第2節(jié)變壓器電能的輸送

第2節(jié)變壓器電能的輸送教材梳理·自主預(yù)習(xí)真題試做·模擬演練考點(diǎn)研析·感悟提升一、理想變壓器1.理想變壓器的構(gòu)造和原理(如圖所示)知識(shí)梳理教材梳理·自主預(yù)習(xí)(1)主要構(gòu)造:由

、

和

組成.(2)工作原理:電磁感應(yīng)的

現(xiàn)象.原線圈副線圈閉合鐵芯互感注意:理想變壓器是一個(gè)理想化模型.2.理想變壓器的基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系:

.P入=P出U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn3.幾種常見的變壓器(1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器.自耦變壓器原理如圖所示:若AX為輸入端,觸頭a向上移動(dòng)時(shí),副線圈匝數(shù)n2

,輸出電壓

.增加升高(2)互感器二、遠(yuǎn)距離輸電1.輸電過程(如圖所示)2.電壓損失(1)ΔU=U-U′.(2)ΔU=

.3.功率損失(1)ΔP=P-P′.IRI2R4.輸送電流自主探究變壓器線圈中的電流越大,所用的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)越粗.街頭見到的變壓器是降壓變壓器,假設(shè)它只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈,哪個(gè)線圈應(yīng)該使用較粗的導(dǎo)線?為什么?答案:降壓變壓器的副線圈兩端電壓低,匝數(shù)少,通過的電流大,為減小產(chǎn)生的熱量,減小線圈導(dǎo)線的電阻,應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線.小題檢測(cè)1.思考判斷(1)理想變壓器的基本關(guān)系式中,電壓和電流均為有效值.(

)√(2)變壓器不但能改變交變電流的電壓,還能改變交變電流的頻率.(

)(3)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí),原線圈輸入的電流隨之減小.(

)(4)高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗.(

)(5)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大.(

)××√√2.理想變壓器上接有三個(gè)完全相同的燈泡,其中一個(gè)與該變壓器的原線圈串聯(lián)后接入交流電源,另外兩個(gè)并聯(lián)后接在副線圈兩端.已知三個(gè)燈泡均正常發(fā)光,則該變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為(

)A.1∶2 B.2∶1C.2∶3 D.3∶2B3.如圖所示,變壓器輸入有效值恒定的電壓,副線圈匝數(shù)可調(diào),輸出電壓通過輸電線送給用戶(電燈等用電器),R表示輸電線的電阻,則(

)A.用電器增加時(shí),變壓器輸出電壓增大B.要提高用戶的電壓,滑動(dòng)觸頭P應(yīng)向上滑C.用電器增加時(shí),輸電線的熱損耗減少D.用電器增加時(shí),變壓器的輸入功率減小B4.在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),在輸送的電功率和輸電線電阻都保持不變的條件下,輸電的電壓為U1時(shí),輸電線上損失的功率為P1;輸電的電壓為U2時(shí),輸電線上損失的功率為P2.則U1∶U2為(

)A考點(diǎn)一理想變壓器的原理和基本關(guān)系考點(diǎn)研析·感悟提升理想變壓器以及原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器沒有能量損失(銅損、鐵損),沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,P入=P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比,U1∶U2=n1∶n2,與負(fù)載的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí),I1∶I2=n2∶n1;有多個(gè)副線圈時(shí),由P入=P出,即I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn,得I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn頻率關(guān)系f1=f2(變壓器不改變交變電流的頻率)AC解析:由題可知,原線圈兩端電壓有效值為220V,由理想變壓器變壓規(guī)律可知,副線圈兩端電壓即電壓表示數(shù)為44V,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由歐姆定律可知,通過負(fù)載電阻R的電流的有效值為1A,根據(jù)理想變壓器變流規(guī)律可知,原線圈中電流即電流表示數(shù)為0.20A,A項(xiàng)正確;原線圈輸入功率P=U1I1=44W,C項(xiàng)正確;由交流電源電壓表達(dá)式可知,交變電流的頻率為50Hz,而理想變壓器不改變交變電流的頻率,D項(xiàng)錯(cuò)誤.[針對(duì)訓(xùn)練]普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測(cè)量電流,通常要通過電流互感器來連接,圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少,工作時(shí)電流為Iab,cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多,工作時(shí)電流為Icd,為了使電流表能正常工作,則(

)A.ab接MN,cd接PQ,Iab<IcdB.ab接MN,cd接PQ,Iab>IcdC.ab接PQ,cd接MN,Iab<IcdD.ab接PQ,cd接MN,Iab>IcdB解析:電流互感器ab一側(cè)線圈匝數(shù)比cd一側(cè)線圈匝數(shù)少,根據(jù)變流比公式Iabnab=Icdncd可知,Iab>Icd,又電流互感器的作用是減小測(cè)量電流,即電流表應(yīng)接在電流較小的一側(cè),ab接MN,cd接PQ,選項(xiàng)B正確.考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析1.變壓器動(dòng)態(tài)分析的兩種情況匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況2.分析動(dòng)態(tài)問題的思維程序可表示為[例2]如圖所示的電路中,有一理想變壓器,左側(cè)并聯(lián)一只理想電壓表V1后接在穩(wěn)定的交流電源上;右側(cè)串聯(lián)燈泡L和滑動(dòng)變阻器R,R上并聯(lián)一只理想電壓表V2.下列說法中正確的是(

)A.當(dāng)F不動(dòng),P向下滑動(dòng)時(shí),V1示數(shù)變大,V2示數(shù)變小B.當(dāng)F不動(dòng),P向下滑動(dòng)時(shí),燈泡消耗的功率變小C.當(dāng)P不動(dòng),F向下移動(dòng)時(shí),V1,V2的示數(shù)均變小D.當(dāng)P不動(dòng),F向下移動(dòng)時(shí),燈泡消耗的功率變大B解析:當(dāng)F不動(dòng),P向下滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻變大,則副線圈回路中總電阻變大,回路中電流減小,燈泡兩端電壓減小,功率變小,滑動(dòng)變阻器兩端電壓變大,V2的示數(shù)變大,而原線圈兩端電壓不變,則A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;當(dāng)P不動(dòng),F向下移動(dòng)時(shí),根據(jù)理想變壓器特點(diǎn)可知原線圈兩端電壓不變,副線圈兩端電壓減小,則副線圈回路中電流變小,燈泡L消耗的功率減小,電壓表V2的示數(shù)變小,C,D項(xiàng)錯(cuò)誤.[針對(duì)訓(xùn)練](多選)如圖(甲)所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1,RT為電阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻,R1為定值電阻,電壓表和電流表均為理想交流電表.原線圈所接電壓u隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化,如圖(乙)所示.下列說法正確的是(

)A.變壓器輸入、輸出功率之比為4∶1B.變壓器原、副線圈中的電流之比為1∶4C.u隨t變化的規(guī)律為u=51sin(50πt)VD.若熱敏電阻RT的溫度升高,則電壓表的示數(shù)不變,電流表的示數(shù)變大BD1.理清三個(gè)回路(如圖所示)考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電2.抓住兩個(gè)聯(lián)系3.掌握一個(gè)守恒P1=P損+P4.[例3]

(多選)小型水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)有穩(wěn)定的輸出電壓,輸電時(shí)先通過發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓,然后通過輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處用戶附近的降壓變壓器,經(jīng)降壓變壓器降低電壓后再輸送至各用戶,如圖所示.設(shè)變壓器都是理想變壓器,那么在用電高峰期,隨著用電器的增多,用戶消耗的電功率增加,下列說法正確的是(

)A.發(fā)電機(jī)的輸出電流變小B.高壓輸電線路的功率損失變大C.降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小D.升壓變壓器副線圈兩端的電壓變大BC思路探究:根據(jù)用電器增加,可知降壓變壓器的輸出電流變大,故輸電線上的電流增大,升壓變壓器的輸入電流增大,進(jìn)而分析其他物理量.解析:用電高峰期用電器增多,降壓變壓器的輸出電流增大,由變壓器原副線圈電流關(guān)系可知輸電線上的電流I增大,發(fā)電機(jī)的輸出電流變大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;輸電線路上損失的功率P損=I2R,R為輸電線路電阻,故P損變大,選項(xiàng)B正確;升壓變壓器副線圈的輸出電壓U2只與輸入電壓U1及原、副線圈匝數(shù)比有關(guān),即升壓變壓器副線圈兩端的電壓不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3=U2-U損,U損=IR,I增大,U損增大,故U3減小,由理想變壓器原副線圈的電壓關(guān)系可知降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小,選項(xiàng)C正確.方法技巧(1)畫出電能輸送的整個(gè)原理草圖.(2)以變壓器鐵芯為界線區(qū)分各個(gè)獨(dú)立回路,分析回路中的電壓、電流和功率等問題.(3)各回路間通過變壓器的匝數(shù)比、電壓比、電流比和原、副線圈輸入功率與輸出功率相同的關(guān)系相聯(lián)系.1.圖示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1,n2,在T的原線圈兩端接入一電壓u=Umsinωt的交流電源,若輸送電功率為P,輸電線的總電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則輸電線上損失的電功率為(

)題組訓(xùn)練C2.一小型水電站,其交流發(fā)電機(jī)與升壓變壓器原線圈連接,如圖為輸電示意圖.升壓變壓器原線圈的輸入功率為P1=1000kW,輸入電壓為U1=1000V,在輸電過程中,要求能量損耗等于原線圈輸入功率的4%,已知輸電線電阻為16Ω,用戶降壓變壓器的輸出電壓為240V,求:(1)升壓變壓器原線圈中的電流I1;(2)輸電線中的電流I線;答案:(1)1000A

(2)50A

(3)升壓變壓器與降壓變壓器的匝數(shù)比各為多少.答案:(3)1∶20

80∶11.(2016·全國(guó)Ⅲ卷,19)(多選)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b.當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí),兩燈泡均能正常發(fā)光,下列說法正確的是(

)A.原、副線圈匝數(shù)之比為9∶1B.原、副線圈匝數(shù)之比為1∶9C.此時(shí)a和b的電功率之比為9∶1D.此時(shí)a和b的電功率之比為1∶9真題試做·模擬演練ADB3.(2019·安徽黃山模擬)圖(甲)為某水電站的電能輸送示意圖,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶15,降壓變壓器的副線圈接有負(fù)載R,升壓、降壓變壓器之間的輸電線路的總電阻為10Ω,變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器原線圈中接入如圖(乙)所示的正弦式交變電壓,輸送功率為33kW.下列說法正確的是(

)A.輸電線上交變電流的變化周期為0.01sB.輸電線中電流為150AC.降壓變壓器原線圈輸入電壓為3200VD.輸電線上功率損失為