物理教科版選修1-1學(xué)案第三章3電能的傳輸Word版含答案

3電能的傳輸1.知道電能的傳輸過(guò)程以及為什么要采用高壓輸電．2.了解變壓器的構(gòu)造，知道變壓器為什么能夠改變交流電的電壓．3．知道變壓器原、副線圈的電壓與兩個(gè)線圈匝數(shù)的關(guān)系．4.知道為什么要低壓用電以及電網(wǎng)在能源利用上的作用．[學(xué)生用書(shū)P31]一、電能的傳輸過(guò)程發(fā)電廠→升壓變壓器→高壓輸電線→降壓變壓器→用電器等．二、高壓輸電1．在遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中輸電線路上的熱損耗計(jì)算公式為Q＝I2Rt．2．減少電能輸送時(shí)的損失，有兩個(gè)途徑(1)減小輸電線的電阻；(2)減小輸送電流．3．目前，遠(yuǎn)距離高壓輸電一般采用的高壓為500kV、220kV、110kV等．三、變壓器1．結(jié)構(gòu)：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的．與電源相連的線圈叫原線圈，也叫初級(jí)線圈，與負(fù)載相連的線圈叫副線圈，也叫次級(jí)線圈．2．作用：能改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率．3．理想變壓器的工作原理利用電磁感應(yīng)來(lái)改變交流電壓．4．理想變壓器兩個(gè)線圈的電壓關(guān)系U1∶U2＝n1∶n2．5．分類(lèi)：可分為升壓變壓器和降壓變壓器．四、低壓用電1．高壓用電很不安全，因此，從發(fā)電廠高壓輸來(lái)的電，還須經(jīng)降壓變壓器把電壓降下來(lái)后再使用．2．目前，工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電中，多采用380V、220V的電壓．變壓器的原理和基本量的關(guān)系[學(xué)生用書(shū)P32]理想變壓器(1)沒(méi)有能量損失(銅損、鐵損)(2)沒(méi)有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)變壓器的原理如圖所示，原線圈n1接交變電流，由于電流的變化在閉合鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，副線圈n2中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出不同于原線圈的電壓.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，公式：U1/U2＝n1/n2，與負(fù)載、副線圈的多少無(wú)關(guān)頻率關(guān)系f1＝f2(變壓器不改變交流電的頻率)如圖所示，一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1∶2；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22W；原線圈電路中接有電壓表和電流表．現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光．若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則()A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝110eq\r(2)V，I＝0.2AD．U＝110V，I＝0.2eq\r(2)A[解析]由于燈泡正常發(fā)光，故燈泡兩端電壓即副線圈兩端電壓為U2＝220V，通過(guò)燈泡的電流即副線圈中的電流為I2＝eq\f(P,U)＝eq\f(22W,220V)＝0.1A．根據(jù)理想變壓器電壓關(guān)系U1∶U2＝n1∶n2，得U1＝110V．因理想變壓器的初、次級(jí)功率相等，即U1I1＝U2I2，故I1＝eq\f(U2,U1)I2＝eq\f(220,110)×0.1A＝0.2A，故選A.[答案]A一理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個(gè)100Ω的負(fù)載電阻，如圖所示．(1)當(dāng)原線圈接在44V直流電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為_(kāi)_______V，電流表示數(shù)為_(kāi)_______A.(2)當(dāng)原線圈接在220V交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為_(kāi)_______V，電流表示數(shù)為_(kāi)_____A．此時(shí)輸入功率為_(kāi)_______W，變壓器效率為_(kāi)_______．解析：(1)原線圈接在直流電源上時(shí)，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過(guò)原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零．(2)由eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)得U2＝U1eq\f(n2,n1)＝220×eq\f(440,2200)V＝44V(電壓表讀數(shù))I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(44,100)A＝0.44A(電流表讀數(shù))P入＝P出＝I2U2＝0.44×44W＝19.36W效率η＝100%.答案：(1)00(2)440.4419.36100%高壓輸電[學(xué)生用書(shū)P33]1．高壓輸送電能全過(guò)程的示意圖如下2．各量間的關(guān)系(1)功率關(guān)系：發(fā)電機(jī)輸出功率P1，升壓變壓器的輸出功率P2，降壓變壓器的輸出功率P3，線路損失功率ΔP.理想變壓器滿足：P1＝P2＝P3＋ΔP.(2)電壓關(guān)系：在輸電電路中，輸送電壓U1，線路損失電壓ΔU，降壓變壓器的輸入電壓U2，滿足U1＝ΔU＋U2.(3)功率、電壓、電流、電阻之間的關(guān)系輸送功率P1、輸送電流I、輸送電壓U1的關(guān)系：P1＝IU1.損失功率ΔP、輸送電流I、線路電阻R的關(guān)系：ΔP＝I2R.采用高壓輸電，可有效的減少輸電線路上的電能損失，但并不是電壓越高越好，因?yàn)殡妷涸礁?，?dǎo)線會(huì)激發(fā)空氣放電，且對(duì)變壓器也有更高的要求，因此輸電電壓并不是越高越好．發(fā)電機(jī)的路端電壓220V，輸出電功率44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω，如果用初、次級(jí)線圈匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級(jí)線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶(hù)．求用戶(hù)得到的電壓和功率．[解析]線路示意圖如圖所示升壓變壓器的輸出電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(10,1)×220V＝2200V升壓變壓器的輸出電流I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(44×103,2200)A＝20A輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為：UR＝I2R＝20×0.2V＝4V，PR＝Ieq\o\al(2,2)R＝202×0.2W＝80W降壓變壓器的輸入電流和電壓分別為I3＝I2＝20AU3＝U2－UR＝2200V－4V＝2196V降壓變壓器的輸出電壓和電流分別為：U4＝eq\f(n4,n3)U3＝eq\f(1,10)×2196V＝219.6VI4＝eq\f(U3,U4)·I3＝eq\f(2196,219.6)×20A＝200A用戶(hù)得到的功率為：P4＝I4U4＝200×219.6W＝4.392×104W.[答案]219.6V4.392×104W[隨堂檢測(cè)][學(xué)生用書(shū)P33]1．下列對(duì)于電能輸送的說(shuō)法，正確的是()A．輸送電能的基本要求是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠B．減小輸電導(dǎo)線上功率損失的唯一方法是采用高壓輸電C．減小輸電導(dǎo)線上電壓損失的唯一方法是增大導(dǎo)線的橫截面積D．實(shí)際輸電時(shí)，要綜合考慮各種因素，如輸送功率大小、距離遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等解析：選D.輸送電能的基本要求是可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)．減小輸電線上的功率損失可采用高壓輸電，也可采用減小輸電線電阻，即增大導(dǎo)線橫截面積的方法．實(shí)際輸電時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種因素．2．下列關(guān)于變壓器的說(shuō)法中正確的是()A．變壓器是把電能通過(guò)磁場(chǎng)能再次轉(zhuǎn)換成電能的裝置B．變壓器的原、副線圈組成閉合回路C．變壓器的鐵芯中產(chǎn)生交變電流D．變壓器的副線圈中產(chǎn)生直流電答案：A3．遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電，我國(guó)正在研究用比330kV高得多的電壓進(jìn)行輸電．采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A．可增大輸電電流B．可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C．可減少輸電線上的能量損失D．可加快輸電的速度解析：選C.輸電線上的功率損失ΔP＝I2r，又P＝UI，可得ΔP＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))eq\s\up12(2)r，C選項(xiàng)正確．4．下列關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上熱損耗的說(shuō)法中，正確的是()A．因?yàn)闊峁β蔖＝eq\f(U2,R)，所以應(yīng)降低輸送電壓，增大輸電導(dǎo)線電阻，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗B．因?yàn)闊峁β蔖＝IU，所以應(yīng)采用低電壓、小電流輸電，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗C．因?yàn)闊峁β蔖＝I2R，所以可采用減小輸電線電阻或減小輸送電流的方法來(lái)減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗D．以上說(shuō)法均不正確解析：選C.不能盲目看公式，要注意其物理意義的表達(dá)，在求熱損耗時(shí)用P損＝I2R線或P熱＝U線I線，也可用P＝eq\f(U2,R)，但U必須為輸電線兩端的電壓．5．汽車(chē)等交通工具用電火花點(diǎn)燃汽油混合氣，如圖所示．已知汽車(chē)蓄電池電壓為12V，變壓器匝數(shù)之比為1∶100，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，火花塞上電壓為多少？開(kāi)關(guān)S從閉合到突然斷開(kāi)這一過(guò)程，可為火花塞提供瞬時(shí)高電壓，產(chǎn)生電火花．蓄電池提供的是直流電，為什么變壓器的副線圈也能得到高電壓呢？答案：開(kāi)關(guān)S閉合后，變壓器原線圈中是恒定電流，鐵芯中的磁通量不變，副線圈中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，火花塞上電壓為零．當(dāng)開(kāi)關(guān)從閉合到突然斷開(kāi)，鐵芯中磁通量突然變小，副線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高電壓(脈沖高電壓可達(dá)104V左右)，使火花塞產(chǎn)生電火花．[課時(shí)作業(yè)][學(xué)生用書(shū)P85(單獨(dú)成冊(cè))]一、選擇題1．某些邊遠(yuǎn)落后農(nóng)村電價(jià)過(guò)高，農(nóng)民負(fù)擔(dān)過(guò)重，其中客觀原因是電網(wǎng)陳舊老化．近年來(lái)進(jìn)行農(nóng)村電網(wǎng)改造，為減少遠(yuǎn)距離輸電的損耗而降低用電價(jià)格可采取的措施有()A．提高輸送功率B．增大輸送電流C．提高輸電電壓D．減小輸電導(dǎo)線的橫截面積解析：選C.減小輸電損失就要減小電流，由P＝IU可知，應(yīng)提高輸電電壓．2．如圖所示，可以將電壓升高提供給電燈的變壓器是()解析：選C.因?yàn)閚2>n1時(shí)，U2>U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器；又變壓器只能改變交流電壓，而不能直接改變直流電壓．由題圖可看出C選項(xiàng)正確．3．某電站用11kV交變電壓輸電，輸送功率一定，輸電線的電阻為R.現(xiàn)若用變壓器將電壓升高到220kV送電，下列哪個(gè)選項(xiàng)正確()A．因I＝eq\f(U,R)，所以輸電線上的電流增為原來(lái)的20倍B．因I＝eq\f(P,U)，所以輸電線上的電流減為原來(lái)的eq\f(1,20)C．因P＝eq\f(U2,R)，所以輸電線上損失的功率增為原來(lái)的400倍D．若要使輸電線上損失的功率不變，可將輸電線的電阻減為原來(lái)的eq\f(1,20)解析：選B.因?yàn)檩斔偷墓β室欢ǎ蒊＝eq\f(P,U)可知，當(dāng)輸送的電壓增為原來(lái)的20倍時(shí)，電流減為原來(lái)的eq\f(1,20)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)B對(duì)．選項(xiàng)C中，R是輸電線的電阻，而U是輸送的總電壓，R與U不對(duì)應(yīng)，所以P＝eq\f(U2,R)是錯(cuò)誤的．輸電線上損失的功率一般用ΔP＝I2R計(jì)算不容易出錯(cuò)．從選項(xiàng)B中已經(jīng)知道電流減為原來(lái)的eq\f(1,20)，若ΔP不變，則輸電線的電阻可增為原來(lái)的400倍，所以D錯(cuò)．4．如圖所示為四種亮度可調(diào)的臺(tái)燈的電路示意圖，它們所用的白熾燈泡相同，且都是“220V40W”．當(dāng)燈泡所消耗的功率都調(diào)至20W時(shí)，哪種臺(tái)燈消耗的功率最小()解析：選C.臺(tái)燈的消耗功率是指包含燈泡和其他輔助器件的總功率．由A、B、C、D四個(gè)選項(xiàng)分析可知：C選項(xiàng)中理想變壓器功率損耗為零，電源輸出的總功率(臺(tái)燈消耗功率)只有燈泡的功率20W．而其他選項(xiàng)中，不論滑動(dòng)變阻器是分壓接法還是限流接法，滑動(dòng)變阻器上總有功率損耗，臺(tái)燈的消耗功率都大于20W．故C選項(xiàng)正確．5．輸電線的電阻共計(jì)r，輸送的電功率是P，用電壓U輸送電，則用戶(hù)能得到的電功率為()A．P B．P－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))eq\s\up12(2)rC．P－eq\f(U2,r) D．eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))eq\s\up12(2)r解析：選B.由關(guān)系P＝ΔP＋P用，得P用＝P－ΔP，而損失功率ΔP＝I2r＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))eq\s\up12(2)r，所以B項(xiàng)正確．6．理想變壓器工作時(shí)，原線圈輸入與副線圈輸出的物理量一定相同的是()A．電壓有效值B．電流有效值C．交變電流的頻率D．交變電流的功率解析：選CD.理想變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，理想變壓器不消耗能量.7．理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1，原線圈接在u＝311sin100πtV的交流電源上，副線圈所接的負(fù)載電阻為11Ω，則副線圈()A．電流的有效值為5AB．電壓的最大值為77.78VC．消耗的功率為275WD．消耗的功率為550W解析：選ABC.根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，得U2＝U1eq\f(n2,n1)＝eq\f(311,\r(2))×eq\f(1,4)V≈55V，所以I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(55,11)A＝5A電壓的最大值為55eq\r(2)V≈77.78V，消耗的功率P＝I2R＝275W.8．如圖為遠(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()A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失B．高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗的C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)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解析：選ABD.根據(jù)P＝I2R可知，在電流I一定的情況下，減小電阻R可以減少電路上的電能損失，而R＝ρeq\f(L,S)，所以增大輸電線橫截面積S有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失，A對(duì)；由公式P＝I2R可得，若設(shè)輸送的電功率為P′，則P＝eq\f(P′2,U2)R，可見(jiàn)，在輸送電壓U一定時(shí)，輸送的電功率P′越大，輸電過(guò)程中的電能損失越大，C錯(cuò)誤．二、非選擇題9．如圖所示，一理想變壓器的原線圈接在電壓為220V的正弦交流電源上，兩副線圈匝數(shù)分別為n2＝16匝、n3＝14