《2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 10.3變壓器 電能輸送學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 10.3變壓器 電能輸送學(xué)案（8頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 3 課時(shí)變壓器電能輸送 基礎(chǔ)知識(shí)歸納1.變壓器(1)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖所示：閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成一個(gè)變壓器.原線圈n1(又稱(chēng)初級(jí)線圈)與電源連接，副線圈n2(又稱(chēng)次級(jí)線圈)與負(fù)載連接，作為用電器的電源.(2)理想變壓器的工作原理理想變壓器：是種理想化模型，沒(méi)有任何損耗，輸入功率等于輸出功率.工作原理：電磁感應(yīng)理想變壓器原、副線圈中具有完全相同的磁通量及磁通量的變化率.電壓比和電流比電壓比：由Un得單個(gè)副線圈，多個(gè)副線圈U1U2U3n1n2n3電流比：?jiǎn)蝹€(gè)副線圈多個(gè)副線圈，由P1P2P3得U1I1U2I2U3I3n1I1n2I2n3I3(3)幾種常見(jiàn)的變壓器：自耦變壓器、互感器.

2、2.遠(yuǎn)距離輸電(1)目的向遠(yuǎn)距離輸送電能，且盡可能減少在輸電線上的損失.(2)方法由P損I2R可知，要減小損失的電能可以有兩種方法：減小輸電導(dǎo)線的電阻.由于R，故可采用電阻率較小的材料，并加大導(dǎo)線的橫截面積.這種方法的作用十分有限，代價(jià)較高，可適當(dāng)選用.減小輸電電流.由于I，P為額定輸出功率，U為輸出電壓，增大U可減小I.這是遠(yuǎn)距離輸電的一種常用的方法.(3)遠(yuǎn)距離輸電的電路模式如圖所示功率關(guān)系：P1P2P3P4P2P3P電壓關(guān)系：U2U3U輸電電流：I輸電線上電壓降和消耗的電功率UIR，PI2R注意：R為兩根輸電導(dǎo)線的總電阻.重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、原、副線圈匝數(shù)不變時(shí)，理想變壓器有哪些決定關(guān)系理想

3、變壓器的原、副線圈的匝數(shù)不變時(shí)，如果變壓器的負(fù)載發(fā)生變化，怎樣確定其他有關(guān)物理量的變化，可依據(jù)以下原則來(lái)判斷.有三個(gè)決定關(guān)系：1.輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2隨著U1的變化而變化，因?yàn)閁2U1，所以只要U1不變化，不論負(fù)載如何變化，U2不變.2.輸出功率P2決定輸入功率P1.理想變壓器的輸出功率和輸入功率相等，即P2P1.在輸入電壓U1不變的情況下，U2不變.若負(fù)載電阻R增大，則由公式P得：輸出功率P2減小，輸入功率P1也隨著減??；反之，若負(fù)載電阻R增大，則輸出功率P2增大，輸入功率P1也隨著P2減小.3.輸出電流I2決定輸入電流I1.在輸入電壓U1不變的情況下，U2不變.若負(fù)載電阻R

4、增大，則由公式I得：輸出電流I2減小，由P2P1知輸入電流I1亦隨著減小；反之，若負(fù)載電阻R減小，則輸出電流I2增大，輸入電流I1亦隨著增大.二、理想變壓器副線圈有一個(gè)和多個(gè)時(shí)的比例關(guān)系有何異同由一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈組成由一個(gè)原線圈和多個(gè)副線圈組成(以?xún)蓚€(gè)副線圈為例)電壓關(guān)系電流關(guān)系功率關(guān)系P2P1或U1I1U2I2P1P2P3或U1I1U2I2I3U3頻率關(guān)系f1f2三、變壓器工作時(shí)能量損耗的來(lái)源有哪些變壓器在工作時(shí)，實(shí)際上從副線圈輸出的功率并不等于從原線圈輸入的功率，而有少量的功率損耗，功率損耗的形式有三種：1.銅損：實(shí)際變壓器的原、副線圈都是用絕緣銅導(dǎo)線繞制的，雖然銅的電阻率很小，但銅

5、導(dǎo)線還是有一定的電阻，因此，當(dāng)變壓器工作時(shí)，線圈中就會(huì)有熱量產(chǎn)生導(dǎo)致能量損耗，這種損耗叫銅損.2.鐵損：變壓器工作時(shí)，原、副線圈中有交變電流通過(guò)，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，鐵芯中就會(huì)因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱而導(dǎo)致能量損耗，這種在鐵芯中損失的能量叫鐵損.3.磁損：變壓器工作時(shí)，原、副線圈產(chǎn)生的交變磁通量絕大多數(shù)通過(guò)鐵芯，但也有很少一部分磁通量從線圈匝與匝之間漏掉，即有漏磁.這就使得通過(guò)原副線圈的磁通量并不相等，這漏掉的磁通量會(huì)在周?chē)臻g形成電磁波而損失一部分能量，這種損耗叫磁損.四、“提高電壓，降低電流”是否與歐姆定律相矛盾不矛盾，歐姆定律是對(duì)純電阻耗能元件成立的定律，而“提高電壓，降低電流

6、”是從輸送角度，由PIU，且P一定的條件下得出的結(jié)論，兩者沒(méi)有聯(lián)系.五、高壓輸電是不是電壓越高越好輸電線上的電壓損失，不但有導(dǎo)線電阻引起的電壓損失，而且有電抗引起的電壓損失，電抗造成的電壓損失隨電壓的增大而增大，所以高壓輸電并非電壓越高越好.另外，電壓越高，對(duì)線路和變壓器的技術(shù)要求就越高，線路的修建費(fèi)用就會(huì)增多，所以實(shí)際輸電時(shí)，綜合考慮各種因素，依照不同的情況，選擇合適的輸電電壓.典例精析1.變壓器的決定關(guān)系【例1】理想變壓器的原線圈連接一個(gè)電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過(guò)滑動(dòng)觸頭Q調(diào)節(jié)，如圖所示.在副線圈上連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭.原線圈兩端接在電壓為U

7、的交流電源上.則()A.保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小C.保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大D.保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小【解析】根據(jù)理想變壓器原、副線圈上電壓、電流的決定關(guān)系知：在輸入電壓U1不變的情況下，U2不變.當(dāng)保持Q的位置不動(dòng)，滑動(dòng)頭P向上滑動(dòng)時(shí)，副線圈上的電阻增大，電流減小，故輸入電流I亦隨著減小，即電流表的示數(shù)變小，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，由知，副線圈上匝數(shù)增大，引起副線圈上電壓增大，即副線圈上電流增大，故原線圈上的電流亦隨著增大，故電流表

8、的示數(shù)增大，C正確，D錯(cuò)誤.【答案】BC【思維提升】一般由負(fù)載變化引起變壓器各量的變化時(shí)，分析順序?yàn)椋贺?fù)載變化副線圈電流變化原線圈電流變化，負(fù)載變化副線圈功率變化原線圈功率變化.【拓展1】如圖所示，一只理想變壓器的副線圈上通過(guò)輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，當(dāng)S接通時(shí)，下列選項(xiàng)正確的是( BCD )A.副線圈兩端M、N的輸出電壓減小B.副線圈輸電線等效電阻R上的電壓降增大C.通過(guò)燈泡L1的電流減小D.原線圈中的電流增大【解析】由于輸入電壓不變，所以S接通時(shí)，理想變壓器副線圈M、N兩端的輸出電壓不變.并聯(lián)燈泡L2，總電阻變小，由歐姆定律IU2/R2知，流

9、過(guò)R的電流增大，電阻上的電壓降URIR增大.副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率I1U1I2U2，得I2增大，原線圈輸入電流I1也增大.UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過(guò)燈泡L1的電流減小.2.變壓器的比例關(guān)系【例2】如圖所示，變壓器的輸入電壓U一定，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)是n2和n3.當(dāng)把電熱器接a、b，讓c，d空載時(shí)，安培表讀數(shù)是I2；當(dāng)把同一電熱器接c、d，而a、b空載時(shí)，安培表讀數(shù)是I3，則I2I3等于()A.n2n3 B.n3n2C.nn D.nn【解析】由變壓比知：，由P2P1知，當(dāng)電熱器接a、b，讓c、d空載時(shí)，有：I2U；當(dāng)把同一電熱器接c、d而a、b空載時(shí)，有：I3

10、U，所以I2I3UUnn，故答案為C.【答案】C【思維提升】副線圈有多個(gè)時(shí)，變壓比等于匝數(shù)比仍然成立，變流比不再與匝數(shù)比成反比，而要用原、副線圈功率相等去推導(dǎo).若原線圈中有用電器時(shí)，不要把電源電壓與原線圈電壓搞混，錯(cuò)誤利用電源電壓去尋找比例關(guān)系，而要把原線圈所在電路當(dāng)做一回路處理，原線圈相當(dāng)于一非純電阻用電器，其兩端電壓與副線圈電壓的比值等于匝數(shù)比.2.高壓輸電【例3】某交流發(fā)電機(jī)輸出功率為5105 W，輸出電壓U1.0103 V，假如輸電線的總電阻R10 ，在輸電線上損失的電功率等于輸電功率的5%，用戶(hù)使用電壓U380 V.(1)畫(huà)出輸電線路的示意圖，并標(biāo)明各部分的符號(hào)；(2)所用升壓和降壓

11、變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是多少？(使用的變壓器是理想變壓器)【解析】(1)如圖所示.(2)I1500 AP損5%5105 W2.5104 WP損IRI250 AI3 A所以【思維提升】遠(yuǎn)距離輸電的分析方法：(1)首先畫(huà)出輸電電路；(2)以變壓器為界劃分好各個(gè)回路，對(duì)各個(gè)回路獨(dú)立運(yùn)用歐姆定律、焦耳定律和電功、電功率公式進(jìn)行計(jì)算；(3)抓住聯(lián)系各回路之間的物理量，如變壓器兩側(cè)的功率關(guān)系和兩端電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系.【拓展2】“十一五”期間，我國(guó)將加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，其中一項(xiàng)措施就是大力推進(jìn)能源節(jié)約.遠(yuǎn)距離輸電時(shí)尤其要注意電能的節(jié)約問(wèn)題，假設(shè)某電站輸送電壓為U6 000 V，輸送功率為P500 k

12、W，這時(shí)安裝在輸電線路的起點(diǎn)和終點(diǎn)的電度表一晝夜里讀數(shù)相差4 800 kWh，試求：(1)使用該輸送電壓輸電時(shí)的輸電效率和輸電線的電阻；(2)若要使輸電損失的功率降到輸送功率的2%，試論述電站應(yīng)該采用什么輸電辦法？【解析】(1)依題意輸電電線上的功率損失為P損W/t(4 800/24)kW200 kW則輸電效率：(PP損)/P(500200)/50060%因?yàn)镻損I2R線，又因?yàn)镻IU，所以IA，所以R線28.8 (2)應(yīng)該采用高壓輸電的辦法.設(shè)升壓至U可滿(mǎn)足要求，則輸送電流：IP/U500 000/U A輸電線上損失的功率為P損I2R損P2%10 000 W則有：(500 000/U)2R線

13、10 000得UV2.68104 V 易錯(cuò)門(mén)診【例4】有條河流，流量Q2 m3/s，落差5 m，現(xiàn)利用其發(fā)電，若發(fā)電機(jī)總效率為50%，輸出電壓為240 V，輸電線總電阻R30 ，允許損失功率為輸出功率的6%，為滿(mǎn)足用電需求，則該輸電線路所使用的理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少？能使多少盞“220 V，100 W”的電燈正常發(fā)光？【錯(cuò)解】設(shè)水的密度為，電源端輸出功率P輸出50%Qgh50%5104 W，由題意知P損6%P輸出6%5104 W3 000 W，而P損，所以U2300 V【錯(cuò)因】計(jì)算與遠(yuǎn)距離輸電有關(guān)的線路功率損耗問(wèn)題時(shí)，沒(méi)有注意不同公式中各物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如P損I2R線改為P損時(shí)

14、，U應(yīng)是輸電導(dǎo)線兩端的電壓，而不是輸電電壓.如此題中在求升壓變壓器中的輸出電壓時(shí)，P損6%P輸出6%5104 W3 000 W，而P損，從而求出U2300 V的錯(cuò)誤結(jié)論.【正解】將水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電，應(yīng)先確定輸出功率，再利用遠(yuǎn)距離輸電示意圖及規(guī)律求解.遠(yuǎn)距離輸電示意圖如圖所示，設(shè)水的密度為，電源的輸出功率P輸出50%Qgh50%5104 W由題意知P損I2RR.又P損6%P輸出，所以U25.0103 V，故升壓變壓器匝數(shù)比.又U3U2IR4 700 V，U4220 V，因此.正常發(fā)光的電燈盞數(shù)N470盞【思維提升】遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題關(guān)鍵是要畫(huà)出等效電路圖，標(biāo)出有關(guān)物理量，再分析這些物理量之間的關(guān)系.