物理選修3-2人教新課標(biāo)5.4變壓器同步學(xué)案

1、學(xué)案49 變壓器遠(yuǎn)距離輸電一、概念規(guī)律題組1理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1n2101，原線圈兩端接通交流電源，則()A原、副線圈中電流頻率之比f1f2101B原、副線圈兩端電壓之比為U1U2101C原、副線圈內(nèi)交變電流之比I1I2110D變壓器輸入和輸出功率之比P1P21012遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，在輸送電功率不變的條件下()A只有增大導(dǎo)線的電阻，才能減小電流，提高輸電效率B提高輸電電壓，能減小電流，提高輸電效率C提高輸電電壓勢必增大輸電導(dǎo)線上的能量損耗D提高輸電電壓勢必增大輸電導(dǎo)線上的電流圖13如圖1所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V，60 W

2、”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則()A電流表的示數(shù)為 AB電源輸出功率為1 200 WC電流表的示數(shù)為 AD原線圈端電壓為11 V二、思想方法題組4某發(fā)電站采用高壓輸電向外輸送電能若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導(dǎo)線的總電阻為R.則下列說法正確的是()A輸電線上的電流IB輸電線上的電流IC輸電線上損失的功率P()2RD輸電線上損失的功率P圖25如圖2所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開始時(shí)，開關(guān)S斷開當(dāng)S接通時(shí)，以下說法中正確的是()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上的電壓增大C通過燈泡L1的電流減小D原線圈中的

3、電流增大一、理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系基本關(guān)系功率關(guān)系P入P出電壓關(guān)系，與負(fù)載情況、副線圈個(gè)數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí)，；多個(gè)副線圈時(shí)，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中交流電的頻率相等制約關(guān)系電壓副線圈的電壓U2由原線圈的電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈的電流I1由副線圈的電流I2和匝數(shù)比決定【例1】 (2011·廣東·19)圖3(a)左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負(fù)載電路中R55 ，、為理想電流表和理想電壓表，若原線圈接入如圖3(b)所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110 V，下列

4、表述正確的是()(a)(b) 圖3A電流表的示數(shù)為2 AB原、副線圈匝數(shù)比為12C電壓表的示數(shù)為電壓的有效值D原線圈中交變電壓的頻率為100 Hz規(guī)范思維二、變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題此類問題大致有兩種情況：一是負(fù)載電阻不變，原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)、輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比變化而變化的情況；另一類是匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系，這是處理此類問題的關(guān)鍵動(dòng)態(tài)分析問題的思路程序可表示為：【例2】 如圖4所示，T為理想變壓器，副線圈回路中的輸電線ab和cd的電阻不可忽略，其余輸電線電阻可不計(jì)，則當(dāng)開關(guān)S

5、閉合時(shí)()圖4A交流電壓表V2和V3的示數(shù)一定都變小B交流電壓表V3的示數(shù)變小C交流電流表A1、A2和A3的示數(shù)一定變大D只有A1的示數(shù)變大規(guī)范思維三、輸電電路的基本分析圖51如圖5所示，發(fā)電站的輸出電功率為P，輸出電壓為U，用戶得到的電功率為P，電壓為U，則輸電電流為I.2輸電導(dǎo)線損失的電壓：U線UUIR線3輸電導(dǎo)線上損失的電功率PPPI2R線()2R線.4減少電能損失的基本途徑：根據(jù)公式PI2R線()2R線可知有兩個(gè)基本途徑：減小輸電線電阻，如加大輸電導(dǎo)線的橫截面積，采用電阻率小的材料等；高壓輸電，在輸送功率一定的條件下，提高電壓，減小輸送電流【例3】 (2010·浙江理綜

6、83;17)某水電站，用總電阻為2.5 的輸電線輸電給500 km外的用戶，其輸出電功率是3×106 kW，現(xiàn)用500 kV的電壓輸電，則下列說法正確的是()A輸電線上輸送的電流大小為2.0×105 AB輸電線上由電阻造成的電壓損失為15 kVC若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9×108 kWD輸電線上損失的功率為PU2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻規(guī)范思維四、遠(yuǎn)距離高壓輸電問題的分析1遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以圖6為例)圖6(1)功率關(guān)系P1P2，P3P4，P2P線P3(2)電壓、電流關(guān)系，U2U線U3I2I3I線(3)輸電電流：I線(

7、4)輸電導(dǎo)線上損失的電功率P線U線I線IR線()2R線2關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電問題的處理思路常見問題有兩類：一類是按發(fā)電機(jī)升壓輸電線降壓用電器的順序分析或按用電器到發(fā)電機(jī)的順序分析；還有一類常見的是從中間突破的題目，即由輸電線上的功率損失求出輸電線上的電流，也就是流過升壓變壓器副線圈和降壓變壓器原線圈的電流，再由理想變壓器的工作原理推斷發(fā)電和用電的問題【例4】 某小型發(fā)電站的發(fā)電機(jī)輸出交流電壓為500 V，輸出電功率為50 kW，如果用電阻為3 的輸電線向遠(yuǎn)處用戶送電，這時(shí)用戶獲得的電壓和電功率是多少？假如，要求輸電線上損失的電功率是輸送功率的0.6%，則發(fā)電站要安裝一個(gè)升壓變壓器，到達(dá)用戶前再用降壓

8、變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用，不考慮變壓器的能量損失，這兩個(gè)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？規(guī)范思維針對(duì)訓(xùn)練(2009·山東理綜·19)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖7所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則()圖7A.>B.<C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率【基礎(chǔ)演練】圖81如圖8所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為101.原線圈接電壓u

9、220sin 100t V的交流電源，副線圈接兩個(gè)阻值均為R22 的負(fù)載電阻，電表均為理想電表則下述結(jié)論中正確的是()A開關(guān)S斷開時(shí)，電流表A的示數(shù)為0.1 AB開關(guān)S斷開時(shí)，電壓表V的示數(shù)為11 VC開關(guān)S閉合時(shí)，電流表A的示數(shù)為0.05 AD開關(guān)S閉合時(shí)，電壓表V的示數(shù)為22 V2(2011·山東·20)為保證用戶電壓穩(wěn)定在220 V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，圖9甲為調(diào)壓變壓器示意圖保持輸入電壓u1不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓某次檢測得到用戶電壓u2隨時(shí)間t變化的曲線如圖乙所示以下正確的是() 甲乙 圖9Au1190sin (50t) VBu2190sin

10、(100t) VC為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)將P適當(dāng)下移D為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)將P適當(dāng)上移3(2010·江蘇單科·7)在如圖10所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有()圖10A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大圖114(2010·山東濰坊一模)如圖11所示，電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P是滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，原線圈兩端接電壓有效值恒定的交變電

11、流，則能使原線圈的輸入功率變大的是()A保持P的位置不變，S由b切換到aB保持P的位置不變，S由a切換到bCS擲于b位置不動(dòng)，P向上滑動(dòng)DS擲于b位置不動(dòng)，P向下滑動(dòng)5(2010·天津理綜·7)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導(dǎo)線電阻不計(jì)，如圖12所示當(dāng)開關(guān)S閉合后()圖12AA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變BA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大DV2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)

12、的比值不變6如圖13所示，圖13理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n241，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的電阻B阻值相等，a、b兩端加一定的交變電壓U后兩電阻消耗的功率之比PAPB為()A41 B14 C161 D116【能力提升】7(2009·廣東單科·9)如圖14為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖，關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是()圖14A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題號(hào)1234567答案8

13、.(2011·湖南長沙模擬)交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一小型發(fā)電機(jī)的線圈共220匝，線圈面積S0.05 m2，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為50 Hz，線圈內(nèi)阻不計(jì)，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B T用此發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流電帶動(dòng)兩個(gè)標(biāo)有“220 V，11 kW”的電機(jī)正常工作，需在發(fā)電機(jī)的輸出端a、b與電機(jī)之間接一個(gè)理想變壓器，電路如圖15所示求：圖15(1)發(fā)電機(jī)的輸出電壓；(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；(3)與變壓器原線圈串聯(lián)的電流表的示數(shù)9三峽水利樞紐工程是長江流域治理開發(fā)的關(guān)鍵工程，建成后將是中國規(guī)模最大的水利工程，樞紐控制流域面積1×106 k

14、m2，占長江流域面積的56%，壩址處年平均水流量Q4.51×1011 m3.水利樞紐的主要任務(wù)包括防洪、發(fā)電、航運(yùn)三方面，在發(fā)電方面，三峽電站安裝水輪發(fā)電機(jī)組26臺(tái)，總裝機(jī)容量(26臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)工作時(shí)的總發(fā)電功率)P1.82×107 kW，年平均發(fā)電約W8.40×1010 kW·h，該工程將于2009年全部竣工，電站主要向華中、華東電網(wǎng)供電，以緩解這兩個(gè)地區(qū)的供電緊張局面，閱讀上述資料，解答下列問題(水的密度1.0×103 kg/m3，取重力加速度g10 m/s2)(1)若三峽電站上下游水位差按H100 m計(jì)算，試推導(dǎo)三峽電站將水流的勢能轉(zhuǎn)化

15、為電能的效率的公式，并計(jì)算出效率的數(shù)值(2)若26臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部建成并發(fā)電，要達(dá)到年發(fā)電量的要求，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組平均年發(fā)電時(shí)間t為多少天？(3)將該電站的電能輸送到華中地區(qū)，送電功率P14.5×106 kW；采用超高壓輸電，輸電電壓U500 kV，而發(fā)電機(jī)輸出的電壓約U018 kV，要使輸電線上損耗的功率等于輸送電功率5%，求發(fā)電站的升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比和輸電線路的總電阻學(xué)案49變壓器遠(yuǎn)距離輸電【課前雙基回扣】1BC根據(jù)變壓器的電壓比和電流比可知選項(xiàng)B、C是正確的；對(duì)于理想變壓器，不改變頻率且輸入與輸出的功率應(yīng)相等，即P1P2，所以選項(xiàng)A、D是錯(cuò)誤的2B在輸出功率一定時(shí)，由PU

16、I知，當(dāng)U增大時(shí)，I減小，輸電導(dǎo)線損耗的功率P損I2R將變小3C因?yàn)闊襞菡０l(fā)光所以副線圈中的電流：I2 A A根據(jù)公式得I1I2× A A，即電流表的示數(shù)應(yīng)為 A，故A錯(cuò)，C對(duì)；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入P出可得電源的輸出功率為60 W，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)公式，得U1U2×220 V4 400 V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤4BC輸電線上的電流I線，故A錯(cuò)誤，B正確；輸電線上的功率損失PIR()2R，故C正確，D錯(cuò)誤5BCD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兩端輸出電壓不變并聯(lián)燈泡L2，負(fù)載總電阻變小，由歐姆定律I知，流過R的電流增大，電阻R上的電壓

17、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，則原線圈輸入電流I1也增大UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過燈泡L1的電流減小思維提升1變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，變壓器只能變電壓，不能變頻率2輸電線上的功率損失P損I2R線R線U損I.減少輸電線功率損失的兩種方法：(1)減小R線；(2)減小電流，提高輸電電壓3理想變壓器的基本關(guān)系式：(1)P入P出，(2)，(3)I1n1I2n2或(只有一個(gè)副線圈)【核心考點(diǎn)突破】例1 AC由I得，I A2 A，A正確理想變壓器中，所以，B錯(cuò)誤測量交流電時(shí)電表示數(shù)均為有效值，C正確，由題圖(b)

18、知T0.02 s，由f得，f50 Hz，D錯(cuò)誤規(guī)范思維熟練掌握變壓器的工作原理，記住以下幾條：變壓器不改變交流電的頻率與功率兩線圈上電壓比等于匝數(shù)比單副線圈變壓器，電流比等于匝數(shù)反比對(duì)電壓，副線圈隨原線圈改變；對(duì)電流，原線圈隨副線圈而改變例2 B因?yàn)閁不變，由可得U2不變；當(dāng)S閉合后副線圈所在電路電阻R減小，由I2可知電流I2增大，而電阻R1兩端電壓U3U2I2R線，故U3變小，I3變??；由UI1U2I2得I2，故I1增大綜上所述，I1、I2增大，I3減小，U2不變，U3減小，故只有B項(xiàng)正確規(guī)范思維處理此類問題的關(guān)鍵是要深刻理解變壓器的工作原理，辨清原、副線圈中的變量與不變量，明確各個(gè)變量間的

19、制約關(guān)系(電壓制約：原制約副；電流制約：副制約原；功率制約：副制約原)例3 B輸電線上輸送的電流I6 000 A，A錯(cuò)；輸電線上損失的電壓為UIr6 000×2.5 V1.5×104 V15 kV，B對(duì)；若改用5 kV的電壓輸電，則輸電線上輸送的電流I6×105 A，輸電線上損失的功率PI2r(6×105)2×2.5 W9×108 kW>3×106 kW，表明電能將在線路上損耗完，則輸電線上損失的功率為3×106 kW，C錯(cuò)；D項(xiàng)中輸電線上損失的功率PU2/r，U應(yīng)為輸電線上損耗的電壓，而不是輸電電壓，D錯(cuò)規(guī)

20、范思維解此類題目，要注意公式中各量的一一對(duì)應(yīng)，如輸電線上功率損失PI2RR中，U為輸送電壓，P中，U為線路上損失的電壓；對(duì)于本題還要考慮實(shí)際情況例4 200 V2×104 W11049722解析用500 V電壓送電時(shí)示意圖如圖所示，輸電線上的電流I0P/U050×103/500 A100 A.用戶獲得電壓U1U0I0R(500100×3) V200 V；用戶獲得的電功率P1I0U12×104 W.改用高壓輸送時(shí)，示意圖如下圖所示，要求P損0.6%P，即P損50×103×0.6% W300 W.輸電電流I A10 A.發(fā)電站升壓后輸電電

21、壓U V5 000 V，升壓變壓器匝數(shù)比n1/n2U0/U500/5 0001/10.輸電線上損失的電壓UI·R10×3 V30 V，降壓變壓器的輸入電壓U2UU(5 00030) V4 970 V，降壓變壓器的匝數(shù)比.規(guī)范思維分析此類問題，先畫出輸電線路圖，然后以變壓器為界，分成幾個(gè)獨(dú)立的閉合回路，應(yīng)用串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)及電功、電功率有關(guān)公式分析各個(gè)回路的電流、電壓和功率關(guān)系各獨(dú)立回路之間可通過變壓器的及功率P入P出等聯(lián)系起來針對(duì)訓(xùn)練AD思想方法總結(jié)1對(duì)于理想變壓器記住四點(diǎn)(1)原線圈的輸入功率由副線圈的輸出功率決定(2)電壓表、電流表的讀數(shù)均為交流電的有效值(3)原、副

22、線圈上交流電的周期與頻率是相同的(4)原、副線圈的電壓、電流與原、副線圈匝數(shù)有比例關(guān)系2關(guān)于理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種類型：負(fù)載電阻不變，原、副線圈的電壓U1、U2不變，電流I1、I2，功率P1、P2隨匝數(shù)比的變化而變化；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3(1)求解遠(yuǎn)距離輸電的關(guān)鍵是熟悉輸電線路圖，并畫出示意圖，把需要的物理量都標(biāo)在圖中的相應(yīng)位置上(2)分別在“三個(gè)回路”以及“兩個(gè)變壓器”上找各物理量的關(guān)系，特別注意升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路，在此回路中利用電路知識(shí)分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系(3)注意輸電線路上的功率損失與電壓