【高三】2021届高考物理变压器 电能的输送第一轮复习学案

【高三】2021届高考物理变压器电能的输送第一轮复习学案

【高三】2021届高考物理变压器电能的输送第一轮复习学案

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第二课时变压器电能的输送

[要求]

1．了解变压器的构造和原理。知道变压器的电压与匝数的关系，并能用这关系进行

计算。

2.了解远距离传输的主要环节，以及在远距离传输中应用高压的原理。

【知识再现】

一、变压器

1、主要构造：（1）闭合铁芯。（2）绕在铁芯上的原、副线圈（初级、次级线圈）。

2.工作原理：电磁感应（互感）。

3、几种常用的变压器

（l）自耦变压器：如调压变压器，铁芯上只绕一个线圈，可升压降压。

（2）互感器

电压互感器：将高压变为低压，测量高压。（降压变压器）

电流互感器：把大电流变成小电流，以便测定小电流。（升压变压器）

二、电能传输

1、输送电能的基本要求：可靠（供电线路工作可靠）、保质（电压和频率稳定）、

经济（输电线路的建造和运行费用低，电能损耗少）。

2.关键：减少传输线上的功率损耗，P损耗=I2R。

3、方法：

① 降低传输线的电阻，例如使用低电阻率的材料或增加导体的横截面积。

②高压输电：在输送功率一定的条件下提高输送电压，以减小输电电流，从而减小输

电导线上损失的电功率。

知识点——理想变压器的原理和基本关系

由于理想变压器没有漏磁和能量损失，所以穿过原、副线圈的磁通量ф相等，磁通

量的变化率

△ ф/ △ t总是相等的，这使得初级线圈和次级线圈产生的感应电动势与初级线圈

和次级线圈的匝数成正比。因此，变压器的工作原理是电磁感应（互感）

变压器的基本规律可概括为“三变三不变”，即：可改变交流的电压、电流、等效电阻；不能改变功率、频率和直流的电压。

变压器变比：U1/N1=U2/N2=U3/N3==δu／δn=k

变压器的变流比:n1i1=n2i2+n3i3+……

理想变压器的输入功率由输出功率决定：

【应用1】如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1：n2=4:1，原线圈回路

中的电阻a与副线圈回路中的负载电阻b的阻值相等。a、b端加一定交变电流电压后，两电阻消耗的电功率之比pa：pb=和电阻两端的电压之比ua：ub=。

说明：掌握理想变压器（图中虚线框中的部分）一次线圈和二次线圈之间的电流关系，可以得到两个电阻器A和B消耗的电功率关系和电压关系。

对理想变压器，有

UA=i1r，UB=I2R

应依次填充：和

知识点2远程传输

1、远距离输电示意图

2.几种常见的关系：

若发电站输出电功率为p，输出电压为u，用户得到的电功率为p’，用户得到的电压为u’，输电导线的总电阻为r。（如图）

① 导线损耗电压△ u=u-u'=IR。

②输电电流i=p/u=（u-u’）/r。

③ 传输导线上的电力损耗P损耗=P-P'=I2R=p2r/U2。

由以上公式可知，当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上

损耗的功率就减少到原来的1/n2。

【申请2】（佛山市2022年质量检验14）水利发电具有防洪、抗旱、减少污染等多种功能。这是一件事关当前、造福未来的大事。目前，水力发电已成为我国重要的能源之一。一条小河的流量为40m3/s。现在计划在该河段修建一座大坝，并安装一台功率为1000千瓦的发电机发电。

（1）设发电机输出电压为500v，在输送途中允许的电阻为5ω，许可损耗总功率的5%，则所用升压变压器原、副线圈匝数比应是多大？

（2）如果所用发电机的总效率为50%，为了使发电机充分发挥其最佳效率，应建造多高的拦河坝？G取10m/S2。

导示：（1）设送电电流为i，损耗的功率为p耗、导线r线，由p＝i2r得：

将电力传输电压设置为u，并从P=IU获得：

则升压变压器原副线圈匝数比：

（2）发电时，水的重力势能转化为电能

故：mgh×50％＝pt，其中

I型理想变压器的动力学问题分析

【例1】如图，为一理想变压器，k为单刀双掷开关，p为滑动变阻器的滑动触头，u1为加在原线圈两端的电压，i1为原线圈中的电流强度，则（）

a、保持U1和P的位置不变，当k从a关闭到B时，I1将增加

b.保持u1及p的位置不变，k由b合到a时，r消耗的功率减小

c、保持U1不变，K靠近a，使p向上滑动，I1将增加

d.保持p的位置不变，k合在a处，若u1增大，i1将增大

指南：当k从a关闭到B时，N1减小。从U1/U2=N1/N2可以看出，U2增加，

P2=u22/R增加，P1=P2，P1=i1u1，所以I1增加。A是正确的；当k从B关闭到a时，与上述情况相反，P2将减小，B是正确的；当p向上滑动时，R增大，P2=u22/R减小，

P1=P2，P1=i1u1，所以I1减小，C误差；U1增加。从U1/U2=N1/N2可以看出，U2增加，I2=U2/R增加，I1也从I1/I2=N2/N1增加。D是正确的。因此，选项a、B和D是正确的。

处理这类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中“谁决定谁”的问题。注意因果关系，对电压而言，输入决定输出；而对于电流、功率，输出决定输入。

Ⅱ型变压器原理的扩展与应用

【例2】在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁心的左右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数之比n1：n2=2：1，在不接负载的情况下（）

a、当线圈1的输入电压为220V时，线圈2的输出电压为110V

b、当线圈1输入电压220v时，线圈2输出电压为55v

c、当线圈2的输入电压为110V时，线圈1的输出电压为220V

d、当线圈2输入电压110v时，线圈1输出电压为110v

指南：这个问题考察了变压器的原理。如果你不深入学习变压器的原理，你只能记住公式，这很容易出错。

该题给出的变压器的铁心为日字形，与考生熟知的口字形变压器不同，且通过交变电流时，每个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈，故电压比不再成立。所以只能利用电磁感应定律，从变压器的原理入手，才能解出该题。

当线圈1用作输入时，

。

因为U1=220V，U2=55v，选项B是正确的。

当线圈2作为输入端时，

。

因为u2′=110v，所以u1′=110v，所以选项d对。

1.（南京2022-2022学年第一学期末调研量）理想变压器的一次线圈和二次线圈的匝数比为55:9，连接到一次线圈的电源电压按照图中所示的规律变化。辅助线圈连接一个灯泡，灯泡消耗的功率为40W。那么下面的判断是正确的（）

a、副线圈两端电压为v

b、一次线圈中的电流表指示约为0.18a

c、变压器的输入、输出功率之比为55：9

d、一次线圈两端电压的瞬时表达式为u=220sin100πt（V）

2．（扬州市07-08学年度第一学期高三期末调研卷）如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1=220sin100πt（v），则（）