2020屆高考物理一輪 專(zhuān)題30 變壓器 電能的輸送學(xué)案 新課標(biāo)

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1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專(zhuān)題30 變壓器 電能的輸送 教學(xué)目標(biāo):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(guān)系 2.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理 3.能夠討論負(fù)載變化時(shí)電流、電壓等相關(guān)物理量的變化情況 本講重點(diǎn):理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系 本講難點(diǎn):變壓規(guī)律和變流規(guī)律的應(yīng)用 考點(diǎn)點(diǎn)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(wèn)題的常用方法 3.遠(yuǎn)距離輸電 第一課時(shí) 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(dǎo)線上的損失 減小輸送損失的方法為減小輸電導(dǎo)線的電阻、減小輸送電流。 高考要點(diǎn)

2、精析 (一)理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律 ☆考點(diǎn)點(diǎn)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(yīng)的原因,原、副線圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)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(dǎo)磁作用而且忽略漏磁,即認(rèn)為在任意時(shí)刻穿過(guò)原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等,于是又有 由此可見(jiàn): (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(shí)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(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)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(shí)際功率為36W,測(cè)得初級(jí)線圈的電流為I1=0.3A,求通過(guò)n3的負(fù)載R的電流I3。 解:由于兩個(gè)次級(jí)線圈都在工作,所以不能用I∝1/n,而應(yīng)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(diǎn)精煉 (二)解決變壓器問(wèn)題的常用方法 ☆考點(diǎn)點(diǎn)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(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)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(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)P1=P2+P3+…… 思路3 電流思路。由I=P/U知,對(duì)只有一個(gè)副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1;當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)n1I1=n2I2+n3I3+…… 【例2】如圖,為一理想變壓器,K為單刀雙擲開(kāi)關(guān),P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,U1為加在原線圈兩端的電壓,I1為原線圈中的電流強(qiáng)度,則 A.保持U1及P的位置不變,K由a合到b時(shí),I1將增大 B.保持U1及P的位置不變,K由b合到a時(shí),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(dòng)態(tài)問(wèn)題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力. 錯(cuò)解分析:部分考生對(duì)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(shuí)制約誰(shuí)"的制約關(guān)系;導(dǎo)致錯(cuò)選. 解析:K由a合到b時(shí),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(shí),與上述情況相反,P2將減小,B正確;P上滑時(shí),R增大,P2=U22/R減小,又P1=P2,P1=I1U1,從而I1減小,C錯(cuò)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(xiàng)A、B、D正確. ☆考點(diǎn)精煉 2.一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝,兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝,n3=600匝,若通過(guò)兩個(gè)副線圈中的電流強(qiáng)度分別是I2=1 A,I3=4 A,求原線圈中的電流強(qiáng)度. 第二課時(shí) (三)遠(yuǎn)距離輸電 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 一定要畫(huà)出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來(lái),包括發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻。并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號(hào)。一般設(shè)兩個(gè)變壓器的初、次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為、n1、n1/ n2、n2/,相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號(hào)來(lái)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(dǎo)線的橫截面積。兩者相比,當(dāng)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(shè)電線所需的鋼材和水泥,還能少占用土地。 ~ R 【例3】 學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī),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(gè)教室,每個(gè)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(jī)的輸出功率多大?⑵發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大?⑶輸電線上損耗的電功率多大? 【例4】 在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)坑口電站,輸送的電功率為P=5

8、00kW,當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時(shí),測(cè)得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求:⑴這時(shí)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(yīng)使用多高的電壓向外輸電? ☆考點(diǎn)精煉 3.發(fā)電機(jī)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(shè)置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比. (2)畫(huà)出此輸電線路的示意圖. (3)用戶得到的電功率是多少? 考點(diǎn)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(cè)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(qiáng)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(gè)副線圈,應(yīng)根據(jù)理想變壓器無(wú)能量損失來(lái)分析,由于理想變壓器無(wú)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?yàn)?,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(diǎn)落實(shí)訓(xùn)

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(shí)際消耗功率為40W 2.如圖所示,展示了四種亮度可調(diào)的臺(tái)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(dāng)燈泡的實(shí)際功率都調(diào)至20W時(shí),消耗總功率最小的臺(tái)燈是( ) 3.電廠發(fā)電機(jī)的端電壓為250V ,輸出功率為10kW ,在

11、進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí),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(yīng)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(gè)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(fù)載是R2=110ΩW,第二個(gè)副線圈中的電流I3=2A,則第一個(gè)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(guò)輸電線接有兩個(gè)完全相同的燈泡L1和L2,原線圈和電源間串接一個(gè)電阻R1,輸電導(dǎo)線的等效電阻為R2,電源的電壓恒定。開(kāi)始時(shí),開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),當(dāng)S接通時(shí),以下說(shuō)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(guò)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(dāng)t=T/4時(shí),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(diǎn)落實(shí)訓(xùn)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

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