2019版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 远距离输电学案 沪科版选修3-2.doc

1微型专题微型专题 5 5 变压器的动态分析变压器的动态分析 远距离输电远距离输电一、理想变压器的动态分析1.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即n1 n2U2.n2U1 n1(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为 0，P入为 0.(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输n1 n2出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1.n2I2 n12.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.例 1 (多选)如图 1 所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则( )图 1A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小答案 BC2解析 Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P可知总功率减小，U2 2 RR0原线圈电压U1不变，由PU1I1可知原线圈电流I1减小，故 A 错误，B 正确；当P位置不动，Q上滑时，由知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故 C 正确，D 错误.U2 U1n2 n1针对训练 1 如图 2 所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，开始时开关S是断开的.现将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( )图 2A.V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大B.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大C.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小D.V1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，A2的示数增大，P入减小答案 B解析 电压表 V1的示数由输入电压决定；电压表 V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比决定；电流表 A2的示数即I2由输出电压U2(大小等于电压表 V2的示数)和n1 n2负载电阻R负决定；电流表 A1的示数即I1由变压器的匝数比和输出电流I2决定；P入随Pn2 n1出而变化，由P出决定.因输入电压不变，所以电压表 V1的示数不变；据公式U2，可n2U1 n1知U2也不变，即电压表 V2的示数不变；又据I2知，S闭合后R负减小，故I2增大，电U2 R负流表 A2的示数增大；输入电流I1随输出电流I2的增大而增大，故电流表 A1的示数增大；因P出U2I2，故P出增大；P入随P出变化，故P入也增大；可见本题的正确选项为 B.二、远距离高压输电问题解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律.1.画图、理清三个回路(如图 3 所示)3图 32.抓住两个联系(1)理想升压变压器联系回路 1 和回路 2即，I1n1I2n2，P1P2.U1 U2n1 n2(2)理想降压变压器联系回路 2 和回路 3即，I3n3I4n4，P3P4U3 U4n3 n43.掌握一个定律根据能量守恒定律得P2PP3.例 2 如图 4 所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)，若发电机的输出功率是 100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为 125.图 4(1)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的 4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压.答案 (1)6 250 V 16 A (2)15.625 6 000 V解析 (1)对升压变压器，据公式，有U1 U2n1 n2U2U1×250 V6 250 Vn2 n125 1I2 A16 AP2 U2P1 U2100 000 6 250(2)P损I22R线，P损0.04P1所以R线15.625 0.04P1 I22因为 UU2U3I2R线所以U3U2I2R线6 000 V.针对训练 2 (多选)如图 5 为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总电阻减小时( )4图 5A.U1U2U4U3B.用户的电压U4增加C.输电线上的损失功率增大D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率答案 AC解析 根据，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故 A 正确.用户用电器U1 U2n1 n2U3 U4n3 n4总电阻减小，则电流增大，所以输电线上的电流增大，根据P损I2r知，输电线上损耗的功率增大，根据 UIr知，输电线上的电压损失变大，发电机的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变，降压变压器的输入电压变小，用户的电压U4减小，故 B 错误，C 正确.用户消耗的功率等于发电机的输出功率与输电线上损失的功率之差，故 D 错误. 1.(理想变压器动态分析)(多选)如图 6 所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )图 6A.原线圈匝数n1增加 B.副线圈匝数n2增加C.负载电阻R的阻值增大 D.负载电阻R的阻值减小答案 BD解析 由，P出U1 U2n1 n2U22 R可得P出U12n2 2n12R5又因为P入P出，所以P入U12n22 n12R分析可得选项 B、D 正确.2.(理想变压器动态分析)(多选)如图 7 所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是( )图 7A.P向下滑动时，灯L变亮B.P向下滑动时，变压器的输出电压不变C.P向上滑动时，变压器的输入电流变小D.P向上滑动时，变压器的输出功率变大答案 BD解析 由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L的亮度不随P的滑动而改变，故选项 A 错误，选项 B 正确.P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R总减小，由I2知，通过副线圈的电流I2增大，输U2 R总出功率P出U2I2增大，再由知输入电流I1也增大，故选项 C 错误，D 正确.I1 I2n2 n13.(远距离高压输电问题)风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图 8 所示的风车阵中发电机输出功率为 100 kW，输出电压是 250 V，用户需要的电压是 220 V，输电线总电阻为 10 .若输电线因发热而损失的功率为输送功率的 4%.图 8(1)画出此输电线路的示意图；(2)求用户得到的电功率；(3)求在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比.答案 (1)见解析图 (2)96 kW (3)120 24011解析 (1)如图所示(2)输电线损失的功率P损P×4%100 kW×4%4 kW.6用户得到的电功率P用PP损96 kW.(3)输电线电流I2 A20 A.P损 R线4 × 103 10升压变压器输出电压U2 V5×103 V.P I2100 × 103 20升压变压器原、副线圈匝数比：.n1 n2U1 U2250 V 5 000 V1 20电压损失U损I2R线20×10 V200 V.降压变压器原线圈两端电压U3U2U损4 800 V.降压变压器原、副线圈匝数比.n3n4U3U44 800 V220 V24011