第五章第4、5节变压器;电能的输送

1、年 级高二学 科物理版 本人教新课标版课程标题第五章 第4、5节 变压器及电能的输送编稿老师张子厚一校黄楠二校林卉审核王新丽一、学习目标： 1. 理解变压器的工作原理及电压、电流、功率的关系。2. 理解应用高压输电的原理，知道远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关。3 掌握与本部分内容相关的重要习题类型及其解法。二、重点、难点：重点：变压器的工作原理及远距离输电的原理。难点：变压器的动态分析问题、远距离输电问题的处理方法。三、考点分析：内容和要求考点细目出题方式变压器的构造及原理变压器的构造选择题变压器的工作原理理想变压器的规律理想变压器的特点选择题、计算题理想变压器的电流、电压及功率关系几

2、种常见的变压器自耦变压器选择题调压变压器互感器电能的远距离传输电功率损失选择题、计算题电压损失处理高压交流远距离输电的基本思路知识点1：理想变压器的原理与规律：例：如图所示，理想变压器原副线圈匝数之比为4:1，原线圈接入一电压为的交流电源，副线圈接一个R=27.5的负载电阻，若，则下述结论正确的是（ ） A. 副线圈中电压表的读数为55VB. 副线圈中输出交流电的周期为C. 原线圈中电流表的读数为0.5AD. 原线圈中的输入功率为答案：AC变式：某变压器原、副线圈匝数比为55:9，原线圈所接电源电压按图示规律变化，副线圈接有负载电阻。下列判断正确的是A. 输出电压的最大值为36VB. 原、副线

3、圈中电流之比为55:9C. 变压器输入、输出功率之比为55:9D. 交流电源有效值为220V，频率为50Hz答案：D知识点2： 变压器的动态分析问题： 例：如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流。下列说法正确的是（ ） A. 保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B. 保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小C. 保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1增大D. 保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小答案：B C变式题：如图所示，M

4、是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压（报警器未画出），R3为一定值电阻，当传感器R2所在处出现火警时，以下说法中正确的是（ ）A. A1的示数不变，A2的示数增大B. A1的示数增大，A2的示数增大C. V1的示数增大，V2的示数增大D. V1的示数不变，V2的示数减小答案：D知识点3 远距离输电问题 例. 在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么（ ）A. 输电线路上损失的电压与输送的电流成正比B.

5、 输电电压越高，输电线路上损失的电压越大C. 输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D. 输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比答案：AC变式题：一台发电机输出功率为100kW，输出电压为250V，现欲向远处输电，若输电线的总电阻为8，要求输电时输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，并向用户输送220V电压，求：（1）试画出输电线路的示意图；（2）输电所需升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数之比分别是多少？（3）用户得到的电功率是多少？解析：（1）由于是大功率、远距离输电，为了减少输电线路损失的电功率，所以要采用高压输电，电能送到用户处以后，再用降压变压器向用户输送220V电

6、压。画出其输电线路的示意图如图所示：（2）由于要求，又因为，所以，故通过输电线的最大电流为变压器B2的输入功率为。所以升压变压器的匝数比,降压变压器的匝数比。（3）由于是理想变压器，用户得到的电功率即为降压变压器的输出功率。高考对于本部分知识考查的主要内容有理想变压器的工作原理、变压过程与输电过程，主要题型为选择题。对于本部分内容的学习，同学们应重点理解变压器的构造及工作原理，掌握理想变压器的输入功率与输出功率的关系以及电压、电流与匝数的关系，对于远距离输电，则体现了变压器原理与实际问题的综合，同学们应重点掌握输送功率、线路损耗功率、输电电压、线路损失电压的区别，理想变压器的动态分析问题是本部

7、分内容在考查时的重点题型，应弄清负载的含义，及电流、电压、功率的制约关系。一、预习新知第六章 第1、2、3、4节传感器原理及应用问题综合二、预习点拨探究任务一：传感器及其工作原理：【反思】（1）什么是传感器，传感器的工作原理是什么？ （2）光敏电阻与热敏电阻的阻值如何随温度的变化而变化？探究任务二：传感器的应用：【反思】（1）日常生活中常见的传感器有哪些？其工作原理是什么？ （2）温度传感器在电饭锅和测温仪上的应用原理是什么？（答题时间：45分钟） 1. 一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R。设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输

8、出功率为P2，当R增大时（ ）A. I1减小，P1增大 B. I1减小，P1减小C. I2增大，P2减小 D. I2增大，P2增大 2. 汽油机的做功冲程开始工作时，汽缸中的汽油、空气混合气要靠火花塞点燃，但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，为此设计了如图所示的点火装置，这个装置的核心是一个变压器，它的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械进行自动控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，这样就能在火花塞中产生火花了，下列说法正确的是（ ）A. 该设计方案不可行，因为蓄电池提供的是直流电，变压器不能改变直流电压B. 该设计方案可行，因为变压器能将直流

9、电改变为交流电C. 该设计方案可行，因为通过变压器原线圈的是变化的电流，可以通过变压器发生互感现象D. 该变压器可以是升压变压器，也可以是降压变压器 3. 一理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=11:5。原线圈与正弦交变电源连接，输入电压如图所示，副线圈仅接入一个10的电阻，则（ ）A. 流过电阻的电流是20AB. 与电阻并联的电压表的示数是C. 电阻经过1分钟产生的热量为6×103JD. 变压器的输入功率是1×103W 4. 如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1:5，原线圈两端的交变电压为。氖泡在两端电压达到100V时开始发光。下列说法中正确的有（ ）A. 开关接

10、通后，氖泡的发光频率为100HzB. 开关接通后，电压表的示数为100VC. 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 5. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，R1=20。R2=30，C为电容器。已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则（ ）A. 交流电的频率为0.02HzB. 原线圈输入电压的最大值为C. 电阻R2的电功率约为6.67WD. 通过R3的电流始终为零 6. 某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为220V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4（变压器均为理想

11、变压器）。要使额定电压为220V的用电器正常工作，则（ ）A. B. C. 升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D. 升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 7. 请阅读下面的材料：河流名称长度（km）流域面积（km2）流量（m3/s）雅砻江15001299301800湘江817957382288二滩水电站于1991年9月动工，1997年11月10日开闸蓄水，1998年开始向西南电网送电，设计装机容量为330万kW，2000年竣工后，年发电量达到170亿度，大坝为混凝土双曲拱坝，坝高240m，是20世纪亚洲装机容量、库容量最大的水利枢纽工程。问题：（1）根据以上材料和已有知识回答

12、：二滩水电站建在上表中的 江上，两江相比，该江水能较丰富的原因是 ，电站与用电市场之间关系方面的不利条件是 。（2）设想将二滩水电站的电能输送到成都地区，如果使用相同的输电线，从减少输电线上的电能损失来看，在50万伏超高压和11万伏高压输电方案中应选用 输电线路方案，因为该方案的输电损失为另一方案的 %。 8. 一座小型水电站，水以3m/s的速度流入水轮机，而以1m/s的速度流出，流出水位流入水位低1.6m，水的流量为1m3/s。如果水流能量的75%供给发电机，20%使水温升高。求：（1）水温升高多少？（2）若发电机的效率为80%，则发电机的输出功率为多大？（3）若发电机的输出电压为240V，

13、输电线路电阻为，允许损失的电功率为5%，用户所需电压为220V，电路如图所示，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少？变压器为理想变压器，g取10m/s2，水的比热容为4.2×103J/（kg·1. B 解析：当R增大时，副线圈中的电流，则I2减小；功率，则P2减小，又因为P1=P2，则P1减小，I1减小，所以选项B正确。2. C3. D 解析：原线圈中电压的有效值是220V，由知副线圈中电压为100V，流过电阻的电流是10A；与电阻并联的电压表的示数是100V；变压器的输入功率为1000W；经过1分钟电阻产生的热量是6×104J。4. A、B 解

14、析：本题考查变压器的应用等规律。开关接通时，因变压器频率不变，输入端的频率为50Hz，所以副线圈中电流的频率也为50Hz，但在一个周期内，氖泡发光两次（此处应当注意），所以氖泡发光的频率为100Hz，A项正确；根据变压器的变压规律有，解得，所以B项正确；开关断开时，电压表示数不变，C项错误；因为氖泡不再工作，所以副、原线圈消耗的功率变小，D项错误。5. C 解析：由图乙可知，此交流电的周期为0.02s，故频率为50Hz，A项错误；次级电压最大值为：，由变压比得原线圈的电压最大值为，B项错误；电阻R2上电压的有效值为，故R2上的功率为：，C项正确；由于是交流电，故电容器支路是有电流的，D项错误。

15、 6. A、D 解析：本题考查变压器及远距离输电过程中电压和能量的损失。由于在输电线上有电压和能量的损失，所以升压变压器的输出电压，输出功率都大于降压变压器的输入电压、输入功率，故C错误、D正确；由变压器规律可知，而U2>U3，所以，故A正确，本题属于中等难度题。 7. （1）雅砻 落差大 电站与用电市场之间的距离较远 （2）50万伏超高压 4.84 解析：（1）由题意，水力发电的功率取决于流量Q、落差h及水轮机效率，现代大型水轮机效率高达90%以上，由功率公式，可得发电站装机容量，上式中落差h可认为等于坝高h=240m，水的密度，水轮机效率为0.9，要使电站设计装机容量，则要求流量。二滩水电站建在雅砻江上，由地理知识可知，雅砻江中上游处于四川西部的山区，虽然流量不及湘江，但是可以筑高坝提高落差。其水能仍较丰富的原因是落差大，因为四川西部山区人口稀少，工业相对薄弱，由此知电站与用电市场之间关系方面的不利条件是距离较远。（2）远距离输电，输电线上损失的电功率，如果使用相同的输电线，输送相同的电功率，两种输电方案损失的电功率之比为.由此可知，输电电压越高，输电线损失的电能就越少，从减少输电线上的电能损失来看，应选用50万伏超高压输电方案，该方案的输电损失与另一方案的输电损失之比为,即该方案的输电损失为另一方案的4.84%。特别提示：采用水力发电，发电功率取决于水的流量、落差及