2018版高中物理鲁科版选修3-2课件：第4章 远距离输电 习题课 变压器的应用及远距离输电

第4讲 习题课 变压器的应用及远距离输电问题
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电流表示数与电压表示数都为有效值，故C正确； 电流表示数 I＝UR＝15150 A＝2 A，故 A 正确； 由题图乙可知 T＝0.02 s，所以交变电压的频率为 f＝T1＝0.102 Hz ＝50 Hz，D 错误.
答案 AC
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A.T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A B.T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V C.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1 D.有6×104盏灯泡(220 V,60 W)正常发光
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解析 根据题意画出输电线路示意图如图所示.
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解析 (1)根据理想变压器的变压规律
UU12＝nn21
得输电电压
U2＝nn12U1＝215×240 V＝6 000 V P 120×103
输电电流 I2＝U2＝ 6 000 A＝20 A 输电线上损失的功率 P 损＝I22r＝202×10 W＝4 000 W.
第4章——
第4讲 习题课 变压器的应用及远距离输电问题
目标定位 1.进一步理解变压器原理及规律. 2.熟练应用变压器原、副线圈的决定因素解决动态分析问题. 3.熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远 距离高压输电中的实际问题.
1 预习导学 梳理·识记·点拨
2 课堂讲义 理解·深化·探究
55 V，周期 T＝2ωπ＝510 s，副线圈中电流 I2＝UR2＝2 A，原线圈中电
流 I1＝I42＝0.5 A，P＝I1U＝110 W.
答案 AC
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二、理想变压器电路的动态问题分析
1.首先明确变压器各物理量间的制约关系
(1)输入电压U1决定输出电压U2：变压器原、副线圈匝数n1、n2确 定，U1便决定了U2，与输出端有无负载、负载大小无关，也与变 压器有无其他副线圈无关.
减小 输电导线中的电流(即提高输电 电压 ).
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4.远距离输电的基本原理：在发电站内用 升压 变压器升压，然后 进行远距离输电，在用电区域通过 降压 变压器降到所需的电压.
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课堂讲义
一、理想变压器中的规律分析 1.功率关系：P入＝P出. 2.电压关系：Un11＝Un22＝Un33＝… 3.电流关系：若只有一个副线圈II12＝nn21. 若有多组副线圈n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
图4
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A.V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大 B.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大 C.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小 D.V1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，A2的示数增大， P入减小
3 对点练习
巩固·应用·反馈
预习导学
梳理·识记·点拨
1.理想变压器原、副线圈的三个关系：
P 入＝ P出
，UU12＝nn12，II12＝nn21.(一个副线圈)
2.输电线上的功率损失P损＝ I2R线 ，输电线上的电压损失 ΔU＝ IR线 . 3.减小输电线路上功率、电压损失的途径： 减小 输电线的电阻、
D．负载电阻R的阻值减小 图7
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解析 由UU12＝nn21，P 出＝UR22 可得 P 出＝Un1212Rn22 又因为 P 入＝P 出，所以 P 入＝Un2121nR22 分析可得选项 B、D 正确．
答案 BD
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图6
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A．副线圈的匝数 n2＝200 匝 B．副线圈中的电流 I2＝0.5 A C．原线圈中的输入功率为 10 W D．原线圈中的电流 I1＝0.1 A
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解析 由于理想变压器的电压比等于匝数比，副线圈匝数 n2＝100 匝，A 错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的 输入功率为 10 W，C 正确；由功率 P＝UI 可得副线圈中的电流 I2 ＝0.5 A，原线圈中的电流 I1＝nn12I2≈0.045 A，B 正确，D 错误． 答案 BC
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例2 如图3所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsin ωt，副线 圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器. 和 是理想交流电压 表，示数分别用U1和U2表示； 和 是理想交流电流表，示数分 别用I1和I2表示.下列说法正确的是( )
图3
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变压器电路的动态问题分析 2．如图7所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原 线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的 情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( ) A．原线圈匝数n1增加 B．副线圈匝数n2增加 C．负载电阻R的阻值增大
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由 I1U1＝RU0＋2 2R知 R 减小时 I1 变大，故 C 正确. 答案 C
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针对训练2 如图4所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输 入端的电压不变，开始时开关S是断开的.现将开关S闭合，则图中 所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( )
4.一台发电机最大输出功率为4 000 kW，电压为4 000 V，经变压
器T1升压后向远方输电，输电线路总电阻R线＝1 kΩ，到目的地经 变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V,60 W).若在输 电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的 损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )
图1
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A.电流表的示数为2 A B.原、副线圈匝数比为1∶2 C.电压表的示数为电压的有效值 D.原线圈中交变电压的频率为100 Hz 解析 由题图乙可知原线圈两端电压的有效值 U1＝220 V，由UU12 ＝nn12，可得原、副线圈匝数之比nn12＝UU12＝211200 VV＝2∶1，故 B 错误；
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三、远距离高压输电中的损耗问题 1.解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图5所示， 并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.
图5 2.分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电
器，而相应的副线圈是下一个回路的电源.
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3.综合运用下面三方面的知识求解 (1)能量守恒： P1＝U1I1＝U2I2＝P用户＋ΔP ΔP＝I2 2R
P用户＝U3I3＝U4I4. (2)电路知识：U2＝ΔU＋U1 ΔU＝I2R.
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(3)变压器知识：UU12＝II21＝nn12 UU34＝II43＝nn34. 其中 ΔP＝I2 2R，ΔU＝I2R 往往是解题的切入点.
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图2
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A.副线圈中电压表的读数为 55 V B.副线圈中输出交变电流的周期为1010π s C.原线圈中电流表的读数为 0.5 A
D.原线圈中的输入功率为 110 2 W 解析 原线圈电压有效值为 U＝220 V，电压表读数为 U2＝2240 V＝
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理解·深化·探究
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4.变压器不改变频率 5.原、副线圈的地位 (1)原线圈在原线圈回路中所处的地位是充当负载. (2)副线圈在副线圈回路中所处的地位是充当电源.
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例1 如图1甲所示，左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电 路中R＝55 Ω， 、 为理想电流表和理想电压表.若原线圈接入 如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述 正确的是( )
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(2)输电线上损失的电压
U 损＝I2r＝20×10 V＝200 V 降压变压器原线圈两端的电压
U3＝U2－U 损＝6 000 V－200 V＝5 800 V
根据理想变压器的变压规律得：
nn34＝UU43＝5282000VV＝21910.
答案
(1)4 000 W
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例3 某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输 电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功 率是120 kW，输出电压是240 V，升压变压器原、副线圈的匝数 之比为1∶25，输电线的总电阻为10 Ω，用户需要的电压为220 V．则： (1)输电线上损耗的电功率为多少？ (2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？
(2)输出功率P2决定输入功率P1：即用多少送多少.
(3)输出电流 I2 决定输入电流 I1：U2 与负载电阻 R 通过欧姆定律决定
输出电流 I2 的大小，由 I1＝nn21I2 决定 I1 的大小.
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2.分清动态变化中哪个量变化，结合串、并联电路的特点，欧姆 定律及变压器各物理量间因果关系来依次确定其他量变化.
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34ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电压表的示数是有效值，
U1＝20
2 2
V＝20 V，
U2＝nn21U1＝100 V，B 项正确；
不论开关是否断开，电压表示数不变，C项错误；开关断开后， 变压器的输出功率减小，D项错误.
答案 AB
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远距离输电问题分析
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图8
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A.开关接通后，氖泡的发光频率为100 Hz B.开关接通后，电压表的示数为100 V C.开关断开后，电压表的示数变大 D.开关断开后，变压器的输出功率不变 解析 变压器不能改变交变电流的频率，T＝2ωπ＝120π0π s＝0.02 s， f＝T1＝50 Hz.因为一个周期内氖泡发光 2 次， 故开关接通后，氖泡的发光频率为100 Hz，A项正确；
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对点练习
巩固·应用·反馈
变压器基本规律的应用 1．如图 6 所示 ，一理想变压器的原线圈匝数为 n1＝1 100 匝， 接电压 U1＝220 V 的交流电，副线圈接“20 V 10 W”的灯泡， 灯泡正常发光，可知( )
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不变；又据 I2＝RU负2 知，S 闭合后 R 负减小，故 I2 增大，电流表 A2 的 示数增大；输入电流 I1 随输出电流 I2 而增大，故电流表 A1 的示数增 大；因 P 出＝U2I2，故 P 出增大；P 入随 P 出变化，故 P 入也增大.可见 本题的正确选项为 B. 答案 B
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解析 电压表 V1 的示数由输入电压决定；电压表 V2 的示数由输入 电压 U1(大小等于电压表 V1 的示数)和匝数比nn12决定；电流表 A2 的示 数即 I2 由输出电压 U2(大小等于电压表 V2 的示数)和负载电阻 R 负决 定；电流表 A1 的示数即 I1 由变压器的匝数比nn21和输出电流 I2 决定； P 入随 P 出而变化，由 P 出决定. 因输入电压不变，所以电压表 V1 的 示数不变；据公式 U2＝n2nU1 1，可知 U2 也不变，即电压表 V2 的示数
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A.I1和I2表示电流的瞬时值 B.U1和U2表示电压的最大值 C.滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D.滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小 解析 交流电表测量的是交变电流的有效值，故A、B皆错误； 由于理想变压器的输出电压 U2＝nn21U1 与负载无关，即滑片 P 下滑时 U2 不变，故 D 错误；