高考物理一轮复习资料 12 电能的输送与变压器课件 沪科.ppt

第十二章第十二章 电能的输送与变压器电能的输送与变压器考纲考纲下载下载内容内容要求要求1.理想变压器理想变压器2.远距离输电远距离输电考纲考纲解读解读1.了解变压器的构造、作用、原理；了解变压器的构造、作用、原理；2.理想变压器的理想化条件及规律；理想变压器的理想化条件及规律；3.理解远距离输电原理。理解远距离输电原理。1.对理想变压器问题应从电磁感应的本质、电压比、功率的关系来对理想变压器问题应从电磁感应的本质、电压比、功率的关系来分析求解；分析求解；2.掌握输送电能过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法。掌握输送电能过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法。2021/8/11 星期三1学案学案 电能的输送与变压器电能的输送与变压器考点考点1 变压器变压器1.理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器理想变压器(1)没有能量损失没有能量损失 (2)没有磁通量损失没有磁通量损失基基本本关关系系功率关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入入=P出出电压关系电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，公式：原、副线圈的电压比等于匝数比，公式：U1/U2=n1/n2，与负载、线圈的多，与负载、线圈的多少无关少无关电流关系电流关系(1)只有一个副线圈时：只有一个副线圈时：I1/I2=n2/n1(2)有多个副线圈时：由有多个副线圈时：由P入入=P出出得得I1U1=I2U2+I3U3+InUn或或I1n1=I2n2+I3n3+Innn频率关系频率关系f1=f2(变压器不改变交流电的频率变压器不改变交流电的频率)制制约约关关系系电压电压副线圈电压副线圈电压U2由原线圈电压由原线圈电压U1和匝数比决定和匝数比决定功率功率原线圈的输入功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率由副线圈的输出功率P2决定决定电流电流原线圈电流原线圈电流I1由副线圈电流由副线圈电流I2和匝数比决定和匝数比决定2021/8/11 星期三2 2.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，不仅适用于原、副线圈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的情况，这是因为理想变压器的各有一个的情况，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心内，穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，因磁通量全部集中在铁心内，穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每匝线圈产生的感应电动势相同，每组线圈产生的感应电动势都和匝数而每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都和匝数成正比。在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压等于电动势，故每组成正比。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。线圈两端的电压都与匝数成正比。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“口口”字形变压器铁心上的字形变压器铁心上的情景。如果是情景。如果是“日日”字形铁芯，因穿过各匝线圈的磁通量不一定变化相同，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。所以结论不再成立。(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈相当于电源。对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈相当于电源。(2)对理想变压器应注意能量守恒定律的应用。对理想变压器应注意能量守恒定律的应用。(3)我们经常应用的变压器公式是根据我们经常应用的变压器公式是根据“口口”字型铁心变压器推出的，字型铁心变压器推出的，做题时要注意给出的变压器是否为做题时要注意给出的变压器是否为“口口”字型铁心变压器，若不是应根据字型铁心变压器，若不是应根据变压器原理进行推导各物理量的关系。变压器原理进行推导各物理量的关系。2021/8/11 星期三3【例【例1】如图所示为一理想变压器，】如图所示为一理想变压器，S为单刀双掷开关，为单刀双掷开关，P 是滑动变阻器的滑动触头，是滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，为加在原线圈两端的电压，I1 为原线圈中的电流，则为原线圈中的电流，则()A.保持保持U1及及P的位置不变，的位置不变，S由由a合到合到b时，时，I1将增大将增大 B.保持保持U1及及P的位置不变，的位置不变，S由由b合到合到a时，时，R消耗的功率减小消耗的功率减小 C.保持保持U1不变，不变，S合在合在a处，当处，当P上滑时，上滑时，I1将增大将增大 D.保持保持P的位置不变，的位置不变，S合在合在a处，当处，当U1增大时，增大时，I1将增大将增大 【点拨】【点拨】分析这类问题的基本思路：分析这类问题的基本思路：(1)首先抓住各量的决定因素：首先抓住各量的决定因素：U1由由电源决定，电源决定，U2由输入电压由输入电压U1及匝数比决及匝数比决定：定：U2=(n2/n1)U1；I2由输出电压由输出电压U2及负及负载电阻载电阻R决定：决定：I2=U2/R；I1由由I2及匝数比及匝数比决定：决定：I1=(n2/n1)I2。(2)然后利用直流电路中的动态分析然后利用直流电路中的动态分析方法即可。方法即可。ABD2021/8/11 星期三4如图所示电路中的变压器为理想变压器，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。为单刀双掷开关。P是滑动变阻器是滑动变阻器R的滑动触头，的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电为加在原线圈两端的交变电压，压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流。下列说法正确分别为原线圈和副线圈中的电流。下列说法正确的是的是()A.保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a，则，则R上消耗的功率上消耗的功率 减小减小B.保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由a切换到切换到b，则，则I2减小减小C.保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a，则，则I1增大增大D.保持保持U1不变，不变，S接在接在b端，将端，将P向上滑动，则向上滑动，则I1减小减小BC 12021/8/11 星期三5 【解析】【解析】对多输出端变压器常常用电压关系、功率关系列式求解。对多输出端变压器常常用电压关系、功率关系列式求解。理想变压器不计能量损耗有理想变压器不计能量损耗有 P入入=P出出，即，即P1=PL1PL2 又又U1/UL1=n1/n2，得得U1=(n1/n2)UL1=120 V，I1U1=PL1PL2 I1=(PL1PL2)/U1=6/120 A=0.05 A。【例【例2】如图所示，理想变压器原线圈匝数为】如图所示，理想变压器原线圈匝数为1000匝，两匝，两 个副线圈匝数分别为个副线圈匝数分别为50 匝和匝和100匝，匝，L1是是“6 V，2 W”的小灯泡，的小灯泡，L2是是“12 V，4 W”的灯泡，当的灯泡，当n1接上交流接上交流 电源时，电源时，L1、L2均正常发光，求原线圈中的电流强均正常发光，求原线圈中的电流强 度度I1。【点拨】【点拨】多输出端多输出端(两个或两个以上副线圈两个或两个以上副线圈)变压器中，电压比仍保变压器中，电压比仍保持为线圈匝数比，即持为线圈匝数比，即U1:U2:U3=n1:n2:n3，但电流比不再保持匝数反，但电流比不再保持匝数反比关系，解决这个题型，除了应用电压比等于匝数比外，还应利用比关系，解决这个题型，除了应用电压比等于匝数比外，还应利用P1=P2+P3+P4+，即输入功率等于总输出功率。，即输入功率等于总输出功率。2021/8/11 星期三6 2如图所示，理想变压器三个线圈的如图所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为匝数之比为n1:n2:n3=10:5:1，其中，其中n1接到接到220 V的交流电源上，的交流电源上，n2和和n3分别与电阻分别与电阻R2、R3组成闭合回路。组成闭合回路。已知通过电阻已知通过电阻R3的电流的电流I3=2 A，电，电阻阻R2=110 ，求通过电阻，求通过电阻R2的电流的电流和通过原线圈的电流。和通过原线圈的电流。【答案】【答案】1 A 0.7 A2021/8/11 星期三7考点考点2 电能的输送电能的输送 1.远距离输电的分析技巧远距离输电的分析技巧 远距离输电时，由于输电线路上存在电阻，根据电流热效应远距离输电时，由于输电线路上存在电阻，根据电流热效应Q=I2Rt，总有一，总有一部分电能损失在输电线路上。减小线路上的电能损失，有两种方法：一是减小导部分电能损失在输电线路上。减小线路上的电能损失，有两种方法：一是减小导线上的电阻；二是减小输电线上通过的电流。线上的电阻；二是减小输电线上通过的电流。(1)输电过程的电压关系：输电过程的电压关系：(2)输电过程功率的关系：输电过程功率的关系：根据根据P=UI可知，通过减小输电线路的可知，通过减小输电线路的电流，可减少输电线路的能量损失，即采电流，可减少输电线路的能量损失，即采用高压输电，这是减少线路电能损失的有用高压输电，这是减少线路电能损失的有效方法效方法(如图如图)。2021/8/11 星期三8 (1)有关远距离输电问题，应先画出远距离输电的示意图，并将已知量有关远距离输电问题，应先画出远距离输电的示意图，并将已知量和待求量写在示意图的相应位置。和待求量写在示意图的相应位置。(2)抓住输电的两端抓住输电的两端电源和用电器；分析一条线电源和用电器；分析一条线输电线；研究输电线；研究两次电压变换两次电压变换升压和降压。升压和降压。(3)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路，各回路分别用以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路，各回路分别用欧姆定律、串、并联的特点及电功、电功率等公式进行计算，联系各回路欧姆定律、串、并联的特点及电功、电功率等公式进行计算，联系各回路的是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系。的是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系。2.远距离输电问题中功率损耗的计算远距离输电问题中功率损耗的计算 在远距离输送电能问题中，计算线路功率损耗时常用关系式在远距离输送电能问题中，计算线路功率损耗时常用关系式P损损=I线线2R线线，其原因是，其原因是I线线较易由公式较易由公式I线线=P输输/U输输求出，求出，P损损=U线线I线线或或P损损=U线线2/R线线则不常用，则不常用，其原因是在一般情况下，其原因是在一般情况下，U线线不易求出，且易把不易求出，且易把U线线和和U输输相混淆而造成错误。相混淆而造成错误。远距离输电中的功率关系：远距离输电中的功率关系：P输输=P损损+P用户用户。2021/8/11 星期三9【例例3】发电站的电源通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户，如果】发电站的电源通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户，如果 升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器。升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器。(1)画出上述输电全过程的原理图；画出上述输电全过程的原理图；(2)发电机的输出功率是发电机的输出功率是100 kW，输出电压是，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝，升压变压器的原、副线圈的匝 数比为数比为1:25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(3)若输电导线中的电功率损失为输电功率的若输电导线中的电功率损失为输电功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压，求输电导线的总电阻和降压变压 器原线圈两端的电压；器原线圈两端的电压；(4)计算降压变压器的输出功率。计算降压变压器的输出功率。【解析】【解析】(1)如下图所示。如下图所示。(2)对升压变压器，据公式对升压变压器，据公式U1/U2=n1/n2有有U2=U1=25250 V=6250 V,P1=P2,I2=P2/U2=100000/6250 A=16 A。(3)因为因为P线线=I22R线线，又，又P线线=0.04P1，所以所以R线线=15.625 。因为因为 U=U2-U3=I2R线线，所以，所以U3=U2-I2R线线=6250 V-1615.625 V=6000 V。(4)P4=P1-P线线=0.96P1=0.96100000W96 kW。2021/8/11 星期三10 【点拨】【点拨】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降压变压器变压器用电户用电户”这一过程。并画出这一过程的示意图，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；把需要的物理量都标在图中的相应位置上；(2)远距离输电常用分析公式远距离输电常用分析公式 输电电流：输电电流：I2=P2/U2=P3/U3=(U2-U3)/R线线 输电导线损失的电功率：输电导线损失的电功率：P损损=P2-P3=I22R线线=(P2/U2)2R线线 输电导线损耗的电压输电导线损耗的电压U线线=U2-U3=I2R线线=(P2/U2)R线线。2021/8/11 星期三11 3一台交流发电机的额定输出功率一台交流发电机的额定输出功率P=4.0103 kW，以，以400 V电电压将其接在升压变压器上向远方输电。输电导线的总电阻为压将其接在升压变压器上向远方输电。输电导线的总电阻为10 ，允许输电线损失的功率为输出功率的，允许输电线损失的功率为输出功率的10%，问：，问：(1)升压变压器的变压比应为多大？升压变压器的变压比应为多大？(2)为了使远方用电器能得到为了使远方用电器能得到220 V的工作电压，降压变压器的工作电压，降压变压器 的变压比应为多大？的变压比应为多大？【答案】【答案】(1)1:50 (2)900:112021/8/11 星期三122021/8/11 星期三13