1，輸出功率為P2，輸出電壓為U2；B為降壓變壓器，其輸入功率為P3，輸入電壓為U3.A、B均為理想變壓器，輸電線總電阻為r，則下列關(guān)系式正確的是(

C

)A．P1>P2B．P2＝P3C．U2>U3D．U2＝U3解析：根據(jù)遠(yuǎn)距離輸電和理想變壓器工作原理可知，P1＝P2、P2>P3、U2>U3，故C正確．3．如圖所示，理想變壓器原線圈輸入交變電壓u＝141sin314t(V)，副線圈接有一電流表和阻值為100Ω的負(fù)載電阻R，測得電流表的示數(shù)為0.10A．由此可知該變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為(

D

)A．141∶1B．14.1∶1C．100∶1D．10∶1理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系(1)基本關(guān)系中U1、U2、I1、I2均指有效值．(2)當(dāng)原線圈中串聯(lián)電阻(或燈泡)時(shí)，U1為加在原線圈兩端的電壓，并不是電源的電壓．(3)只有一個(gè)副線圈的變壓器電流與匝數(shù)成反比，多個(gè)副線圈的變壓器沒有這種關(guān)系，但滿足功率P入＝P出，即：U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn，可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn.思路點(diǎn)撥：(1)電壓表、電流表讀數(shù)均為有效值；(2)變壓器不改變交流電的頻率．答案：D.變壓器只改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率和功率．理想變壓器動(dòng)態(tài)分析問題根據(jù)變壓器電流關(guān)系n1I1＝n2I2，電流與匝數(shù)成反比，但是當(dāng)匝數(shù)n2增大時(shí)I2并不減?。?yàn)閚2增大，U2增大，所以I2增大，I1也增大．3．分析動(dòng)態(tài)問題的思路程序可表示為：【例2】(2010年全國卷Ⅱ改編)圖(甲)中為一理想變壓器，其原線圈與一電壓有效值不變的交流電源相連，P為滑動(dòng)頭．現(xiàn)今P從均勻密繞的副線圈最底端開始，沿副線圈勻速上滑，直至白熾燈兩端的電壓等于其額定電壓為止．用I1表示流過原線圈的電流，I2表示流過燈泡的電流，U2表示燈泡兩端的電壓，PL表示燈泡消耗的功率．下列4個(gè)圖(如圖(乙))中，能正確反映相應(yīng)物理量的變化趨勢的是(

)思路點(diǎn)撥：(1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2，而U2決定I2，P2，P1再影響到I1；(2)燈泡的電阻在電壓明顯變化時(shí)，將隨溫度升高而增大．答案：C.(1)關(guān)于理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種類型：①負(fù)載電阻不變，原線圈電壓U1不變時(shí)，副線圈電壓U2，電流I1、I2，功率P1、P2隨匝數(shù)比的變化而變化；②匝數(shù)比不變，原、副線圈的電壓U1、U2不變，電流I1、I2，功率P1、P2隨負(fù)載電阻的變化而變化．(2)無論哪種情況，處理此類問題的關(guān)鍵是分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系．針對訓(xùn)練21：(2010年福建龍巖模擬)如圖所示，M是一小型理想變壓器，接線柱a、b接在電壓u＝311sin314t(V)的正弦交流電源上，變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)電路圖，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器(該熱敏材料的電阻率隨溫度升高而減小)，電流表A2為值班室的顯示器，顯示通過R1的電流，電壓表V2顯示加在報(bào)警器上的電壓，R3為一定值電阻．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，以下說法中正確的是(

)A．變壓器輸出端的交變電流的頻率為314HzB．V1的示數(shù)是311VC．A1的示數(shù)不變，A2的示數(shù)減小D．V1的示數(shù)不變，V2的示數(shù)減小答案：D.高壓輸電問題的分析1．先后順序：對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”這樣的順序，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”一步一步進(jìn)行分析．2．遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以圖為例)

【例3】一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kW，電壓為4000V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電．輸電線路總電阻R＝1kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220V、60W)．若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%，變壓器T1和T2的損耗可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則下列說法不正確的是(

)A．T1原、副線圈電流分別為103A和20AB．T2原、副線圈電壓分別為1.8×105V和220VC．T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1D．有6×104盞燈泡(220V、60W)正常發(fā)光答案：C.從輸電的兩端：電源(發(fā)電廠)或用電器(用戶)入手．以變壓器為界將整個(gè)輸電電路劃分為幾個(gè)獨(dú)立回路，各回路分別用歐姆定律，串、并聯(lián)的特點(diǎn)及電功、電功率等公式進(jìn)行計(jì)算，聯(lián)系各回路的是原、副線圈電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系及輸入功率等于輸出功率的關(guān)系．針對訓(xùn)練31：(2010年浙江卷)某水電站，用總電阻為2.5Ω的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3×106kW，現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是(

)A．輸電線上輸送的電流大小為2.0×105AB．輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC．若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9×108kWD．輸電線上損失的功率為ΔP＝U2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻

答案：B.考點(diǎn)一：變壓器的動(dòng)態(tài)分析【例1】(基礎(chǔ)題)(2010年海南卷改編)如圖，一理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4∶1，原線圈兩端接入一正弦交流電源；副線圈電路中R為負(fù)載電阻，交流電壓表和交流電流表都是理想電表．下列結(jié)論錯(cuò)誤的是(

)答案：C.考點(diǎn)二：變壓器副線圈為多個(gè)問題【例2】(能力題)理想變壓器如圖所示，原線圈匝數(shù)n1＝1000，兩副線圈匝數(shù)分別為n2＝600、n3＝200，當(dāng)原線圈兩端接在220V的交流電源上時(shí)，原線圈上電流為2A，通過R2的電流為1A，則通過R3的電流為(

)A．10AB．7AC．3AD．1A答案：B.

(2010年福建卷，13)中國已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程．假設(shè)甲、乙兩地原來用500kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P.在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)?

A

)(1)本題考查了高壓遠(yuǎn)距離輸電功率損失問題；(2)突破本題的關(guān)鍵是掌握輸電線損耗功率的計(jì)算．1.如圖所示．L1和L2是輸電線，甲是電壓互感器，乙是電流互感器．若已知變壓比為1000∶1，變流比為100∶1，并且知道電壓表示數(shù)為220V，電流表示數(shù)為10A，則輸電線的輸送功率為(

C

)A．2.2×103WB．2.2×10－2WC．2.2×108WD．2.2×104W2．(2010年重慶卷)輸入電壓為220V，輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞．為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈，如圖所示．然后將原線圈接到220V交流電源上，測得新繞線圈的端電壓為1V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為(

B

)A．1100、360B．1100、180C．2200、180D．220、3603．(2009年廣東卷，改編)如圖所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖，關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述不正確的是(

C

)

A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好4．(2011年湖北八校聯(lián)考)如圖所示，圖(a)中的變壓器為理想變壓器，其原線圈接到U＝220V的交流電源上，副線圈與阻值為R1的電阻接成閉合電路；圖(b)中阻值為R2的電阻直接接到電壓為U＝220V的交流電源上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)R1與R2消耗的電功率恰好相等，則變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為(

D

)6．一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為11∶2，副線圈的輸出電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示，副線圈上僅接入一個(gè)阻值為20Ω的定值電阻，則(

C

)7．如圖為理想變壓器，其原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，原線圈接有交流電壓u＝220sin100πt(V)；圖中電壓表和電流表均為理想交流電表，Rt為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(即當(dāng)溫度升高時(shí)，阻值減小)，R1為定值電阻，C為電容器，下列說法正確的是(

D

)A．電壓表示數(shù)是110VB．交流電的頻率為100HzC．通過R1的電流