第二課時 變壓器 電能的輸送
【要求】
1．了解變壓器的構(gòu)造和原理。知道變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，并能用這關(guān)系進行計算。
2．了解遠距離輸電的主要環(huán)節(jié)，知道遠距離輸電時應(yīng)用高電壓的道理。
【知識再現(xiàn)】
一、變壓器
1、主要構(gòu)造：（1）閉合鐵芯。（2）繞在鐵芯上的原、副線圈（初級、次級線圈）。
2、工作原理：電磁感應(yīng)（互感）。
3、幾種常用的變壓器
（l）自耦變壓器：如調(diào)壓變壓器，鐵芯上只繞一個線圈，可升壓，可降壓。
（2）互感器
電壓互感器：把高電壓變成低電壓，以便測量高電壓。（降壓變壓器）
電流互感器：把大電流變成小電流，以便測定小電流。（升壓變壓器）
二、電能的輸送
1、輸送電能的基本要求：可靠（供電線路工作可靠）、保質(zhì)（電壓和頻率穩(wěn)定）、經(jīng)濟（輸電線路的建造和運行費用低，電能損耗少）。
2、關(guān)鍵：減小輸電線路上的電能損耗，P損=I2R。
3、方法：
①減小輸電線的電阻，如采用電阻率小的材料或增大導(dǎo)線的橫截面積。
②高壓輸電：在輸送功率一定的條件下提高輸送電壓，以減小輸電電流，從而減小輸電導(dǎo)線上損失的電功率。
知識點一理想變壓器的原理及基本關(guān)系式
由于理想變壓器沒有漏磁和能量損失，所以穿過原、副線圈的磁通量ф相等，磁通量的變化率
△ф/△t也總是相等，這種使原、副線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與原、副線圈的匝數(shù)成正比．故變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)（互感現(xiàn)象）．
變壓器的基本規(guī)律可概括為“三變?nèi)蛔儭保矗嚎筛淖兘涣鞯碾妷�、電流、等效電阻；不能改變功率、頻率和直流的電壓。
變壓器的變壓比: U1／n1 = U2／n2= U3／n3 =… = ΔU／Δn = k
變壓器的變流比: n1I1=n2I2+n3I3+……
理想變壓器的輸入功率由輸出功率決定：
【應(yīng)用1】如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1：n2=4:1，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負載電阻B的阻值相等。a、b端加一定交變電流電壓后，兩電阻消耗的電功率之比PA：PB = 和電阻兩端的電壓之比UA：UB = 。
導(dǎo)示：抓住理想變壓器（圖中的虛線框內(nèi)的部分）原、副線圈的電流關(guān)系，A、B兩電阻消耗的電功率關(guān)系及電壓關(guān)系均可求得。
對理想變壓器，有
又UA=I1R，UB=I2R
應(yīng)依次填充： 和
知識點二遠距離輸電
1、遠距離輸電示意圖
2、幾個常用關(guān)系式：
若發(fā)電站輸出電功率為P，輸出電壓為U，用戶得到的電功率為P’，用戶得到的電壓為U’，輸電導(dǎo)線的總電阻為R。（如圖）
①導(dǎo)線損失的電壓△U=U-U’=IR。
②輸電電流I=P/U=（U-U’）/R。
③輸電導(dǎo)線上損失的電功率P損= P-P’=I2R=P2R/U2。
由以上公式可知，當輸送的電功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少到原來的1/n2。
【應(yīng)用2】（07年佛山市質(zhì)量檢測．14）水利發(fā)電具有防洪、防旱、減少污染多項功能，是功在當代，利在千秋的大事，現(xiàn)在水力發(fā)電已經(jīng)成為我國的重要能源之一。某小河水流量為40m3/s,現(xiàn)在欲在此河段上筑壩安裝一臺發(fā)電功率為1000千瓦的發(fā)電機發(fā)電。
（1）設(shè)發(fā)電機輸出電壓為500V，在輸送途中允許的電阻為5Ω，許可損耗總功率的5%，則所用升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)是多大？
（2）若所用發(fā)電機總效率為50%，要使發(fā)電機能發(fā)揮它的最佳效能，則攔河壩至少要建多高？g取10m/s2。
導(dǎo)示：（1）設(shè)送電電流為I，損耗的功率為P耗、導(dǎo)線R線，由P＝I2R得：
設(shè)送電電壓為U送，由P＝IU得：
則升壓變壓器原副線圈匝數(shù)比：
（2）發(fā)電時水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能
故：mgh×50％＝Pt ，其中
類型一理想變壓器動態(tài)問題分析
【例1】如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強度，則（ ）
A.保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大
B.保持U1及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗的功率減小
C.保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大
D.保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大
導(dǎo)示：K由a合到b時，n1減小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2=U22/R隨之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，從而I1增大，A正確；K由b合到a時，與上述情況相反，P2將減小，B正確；P上滑時，R增大，P2=U22/R減小，又P1=P2，P1=I1U1，從而I1減小，C錯誤；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大，I2=U2/R隨之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D正確。故選項A、B、D正確。
處理這類問題的關(guān)鍵是分清變量和不變量，弄清理想變壓器中“誰決定誰”的問題。注意因果關(guān)系，對電壓而言，輸入決定輸出；而對于電流、功率，輸出決定輸入。
類型二變壓器原理的拓展應(yīng)用
【例2】在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈繞在如圖所示變壓器鐵心的左右兩個臂上，當通以交變電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1：n2=2：1，在不接負載的情況下（ ）
A、當線圈1輸入電壓220V時，線圈2輸出電壓為110V
B、當線圈1輸入電壓220V時，線圈2輸出電壓為55V
C、當線圈2輸入電壓110V時，線圈1輸出電壓為220V
D、當線圈2輸入電壓110V時，線圈1輸出電壓為110V
導(dǎo)示：該題考查的是變壓器的原理，若不去深入研究變壓器的變壓原理，只死記公式，很容易錯選。
該題給出的變壓器的鐵心為日字形，與考生熟知的口字形變壓器不同，且通過交變電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量只有一半通過另一線圈，故電壓比 不再成立。所以只能利用電磁感應(yīng)定律，從變壓器的原理入手，才能解出該題。
當線圈1作為輸入端時，
。
因為U1=220V，所以U2=55V，所以選項B對。
當線圈2作為輸入端時，
。
因為U2′=110V，所以U1′=110V，所以選項D對。
1．（南京市2007-2008學(xué)年度第一學(xué)期期末調(diào)研測試卷）某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為55：9，原線圈所接電源電壓按圖示規(guī)律變化。副線圈接有一燈泡，此時燈泡消耗的功率為40W。則下列判斷正確的是（ ）
A、副線圈兩端電壓為 V
B、原線圈中電流表的示數(shù)約為0.18A
C、變壓器的輸入、輸出功率之比為55：9
D、原線圈兩端電壓的瞬時表達式為u=220sin100πt（V）
2．（揚州市07-08學(xué)年度第一學(xué)期高三期末調(diào)研卷）如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表，從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時值表達式為u1=220 sin100πt（V），則（ ）
A．當單刀雙擲開關(guān)與a連接時，電壓表的示數(shù)為22V
B．當t= s時，c、d間的電壓瞬時值為110V
C．單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)均變小
D．當單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)均變小
3．（07年江蘇省揚州市一模5．）如圖所示，一個有兩個不同副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)為nl=1100匝，兩副線圈的匝 數(shù)分別為n2=20匝和n3=70匝。原線圈接入220V交變電壓，今將一額定電壓為10V的用電器接入變壓器的副線圈輸出端后能正常工作，則兩個副線圈連接方式應(yīng)是（ ）
A．只用一個副線圈，l、2作為輸出端
B．只用一個副線圈，3、4作為輸出端
C．將2、4連接，1、3作為輸出端
D．將2、3連接，1、4作為輸出端
4、（2007年上海卷3B．）如圖所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值UAB＝100V，R0＝40W，當滑動片處于線圈中點位置時，C、D兩端電壓的有效值UCD為_____V，通過電阻R0的電流有效值為______A。
5、（08屆高三第三次全國大聯(lián)考）學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為r=1Ω，升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻為R=4Ω，全校22個教室，每個教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：
（1）發(fā)電機的輸出功率多大？
（2）發(fā)電機的電動勢多大？
（3）輸電線上損耗的電功率多大？
答案：1、B 2、A 3、C 4、200；5
5、（1）發(fā)電機輸出功率為P出=U1I1=5424W
（2）發(fā)電機的電動勢E=U1+I1r=250V
（3）輸電線上損耗的電功率PR=IR2R=144W
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