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1、2020屆高三新課標物理一輪原創(chuàng)精品學案 專題30 變壓器 電能的輸送
教學目標:1.了解變壓器的工作原理,掌握理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關系
2.理解遠距離輸電的原理
3.能夠討論負載變化時電流、電壓等相關物理量的變化情況
本講重點:理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關系
本講難點:變壓規(guī)律和變流規(guī)律的應用
考點點撥:1.理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律
2.解決變壓器問題的常用方法
3.遠距離輸電
第一課時
4.變壓器原、副線圈的磁通量的變化率是相等的(“日”字形變壓器除外)。
5.輸電導線上的損失
減小輸送損失的方法為減小輸電導線的電阻、減小輸送電流。
高考要點
2、精析
(一)理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律
☆考點點撥
在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓U1后,由于電磁感應的原因,原、副線圈中都將產(chǎn)生感應電動勢,根據(jù)法拉第電磁感應定律有:,
忽略原、副線圈內(nèi)阻,有 U1=E1 , U2=E2
另外,考慮到鐵心的導磁作用而且忽略漏磁,即認為在任意時刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等,于是又有
由此可見:
(1)理想變壓器的理想化條件一般指的是:忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓,忽略原、副線圈磁通量的差別,忽略變壓器自身的能量損耗(實際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數(shù)的差別.)
【例1】理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈
3、的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝,電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實際功率為36W,測得初級線圈的電流為I1=0.3A,求通過n3的負載R的電流I3。
解:由于兩個次級線圈都在工作,所以不能用I∝1/n,而應該用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V,U3=1000V;由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。
☆考點精煉
(二)解決變壓器問題的常用方法
☆考點點撥
思路1 電壓思路。變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2=n1/n2;當變壓器有多個副繞組時U1/n1=U2/n2=U3/n3=……
思路
4、2 功率思路。理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出,即P1=P2;當變壓器有多個副繞組時P1=P2+P3+……
思路3 電流思路。由I=P/U知,對只有一個副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1;當變壓器有多個副繞組時n1I1=n2I2+n3I3+……
【例2】如圖,為一理想變壓器,K為單刀雙擲開關,P為滑動變阻器的滑動觸頭,U1為加在原線圈兩端的電壓,I1為原線圈中的電流強度,則
A.保持U1及P的位置不變,K由a合到b時,I1將增大
B.保持U1及P的位置不變,K由b合到a時,R消耗的功率減小
C.保持U1不變,K合在a處,使P上滑,I1將增大
D.保持P的位置不變,K合在a
5、處,若U1增大,I1將增大
命題意圖:以變壓器動態(tài)問題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力.
錯解分析:部分考生對變壓器工作原理理解不深刻,辨不清原副線圈中的變量與不變量,理不明各量間"誰制約誰"的制約關系;導致錯選.
解析:K由a合到b時,n1減小,由U1/U2=n1/n2,可知U2增大,P2=U22/R隨之增大,而P1=P2,又P1=I1U1,從而I1增大,A正確;K由b合到a時,與上述情況相反,P2將減小,B正確;P上滑時,R增大,P2=U22/R減小,又P1=P2,P1=I1U1,從而I1減小,C錯誤;U1增大,由U1/U2=n1/n2可知,U2增大,I2=U2/R隨之增大,
6、由I1/I2=n2/n1可知I1也增大,D正確.故選項A、B、D正確.
☆考點精煉
2.一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝,兩個副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝,n3=600匝,若通過兩個副線圈中的電流強度分別是I2=1 A,I3=4 A,求原線圈中的電流強度.
第二課時
(三)遠距離輸電
☆考點點撥
一定要畫出遠距離輸電的示意圖來,包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并按照規(guī)范在圖中標出相應的物理量符號。一般設兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1、n1/ n2、n2/,相應的電壓、電流、功率也應該采用相應的符號來表示。
⑴減少輸電線功率損失的途徑是提
7、高輸電電壓或增大輸電導線的橫截面積。兩者相比,當然選擇前者。⑵若輸電線功率損失已經(jīng)確定,那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積,從而節(jié)約大量金屬材料和架設電線所需的鋼材和水泥,還能少占用土地。
~
R
【例3】 學校有一臺應急備用發(fā)電機,內(nèi)阻為r=1Ω,升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1,輸電線的總電阻為R=4Ω,全校22個教室,每個教室用“220V,40W”的燈6盞,要求所有燈都正常發(fā)光,則:⑴發(fā)電機的輸出功率多大?⑵發(fā)電機的電動勢多大?⑶輸電線上損耗的電功率多大?
【例4】 在遠距離輸電時,要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電站,輸送的電功率為P=5
8、00kW,當使用U=5kV的電壓輸電時,測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求:⑴這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。⑵若想使輸電效率提高到98%,又不改變輸電線,那么電站應使用多高的電壓向外輸電?
☆考點精煉
3.發(fā)電機輸出功率為100 kW,輸出電壓是250 V,用戶需要的電壓是220 V,輸電線電阻為10 Ω.若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%,試求:
(1)在輸電線路中設置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比.
(2)畫出此輸電線路的示意圖.
(3)用戶得到的電功率是多少?
考點精煉參考答案
1.解:電流互感器要把大電流變?yōu)樾?/p>
9、電流,因此原線圈的匝數(shù)少,副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。選A。
2.解析:電流強度與匝數(shù)成反比,僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況,本題有兩個副線圈,應根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析,由于理想變壓器無能量損失,所以有P1=P2+P3(P1為原線圈輸入功率,P2、P3分別為兩只副線圈的輸出功率)
根據(jù)電功率公式有:I1U1=I2U2+I3U3 ①
又因為,U2= ②
,U3=U1 ③
把②③代入①,整理得:I1n1=I2n2+I3n3
所以I1=A=2.24 A
三、考點落實訓
10、練
1.如圖所示,甲圖是接有燈泡L的和交流電表的理想變壓器,乙圖是輸出電壓U2的圖象,已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1 ,電流表的示數(shù)為2.0A ,則( )
A.電壓表V1的示數(shù)為220V B.電壓表V2的示數(shù)為20V
C.變壓器原線圈電流的最大值為0.28A D.燈泡實際消耗功率為40W
2.如圖所示,展示了四種亮度可調的臺燈的電路圖,它們所用的白熾燈完全相同,且都是“220V,40W”規(guī)格的。當燈泡的實際功率都調至20W時,消耗總功率最小的臺燈是( )
3.電廠發(fā)電機的端電壓為250V ,輸出功率為10kW ,在
11、進行遠距離輸電時,輸電線總電阻為5Ω,則( )
A.直接輸電,用戶兩端的電壓只有50V
B.若要求用戶兩端的電壓為220V ,則應配備原、副線圈匝數(shù)比為1/4(發(fā)電廠)和5/1(用戶端)的變壓器
C.若要求輸電線損耗的功率僅為總功率的5% ,則用戶端的電壓為237.5V
D.若用10000V的高壓輸電,輸電線的損耗功率僅為總功率的0.05%
7.變壓器原線圈的匝數(shù)是n1,兩個副線圈的匝數(shù)是n2和n3, n1∶n2∶n3=10∶10∶1,已知輸入電壓U1=220V,第一副線圈的負載是R2=110ΩW,第二個副線圈中的電流I3=2A,則第一個副線圈中的電流I2和原線圈中的電流I1
12、各是[ ]
A.1A、3A B.1A、0.7A C.2A、4A D.2A、2.2A
R2
R1
L1
L2
S
8.如圖所示,理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個完全相同的燈泡L1和L2,原線圈和電源間串接一個電阻R1,輸電導線的等效電阻為R2,電源的電壓恒定。開始時,開關S斷開,當S接通時,以下說法中正確的是( )
A.副線圈兩端的輸出電壓減小
B.R2上的電壓降增大
C.通過燈泡L1的電流將增大
D.原線圈兩端的電壓將增大
A
9.如圖所示,原線圈接在i=Imsinωt的交流電源上,當t=T/4時,i=14.1mA,而交流電壓表讀數(shù)為0.3A,則此變壓器原副線圈的匝數(shù)比為( )
A.21 :1 B.30 :1
C.1 :21 D.1 :30
考點落實訓練參考答案
1.BCD 2.C 3.AD 4.BCD 5.D
6.ACD 7.D 8.AB 9.B 10.A
11.5∶2 、1∶1 ;
12.880V
13.220 :9
14.0.28wb/s
15.6 :125 47 :2 圖略