第十九讲交变电流与远距离输电教案

第十九讲交变电流与远距离输电★高考试题回顾：1、（江苏卷）7．.在如图多事的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（A）升压变压器的输出电压增大（B）降压变压器的输出电压增大（C）输电线上损耗的功率增大（D）输电线上损耗的功率占总功率的比例增大【答案】CD【解析】变压器作用是变压，发电厂的输出电压不变，升压变压器输出的电压U2应不变，A错误。由于输电线电流，输电线电压损失,降压变压器的初级电压，因P变大，I变大，所以U损变大，所以降压变压器初级电压U3变小，B错误。输电线功率损失，因P变大，所以P损变大，C正确；，因P变大，所以比值变大，D正确；2、（海南卷）9．如右图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表．下列结论正确的是A．若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为VB．若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半C．若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍D．若保持负载电阻的阻值不变．输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍【答案】AD【解析】若电压表读数为6V，则输入电压为是有效值，因此其最大值为V，A正确；若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则输出电压也增加到原来的2倍，电流表示数应增加到原来的2倍，B错；若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输出电流减小到原来的一半，输入功率等于输出功率即也减小到原来的一半，C错；若保持负载电阻的阻值不变．输入电压增加到原来的2倍，输出电压增大到原来的2倍，则由可知输出功率增加到原来的4倍，D正确。3、（福建卷）13．中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原采用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为A．P/4 B．P/2 C．2P D．4P【答案】A【解析】由可知输出电压由500kV升高到1000kV时，电路中的电流将减为原来的一半；由线可知电路中损耗的功率变为原来的，选项A正确。4、（广东卷）19．图7是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的A．周期是0.01SB．最大值是311VC．有效值是220VD．表达式为U=220sin100πt（V）【答案】BC【解析】由题图可得周期为0.02s，A错误。选项D中峰值应该为311V，即U=311sin100πt（V），D错误。5、（山东卷）19．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是A.副线圈输出电压的频率为50HzB.副线圈输出电压的有效值为31VC.向右移动时，原、副线圈的电流比减小[来D.向右移动时，变压器的输出功率增加【答案】AD【解析】由图甲知该交流电的周期是2×10-2s，交流电的频率是50Hz，变压器不改变频率，所以A正确；因为原线圈电压的最大值是310V，根据变压器的匝数与电压的关系，副线圈输出电压的最大值为31V，因此B错误；匝数比不变，所以原、副线圈的电流比不变，C错误；P向右移动时，负载电阻变小，根据，因此，变压器的输出功率增加，D正确。6、（天津卷）7．为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变【答案】AD【解析】由于理想变压器原线圈接到电压有效值不变，则副线圈电压不变，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，C错误、D正确。开关S闭合后，变压器副线圈的负载电阻减小，V2不变，由欧姆定律可得A1示数变大，由于理想变压器P2=P1，V1与V2示数的比值不变，所以A1与A2示数的比值不变，A正确、B错误。正确选项AD。★知识归纳总结：一、交流电：（1）正弦交变电流的瞬时值表达式对纯电阻电路，设闭合电路总电阻为R，由欧姆定律得闭合回路的电流瞬时值：（2）在交变电流的产生过程中，要注意理解两个特殊位置的不同特点①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，φ=BS最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，φ＝0，=nBωS最大，e最大，i最大，电流方向不变。（3）正弦交变电流的图象?正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示．从图中我们可以找出正弦交变电流的最大值、周期T，也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点找出线圈旋转到中性面的时刻；线圈中磁通量最大的时刻是零时刻、t2时刻和t4时刻。也可以根据线圈旋转至平行磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行磁感线的时刻；线圈中磁通量为零是在t1时刻和t3时刻，感应电动势最大和感应电流最大的时刻t1时刻和t3时刻。二、交流电的有效值（1）正弦式的交流电，其有效值与最大值的关系是：（2）正弦半波交流电的有效值若将图所示的交流电加在电阻R上，那么经一个周期产生的热量应等于它为全波交流电时的l／2，即，而，因而得，同理得。（3）正弦单向脉冲电流的有效值因为电流热效应与电流方向无关，所以图所示正弦单向脉动电流与正弦交流电通人电阻时所产生的热效应完全相同，即,。（4）矩形脉冲电流的有效值如图所示电流实质是一种脉冲直流电，当它通入电阻后一个周期内产生的热量相当于直流电产生热量的，这里t1是一个周期内脉冲时间．由，或，得，。当时,，。（5）非对称性交流电有效值假设让一直流电压U和图所示的交流电压分别加在同一电阻上，交流电在一个周期内产生的热量为，直流电在相等时间内产生的热量，根据它们的热量相等有得:同理有。三、电感和电容对交变电流的影响比较项目电感电容阻碍作用的名称感抗容抗阻碍作用产生的原因电流变化时线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化电压变化时电容反复充放电，板上积聚的电荷阻碍电流的变化阻碍作用大小的因素跟自感系数、交变电流频率有关跟电容量、交变电流频率有关交流电路中的应用通直流、阻交流通低频、阻高频通交流、隔直流通高频、阻低频四、变压器及其原理（1）主要构造：是由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成的．变压器构造如图。（2）工作原理：根据电磁感应原理来改变交流电压．（3）理想变压器：不考虑铜损（线圈电阻产生的焦耳热）、铁损（涡流产生的焦耳热）和漏磁的变压器，即它的输入功率和输出功率相等．①功率关系：②电压关系：有若干个副线圈时，③电流关系：只有一个副线圈时由出及推出有若干副线圈时，。五、远距离输电的基本网络和功率、电压关系1、远距离输送电网基本结构：如图所示．2、输电导线损耗的电功率：由及可推得.3、两个基本公式：电压关系．能量关系或★应用规律方法：一、交变电流的产生及描述例1、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下面说法正确的是（BD）A.时刻通过线圈的磁通量为零B.时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当电动势e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大例2、如图所示，边长为L的正方形线圈abcd的匝数为n，线圈电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，现在线圈以为轴，以角速度匀速转动，求：①闭合电路中电流瞬时值的表达式②线圈从图示位置转过900的过程中电阻R上产生的热量③通过R的电荷量④电阻R上的最大电压[解析]①线圈转动时，总有一条边切割磁感线，且ac边和bd边转动的线速度大小相等，当线框平行于磁场时，产生的感应电动势最大，为：由闭合电路欧姆定律可知，当以图示为计时起点时，流过R的电流表达式为：②在线框由图示位置匀速转动900的过程中，用有效值来计算电阻R产生的热量，其中③在转过900的过程中感应电动势的平均值为：流过R的平均电流所以流过R的电量④由部分电阻欧姆定律可知电阻R上的最大电压二、电感和电容对交变电流的影响例3、如图所示的电路中，当a、b端加直流电压时，Ll灯发光，L2灯不亮，当加同样电压的交流电源时，Ll发光但较暗，L2灯发光较亮，那么以下正确的是（AD）A．A中接的是电感线圈，B中接的是电容器B．A中接的是电容器，B中接的是电感线圈C．A中接的是电阻，B中接的是电容器D．若加的交流电频率增大，电压不变，则Ll灯变得更暗，L2灯变得更亮三、对变压电路的分析例4、一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图所示，如果负载电阻的滑动片向上移动，则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是（均为理想电表）（C）A．V1、V2不变，A1增大，A2减小，P增大B．V1、V2不变，A1、A2增大，P增大C．V1、V2不变，A1、A2减小，P减小D．V1不变，V2增大，A1减小，A2减小，P减小四、远距离输电例5、远距离输电线路的示意图如图所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（C）A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B．输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定C．当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压例6、发电机的端电压220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用初、次级匝数之比为1:10的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为10:1的降压变压器降压供给用户．（1）画出全过程的线路图．（2）求用户得到的电压和功率．（3）若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压．[解析]该题是输电线路的分析和计算问题，结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关系可解此题．（1）线路图如图所示：（2）升压变压器次级的输出电压升压变压器次级输出电流升压变压器初级输入电流，由得所以输电线路上的电压损失和功率损失分别为加到降压变压器初级上的输入电流和电压降压变压器初级的输出电压和电流用户得到的功率（3）若不采用高压输电，线路损失电压为用户得到的电压用户得到的功率为。★能力强化训练1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，产生的交流电动势的最大值为．设t=0时线圈平面与磁场平行，当线圈的匝数增加一倍，转速也增大一倍，其他条件不变时，交流电的电动势为（D）A．B．C．D．2、在发电站输送电功率一定的情况下，远距离输电时输电线上损失的热功率（D）A．跟电站输送的电压成反比，跟输电线的电阻成正比B．跟电站输送的电压成正比，跟输电线的电阻成反比C．跟电站输送的电压成反比，跟输电线的电阻成反比D．跟电站输送电压的平方成反比，跟输电线的电阻成正比3、两个相同的电阻，分别通以如图所示的正弦交变电流和方波形交变电流，两种交变电流的最大值相等，周期相等．则在一个周期内，正弦式交流电在电阻上产生的焦耳热与方波式交流电在电阻上产生的焦耳热之比等于（B）A．3:1B．1:2C．2:1D．4:34、图表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（B）A．5AB5、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如图所示．下面说法中正确的是（D）A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C．t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D．每当e变换方向时，通过线圈