变压器——远距离输电

1、 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)课时课时34变压器远距离输电变压器远距离输电 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)考点一理想变压器考点一理想变压器 基础梳理基础梳理 1主要作用：改变交流电的电压主要作用：改变交流电的电压2主要构造：由原线圈主要构造：由原线圈(初级线圈初级线圈)、副线圈、副线圈(次级线次级线圈圈)和闭合铁芯组成和闭合铁芯组成3工作原理：电磁感应工作原理：电磁感应(互感现象互感现象) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(2)功率关系功率关系P入入P出出或或I1U1I2U2I3U3InUn(3)电流关系电流关系I1n1I2n2I3n3In

2、nn，当只有一个，当只有一个副线圈时副线圈时I1n1I2n2 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 疑难详析疑难详析 任意线圈两端的电压与线圈本身的匝数成正比任意线圈两端的电压与线圈本身的匝数成正比理想变压器各线圈两端的电压与匝数成正比，不仅适理想变压器各线圈两端的电压与匝数成正比，不仅适用于原、副线圈各有一个的情况，而且适用于多个副线圈用于原、副线圈各有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，的情况，这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每匝线圈穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每

3、匝线圈产生的感应电动势相同，每组线圈产生的感应电动势和匝产生的感应电动势相同，每组线圈产生的感应电动势和匝数成正比在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压等数成正比在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压等于电动势，故每组线圈两端的电压都与匝数成正比于电动势，故每组线圈两端的电压都与匝数成正比 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)当然，以上结论成立的前提条件是必须在当然，以上结论成立的前提条件是必须在“回回”字形字形变压器铁芯上的情景如果是变压器铁芯上的情景如果是“日日”字形铁芯，因穿过各字形铁芯，因穿过各匝线圈的磁通量不一定变化相同，所以结论不再成立匝线圈的磁通量不一定变化相同，所以

4、结论不再成立 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 深化拓展深化拓展 理想变压器中的决定因素理想变压器中的决定因素1输入电压输入电压U1决定输出电压决定输出电压U2输出电压输出电压U2 U1，与负载电阻的情况无关；与负载电阻的情况无关；2输出功率输出功率P出出决定输入功率决定输入功率P入入输入功率随输出功率输入功率随输出功率的变化而变化，理想变压器中始终保持的变化而变化，理想变压器中始终保持P入入P出出； 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)3输出电流输出电流I2决定输入电流决定输入电流I1当输入电压一定时，当输入电压一定时，输出电压一定，输出电流随负载电阻的变化而变化

5、，由功输出电压一定，输出电流随负载电阻的变化而变化，由功率关系可理解电流的确定关系率关系可理解电流的确定关系 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)考点二远距离输电问题考点二远距离输电问题 基础梳理基础梳理 1目的：输送电能目的：输送电能2关键：减少输电线上电能的损失，关键：减少输电线上电能的损失，P耗耗I2R线线3措施：措施：(1)减少输电线的电阻减少输电线的电阻R线线，例如加大导线的，例如加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线；横截面积、采用电阻率小的材料做导线；(2)提高输电电压，减小输电电流提高输电电压，减小输电电流 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图图

6、1 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)4常用关系：如果发电站的输出功率为常用关系：如果发电站的输出功率为P，输出电压，输出电压为为U，用户得到的电功率为，用户得到的电功率为P，用户得到的电压为，用户得到的电压为U，如图，如图1所示，则有关系式：所示，则有关系式：(1)输出电流输出电流 (2)输电线损失的电压输电线损失的电压U线线UUIR线线(3)输电线损失的电功率输电线损失的电功率P损损PPI2R线线 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)5过程示意：如图过程示意：如图2所示，从发电到用户有以下定量所示，从发电到用户有以下定量关系关系(变压器为理想变压器变压器为理想变压

7、器)：图图2(1)P1P2，P3P4，P2P3P损损 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 疑难详析疑难详析 输送电能的基本要求与实际措施输送电能的基本要求与实际措施1可靠：保证供电线路正常工作；可靠：保证供电线路正常工作；2保质：保证供电质量，要求电压和频率稳定；保质：保证供电质量，要求电压和频率稳定；3经济：线路建设和运行的费用较低，能耗少、电经济：线路建设和运行的费用较低，能耗少、电价低；价低； 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)4措施：由电损公式措施：由电损公式P损损I2R线线进行分析，针对措施进行分析，针对措施主要有两种主要有两种(1)减小输电线的电阻减小输

8、电线的电阻R线线，由电阻定律，由电阻定律R线线 得得减小输电线的长度减小输电线的长度L由于输电距离一定，实际中由于输电距离一定，实际中不可行；不可行；减小输电线电阻率减小输电线电阻率目前一般用电阻率较小的铜目前一般用电阻率较小的铜作导线材料；作导线材料；增大导线横截面积增大导线横截面积S这要多耗费金属材料而增加这要多耗费金属材料而增加成本，同时给输电线的架设带来很大困难成本，同时给输电线的架设带来很大困难 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(2)减小输电电流减小输电电流I，由功率公式变形得，由功率公式变形得IP/U减小输送功率减小输送功率P实际中不能以减少用户的电能需实际中不能以

9、减少用户的电能需要来达到减少损耗的目的；要来达到减少损耗的目的；提高输电电压提高输电电压U输送功率输送功率P一定时，输电电压一定时，输电电压U越高，输电的电流越高，输电的电流I越小，输电线损失的电功率越小，输电线损失的电功率P损损I2R线线 越小分析可见，当输送的功率一定、输电线电越小分析可见，当输送的功率一定、输电线电阻一定时，输电电压提高为原来的阻一定时，输电电压提高为原来的n倍，输电线的电流减倍，输电线的电流减为原来的为原来的 ，输电线损耗的电功率减为原来的，输电线损耗的电功率减为原来的 .实际实际中这是最为可行有效的措施中这是最为可行有效的措施 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版

10、人教版) 深化拓展深化拓展 输电线损失电功率的分析与计算输电线损失电功率的分析与计算任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方时，电流通过输电线，输电线因有电阻而发热，从而损方时，电流通过输电线，输电线因有电阻而发热，从而损失电功率设输电电流为失电功率设输电电流为I、输电线电阻为、输电线电阻为R线线，则输电线的，则输电线的功率损失为功率损失为P损损I2R线线 如果想从如果想从 的角的角度来研究输电线的功率损耗，则度来研究输电线的功率损耗，则U线线IR线线U2U3，由于，由于该式较繁琐且容易出错，所以计算输电线的功率损耗时一该式较繁琐且容易出错

11、，所以计算输电线的功率损耗时一般不用该公式般不用该公式 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题型一理想变压器基本规律的应用题型一理想变压器基本规律的应用例例1一台理想变压器，其原线圈一台理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈匝，副线圈440匝，并接一个匝，并接一个100 的负载电阻，如图的负载电阻，如图3所示所示图图3 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(1)当原线圈接在当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多直流电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？少？电流表示数为多少？(2)当原线圈接在当原线圈接在220 V交变电源上时，电压表示数为交变电源上时，

12、电压表示数为多少？电流表示数为多少？此时输入功率为多大？变压器多少？电流表示数为多少？此时输入功率为多大？变压器效率为多大效率为多大(电表均为理想电表电表均为理想电表)? 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)分析分析变压器的工作原理是利用互感现象，只能改变压器的工作原理是利用互感现象，只能改变交变电流和电压，对于直流电不能改变，对理想变压器变交变电流和电压，对于直流电不能改变，对理想变压器有有 P1P2, I1n1I2n2. 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解析解析(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、

13、副线圈的磁通量不发生变化，的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零表示数也为零P入入P出出I2U20.4444 W19.36 W，效率效率100%. 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案答案(1)00(2)44 V0.44 A19.36 W100% 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题后反思：题后反思：理想变压器无能量损失，输入功率等于输理想变压器无能量损失，输入功率等于输出功率，输出电压由输入电压和匝数比决定，与用电器的出功率，输出电压由输入

14、电压和匝数比决定，与用电器的电阻及变压器有无其它副线圈无关电阻及变压器有无其它副线圈无关 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(2009四川高考四川高考)如图如图4甲所示，理想变压器原、副线甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为圈的匝数比为10 1，R120 ，R230 ，C为电容为电容器已知通过器已知通过R1的正弦交流电如图的正弦交流电如图4乙所示，则乙所示，则 ()图图4 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)A交流电的频率为交流电的频率为0.02 HzB原线圈输入电压的最大值为原线圈输入电压的最大值为C电阻电阻R2的电功率约为的电功率约为6.67 WD通过通过R3的

15、电流始终为零的电流始终为零 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案：答案：C 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题型二变压器的动态分析题型二变压器的动态分析例例2如图如图5所示，理想变压器输入端所示，理想变压器输入端PQ接稳定的交流接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈匝数可改变变压器初级线圈匝数(图中图中电压表及电流表皆为理想电表电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正确的是，则下列说法中正确的是 ()图图5 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)A当滑片当滑片

16、c向向b端移动时，变压器输入功率变大端移动时，变压器输入功率变大B当滑片当滑片c向向a端移动时，电流表端移动时，电流表A1的示数将减小，的示数将减小，电压表电压表V的示数不变的示数不变C当滑片当滑片c向向b端移动时，电流表端移动时，电流表A2的示数将变大，的示数将变大，电压表电压表V的示数也变大的示数也变大D滑片滑片c不动，将开关不动，将开关S由由1掷向掷向2时，三个电表时，三个电表A1、A2、V的示数都变大的示数都变大 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案答案D 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题后反思：题后反

17、思：关于理想变压器的动态分析问题一般有两关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：种类型：(1)负载电阻不变，原副线圈的电压负载电阻不变，原副线圈的电压U1、U2，电流，电流I1、I2，功率，功率P1、P2随匝数比变化而变化随匝数比变化而变化(2)匝数比不变，原副线圈的电压匝数比不变，原副线圈的电压U1、U2，电流，电流I1、I2，功率功率P1、P2随负载电阻的变化而变化随负载电阻的变化而变化无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系制

18、约关系U2由由U1和匝数比决定；和匝数比决定；I2由由U2和负载电阻决定；和负载电阻决定；I1由由I2和匝数比决定和匝数比决定 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)如图如图6所示，变压器初级线圈接电压一定的交流电，在所示，变压器初级线圈接电压一定的交流电，在下列措施中能使电流表示数变小的是下列措施中能使电流表示数变小的是 ()A只将只将S1从从2拨向拨向1B只将只将S2从从4拨向拨向3C只将只将S3从闭合改为断开从闭合改为断开D只将变阻器只将变阻器R3的滑动触头上移的滑动触头上移 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图图6 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版

19、) 答案：答案：BCD 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题型三电能的输送题型三电能的输送例例3某发电厂发电机的输出功率某发电厂发电机的输出功率P100 kW，发电，发电机端电压机端电压U250 V，向远处送电的输电线的总电阻，向远处送电的输电线的总电阻R8 .要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得，用户得到的电压又正好是到的电压又正好是220 V，那么：，那么：(1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图(2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比

20、高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解析解析(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压只要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图器，输电线路示意图如图7所示：所示：图图7 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)输电线路上损失电压输电线路上损失电压U损损IR258 V200 V，降压变压器原线圈降压变压器原线圈n3两端电压两端电压U3U2U损损(4000200) V3800 V，用户在副线圈用户在副线圈n4两端得到电压两端得到电压U4220 V，即升压变压器原、副线圈匝数比为即升压变压器原、副线圈匝数比为1

21、16；降压变压器原、副线圈匝数比为降压变压器原、副线圈匝数比为19011. 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案答案(1)如图如图7所示所示(2)升压升压1 16；降压；降压190 11 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题后反思：题后反思：求解远距离输电的关键是：求解远距离输电的关键是：(1)熟悉熟悉“交流发电机交流发电机升压变压器升压变压器输电线输电线降压变降压变压器压器用户用户”这一过程，并画出这一过程的示意图，把需这一过程，并画出这一过程的示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上要的物理量都标在图中的相应位置上(2)利用逆算法解决电能的输送问题时往往比

22、较方便，利用逆算法解决电能的输送问题时往往比较方便，方法是先从负载的功率算起，一直倒推到升压变压器的输方法是先从负载的功率算起，一直倒推到升压变压器的输入端入端 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)如图如图8所示，交流发电机电动势的有效值所示，交流发电机电动势的有效值20 V，内，内阻不计，它通过一个阻不计，它通过一个R6 的指示灯连接变压器变压器的指示灯连接变压器变压器输出端并联输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V 0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求：灯泡都正常发光，导线电阻不计求：图图8(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比；降压

23、变压器初级、次级线圈匝数比；(2)发电机的输出功率发电机的输出功率 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解析：解析：(1)彩色小灯额定电流彩色小灯额定电流ILP/U1/24 A，次级线，次级线圈总电流圈总电流I224IL1 A变压器输入功率等于变压器输入功率等于I1U1I2U26 W，变压器原线圈，变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得电路中，利用欧姆定律可得U1I1R 6I1，代入，代入值解得值解得I11/3 A(I13 A应舍去，据题意知变压器是降压变应舍去，据题意知变压器是降压变压器，则压器，则I1I2)，所以，所以n1/n2I2/I13/1(2)发电机输出功率发电机输出功率P

24、I16.67 W答案答案(1)31(2)6.67 W 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)1如图如图9，理想变压器原副线圈匝数之比为，理想变压器原副线圈匝数之比为4 1，原，原线圈接入一电压为线圈接入一电压为UU0sint的交流电源，副线圈接一个的交流电源，副线圈接一个R27.5 的负载电阻若的负载电阻若U0220 V，100 rad/s，则，则下述结论正确的是下述结论正确的是 ()图图9 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 答案：答案：AC 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)2一理想变压器原、副线圈匝数

25、比一理想变压器原、副线圈匝数比n1 n211 5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图如图10所示副线所示副线圈仅接入一个圈仅接入一个10 的电阻，则的电阻，则 ()A流过电阻的电流是流过电阻的电流是20 AB与电阻并联的电压表的示数是与电阻并联的电压表的示数是C经过经过1分钟电阻发出的热量是分钟电阻发出的热量是6103 JD变压器的输入功率是变压器的输入功率是1103 W 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图图10 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案：答案：D 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)3一理想变压器

26、的原线圈上接有正弦交变电压，其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最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流设原线圈的电流为为I1，输入功率为，输入功率为P1，副线圈的电流为，副线圈的电流为I2，输出功率为，输出功率为P2.当当R增大时增大时 ()AI1减小，减小，P1增大增大 BI1减小，减小，P1减小减小CI2增大，增大，P2减小减小 DI2增大，增大，P2增大增大 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解析：解析：理想变压器理想变压器(副线圈上电压不变副线圈上电压不变)当负载电阻当负载电阻R增增大时电流大时电流I2减小，由减小，由P2U2I2可知，功率可知，功率P2也减小，所以也减小，所以B正确正确答案：答案：B 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)4如图如图11，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中圈电路中R1、R2、R3和和R4均为固定电阻，开关均为固定电阻，开关S是闭合的是闭合的. 为理想电压表，读数分别为为理想电压表，读数分别为U1和和U2； 和和为理想电流表，读数分别为为理想电流表，读数分别为I1、I2和和I3.现断开现断