2018版高中物理 第4章 遠(yuǎn)距離輸電 習(xí)題課　變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問題學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第4講習(xí)題課變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問題目標(biāo)定位1.進(jìn)一步理解變壓器原理及規(guī)律.2.熟練應(yīng)用變壓器原、副線圈的決定因素解決動態(tài)分析問題.3.熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問題，熟練解決遠(yuǎn)距離高壓輸電中的實(shí)際問題1理想變壓器原、副線圈的三個(gè)關(guān)系：P入P出，.(一個(gè)副線圈)2輸電線上的功率損失P損I2R線，輸電線上的電壓損失UIR線3減小輸電線路上功率、電壓損失的途徑：減小輸電線的電阻、減小輸電導(dǎo)線中的電流(即提高輸電電壓)4遠(yuǎn)距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降到所需的電壓.一、理想變壓器中的規(guī)律分析1功率關(guān)系：P入P出2電壓關(guān)系：3電流關(guān)系：若只有一個(gè)副線圈.若有多組副線圈n1I1n2I2n3I34變壓器不改變頻率5原、副線圈的地位(1)原線圈在原線圈回路中所處的地位是充當(dāng)負(fù)載(2)副線圈在副線圈回路中所處的地位是充當(dāng)電源例1如圖1甲所示，左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負(fù)載電路中R55，、為理想電流表和理想電壓表若原線圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110V，下列表述正確的是()圖1A電流表的示數(shù)為2AB原、副線圈匝數(shù)比為12C電壓表的示數(shù)為電壓的有效值D原線圈中交變電壓的頻率為100Hz答案AC解析由題圖乙可知原線圈兩端電壓的有效值U1220V，由，可得原、副線圈匝數(shù)之比21，故B錯(cuò)誤；電流表示數(shù)與電壓表示數(shù)都為有效值，故C正確；電流表示數(shù)IA2A，故A正確；由題圖乙可知T0.02s，所以交變電壓的頻率為fHz50Hz，D錯(cuò)誤針對訓(xùn)練1如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為41.原線圈接入一電壓為uU0sint的交流電源，副線圈接一個(gè)R27.5的負(fù)載電阻若U0220V，100rad/s，則下述結(jié)論正確的是()圖2A副線圈中電壓表的讀數(shù)為55VB副線圈中輸出交變電流的周期為sC原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5AD原線圈中的輸入功率為110W答案AC解析原線圈電壓有效值為U220V，電壓表讀數(shù)為U2V55V，周期Ts，副線圈中電流I22A，原線圈中電流I10.5A，PI1U110W.二、理想變壓器電路的動態(tài)問題分析1首先明確變壓器各物理量間的制約關(guān)系(1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2：變壓器原、副線圈匝數(shù)n1、n2確定，U1便決定了U2，與輸出端有無負(fù)載、負(fù)載大小無關(guān)，也與變壓器有無其他副線圈無關(guān)(2)輸出功率P2決定輸入功率P1：即用多少送多少(3)輸出電流I2決定輸入電流I1：U2與負(fù)載電阻R通過歐姆定律決定輸出電流I2的大小，由I1I2決定I1的大小2分清動態(tài)變化中哪個(gè)量變化，結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，歐姆定律及變壓器各物理量間因果關(guān)系來依次確定其他量變化例2如圖3所示，理想變壓器原線圈輸入電壓uUmsint，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器.和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示下列說法正確的是()圖3AI1和I2表示電流的瞬時(shí)值BU1和U2表示電壓的最大值C滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變大D滑片P向下滑動過程中，U2變小、I1變小答案C解析交流電表測量的是交變電流的有效值，故A、B皆錯(cuò)誤；由于理想變壓器的輸出電壓U2U1與負(fù)載無關(guān)，即滑片P下滑時(shí)U2不變，故D錯(cuò)誤；由I1U1知R減小時(shí)I1變大，故C正確針對訓(xùn)練2如圖4所示，用一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入端的電壓不變，開始時(shí)開關(guān)S是斷開的現(xiàn)將開關(guān)S閉合，則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是()圖4AV1、V2的示數(shù)不變，A1的示數(shù)增大，A2的示數(shù)減小，P入增大BV1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)增大，P入增大CV1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)減小，P入減小DV1的示數(shù)不變，V2的示數(shù)增大，A1的示數(shù)減小，A2的示數(shù)增大，P入減小答案B解析電壓表V1的示數(shù)由輸入電壓決定；電壓表V2的示數(shù)由輸入電壓U1(大小等于電壓表V1的示數(shù))和匝數(shù)比決定；電流表A2的示數(shù)即I2由輸出電壓U2(大小等于電壓表V2的示數(shù))和負(fù)載電阻R負(fù)決定；電流表A1的示數(shù)即I1由變壓器的匝數(shù)比和輸出電流I2決定；P入隨P出而變化，由P出決定因輸入電壓不變，所以電壓表V1的示數(shù)不變；據(jù)公式U2，可知U2也不變，即電壓表V2的示數(shù)不變；又據(jù)I2知，S閉合后R負(fù)減小，故I2增大，電流表A2的示數(shù)增大；輸入電流I1隨輸出電流I2而增大，故電流表A1的示數(shù)增大；因P出U2I2，故P出增大；P入隨P出變化，故P入也增大可見本題的正確選項(xiàng)為B.三、遠(yuǎn)距離高壓輸電中的損耗問題1解決遠(yuǎn)距離輸電問題時(shí)，應(yīng)首先畫出輸電的電路圖，如圖5所示，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(yīng)位置圖52分析三個(gè)回路，在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源3綜合運(yùn)用下面三方面的知識求解(1)能量守恒：P1U1I1U2I2P用戶PPIRP用戶U3I3U4I4.(2)電路知識：U2UU1UI2R.(3)變壓器知識：.其中PIR，UI2R往往是解題的切入點(diǎn)例3某發(fā)電站通過燃燒煤來發(fā)電發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶，發(fā)電機(jī)輸出功率是120 kW，輸出電壓是240 V，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為125，輸電線的總電阻為10 ，用戶需要的電壓為220 V則：(1)輸電線上損耗的電功率為多少？(2)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？答案(1)4 000 W(2)解析(1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得輸電電壓U2U1240 V6 000 V輸電電流I2 A20 A輸電線上損失的功率P損Ir20210 W4 000 W.(2)輸電線上損失的電壓U損I2r2010 V200 V降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3U2U損6 000 V200 V5 800 V根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得：.變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用1如圖6所示 ，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n11 100 匝，接電壓U1220 V的交流電，副線圈接“20 V10 W”的燈泡，燈泡正常發(fā)光，可知()圖6A副線圈的匝數(shù)n2200 匝B副線圈中的電流I20.5 AC原線圈中的輸入功率為10 WD原線圈中的電流I10.1 A答案BC解析由于理想變壓器的電壓比等于匝數(shù)比，副線圈匝數(shù)n2100 匝，A錯(cuò)誤；理想變壓器的原、副線圈的功率相等，所以原線圈的輸入功率為10 W，C正確；由功率PUI可得副線圈中的電流I20.5 A，原線圈中的電流I1I20.045 A，B正確，D錯(cuò)誤變壓器電路的動態(tài)問題分析2如圖7所示，某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線圈兩端電壓為一最大值不變的正弦交流電，在其他條件不變的情況下，為了使變壓器輸入功率增大，可使 ()圖7A原線圈匝數(shù)n1增加B副線圈匝數(shù)n2增加C負(fù)載電阻R的阻值增大D負(fù)載電阻R的阻值減小答案BD解析由，P出可得P出又因?yàn)镻入P出，所以P入分析可得選項(xiàng)B、D正確3如圖8所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為15, 原線圈兩端的交變電壓為u20sin (100t) V氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時(shí)開始發(fā)光下列說法中正確的有()圖8A開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100HzB開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100VC開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大D開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變答案AB解析變壓器不能改變交變電流的頻率，Ts0.02s，f50Hz.因?yàn)橐粋€(gè)周期內(nèi)氖泡發(fā)光2次，故開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100Hz，A項(xiàng)正確；電壓表的示數(shù)是有效值，U1V20V，U2U1100V，B項(xiàng)正確；不論開關(guān)是否斷開，電壓表示數(shù)不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤遠(yuǎn)距離輸電問題分析4一臺發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kW，電壓為4000V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電，輸電線路總電阻R線1k，到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220V,60W)若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%，變壓器T1和T2的損耗可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則()AT1原、副線圈電流分別為103A和20ABT2原、副線圈電壓分別為1.8105V和220VCT1和T2的變壓比分別為150和401D有6104盞燈泡(220V,60W)正常發(fā)光答案ABD解析根據(jù)題意畫出輸電線路示意圖如圖所示對升壓變壓器有P1U1I1，可知I1103A，由輸電線上消耗的功率PIR線400kW，可知輸電線上電流為I220A，A項(xiàng)正確；T1的變壓比為I2I1150；根據(jù)PU2I2得U22105V，輸電線上電壓UI2R線20000V，則副線圈輸入電壓為U3U2U線1.8105V，又燈泡正常發(fā)光，可知副線圈電壓U4220V，B項(xiàng)正確；T2的變壓比為n3n4U3U41.8105220，C項(xiàng)錯(cuò)誤；降壓變壓器的輸入功率等于輸出功率P3P4U3I260Wn，解得n6104，D項(xiàng)正確.