2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 習(xí)題課4 變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問題學(xué)案 粵教版選修3-2

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1、習(xí)題課4　變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問題 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.進(jìn)一步理解變壓器的原理及規(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際問題． , 理想變壓器的規(guī)律分析 【例1】　如圖所示，為了浴室用電安全，某同學(xué)用理想變壓器給浴室降壓供電，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，原線圈輸入交變電壓u＝311sin 100πt(V)，已知照明燈額定功率為44 W，排氣扇電動機(jī)內(nèi)阻為1 Ω，電流表示數(shù)為2 A，各用電器均正常工作，電表均為理想表．則(　　) A．電壓表示數(shù)為62 V B．變壓器

2、的輸入功率為186 W C．排氣扇輸出功率為43 W D．保險絲熔斷電流不得低于2 A C　[變壓器輸入交變電壓u＝311sin 100πt(V)，有效值U＝220 V，變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，所以副線圈電壓U2＝44 V，故A錯誤；電流表示數(shù)為2 A，所以輸出功率P＝44×2 W＝88 W，所以變壓器的輸入功率為88 W，故B錯誤；照明燈的電流IL＝＝ A＝1 A；則排氣扇的電流為I2＝2 A－1 A＝1 A, 則排氣扇輸出功率為P＝U2I2－I2r＝44×1－12×1 W＝43 W，故C正確；變壓器的初級電流為I1＝I＝ A＝0.4 A，故保險絲熔斷電流不得低于0.4 A，

3、故D錯誤．] (1)功率關(guān)系：P入＝P出． (2)電壓關(guān)系：＝＝＝…. (3)電流關(guān)系：若只有一個副線圈＝. 若有多組副線圈n1I1＝n2I2＋n3I3＋…. (4)變壓器不改變頻率． 1．如圖所示，變壓器的輸入電壓U1一定，原線圈匝數(shù)為n1，兩個副線圈的匝數(shù)分別是n2和n3.當(dāng)把電熱器接a、b，讓c、d空載時，電流表讀數(shù)是I1；當(dāng)把同一電熱器接c、d，而a、b空載時，電流表讀數(shù)是I′1，則I1∶I′1等于(　　) A．n2∶n3　　　　 B．n3∶n2 C．n∶n D．n∶n C　[由電壓比知＝＝，由P2＝P1知，當(dāng)電熱器接a、b，讓c、d空載時，有I1U1

4、＝；當(dāng)把同一電熱器接c、d而a、b空載時，有I′1U1＝，所以I1∶I′1＝U∶U＝n∶n.] 理想變壓器的動態(tài)分析 【例2】　(多選)如圖所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合開關(guān)S，下列說法正確的是(　　) A．P向下滑動時，燈L變亮 B．P向下滑動時，變壓器的輸出電壓不變 C．P向上滑動時，變壓器的輸入電流變小 D．P向上滑動時，變壓器的輸出功率變大 思路點撥：①P的滑動不影響U2. ②P向上滑，負(fù)載電阻減小，反之增加． BD　[由于理想變壓器輸入電壓U1不變，原、副線圈匝數(shù)不變，所以輸出電壓U2也不變，燈L亮度不隨P的滑

5、動而改變，故選項A錯誤，選項B正確．P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻減小，負(fù)載總電阻R總減小，由I2＝知，通過副線圈的電流I2增大，輸出功率P2＝U2I2增大，再由＝知輸入電流I1也增大，故選項C錯誤，D正確．] 負(fù)載發(fā)生變化時，電流和電壓如何變化的判斷，先要由＝判斷U2是否變化，再根據(jù)U2及負(fù)載電阻的變化，由歐姆定律確定副線圈中的電流I2的變化，最后再由P入＝P出判斷原線圈中電流的變化． 2．如圖甲所示的電路中，一理想變壓器原線圈兩端接電源，電壓按如圖乙所示的規(guī)律變化，已知原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝11∶1，變壓器副線圈所接的電路中R1為定值電阻，R3為光敏電阻(電阻隨

6、光照強(qiáng)度的增加而減小)，則下列說法中正確的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．當(dāng)R2受光照時，電流表的示數(shù)變小 B．當(dāng)R2受光照時，電壓表V2的示數(shù)變大 C．當(dāng)R2受光照時，電壓表V1的示數(shù)不變 D．電壓表V1示數(shù)為20 V C　[當(dāng)R2受光照時電阻減小，副線圈的電流變大，所以原線圈的電流也要增大，電流表A的示數(shù)變大，故A錯誤；R1的電壓要增大，由于副線圈的總電壓不變，所以R2的電壓就要減小，電壓表V2的示數(shù)變小，則B錯誤，C正確；由題圖乙可知，輸入電壓的有效值為220 V，變壓器線圈的電壓與匝數(shù)成正比，由此可得副線圈的電壓為20 V，電壓表V1測的是副線圈的電壓，故D錯誤．

7、] , 遠(yuǎn)距離輸電的損耗問題 【例3】　某發(fā)電廠引進(jìn)秸稈焚燒發(fā)電機(jī)設(shè)備，該發(fā)電機(jī)輸出功率為40 kW，輸出電壓為400 V，用變壓比(原、副線圈匝數(shù)比)為n1∶n2＝1∶5的變壓器升壓后向某小區(qū)供電，輸電線的總電阻為r＝5 Ω，電能到達(dá)該小區(qū)后再用變壓器降為220 V. (1)畫出輸電過程的電路示意圖； (2)求輸電線上損失的電功率； (3)求降壓變壓器的變壓比n3∶n4. 思路點撥：①由P＝U2I2及P損＝Ir計算電功率損失． ②由U3＝U2－I2r及n3∶n4＝U3∶U4計算n3∶n4. [解析]　(1)輸電過程的電路示意圖如圖所示． (2)因為＝ 輸電電壓U

8、2＝U1＝×400 V＝2 000 V 因為P輸＝U2I 解得輸電電流I＝20 A 輸電線上損失的功率 P損＝I2r＝(20 A)2×5 Ω＝2 000 W. (3)輸電線上損失的電壓 U損＝Ir＝20 A×5 Ω＝100 V 降壓變壓器的輸入電壓 U3＝U2－U損＝2 000 V－100 V＝1 900 V 降壓變壓器的變壓比＝＝＝. [答案]　(1)見解析圖　(2)2 000 W　(3)95∶11 (1)分析遠(yuǎn)距離輸電的思路 對高壓輸電問題應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或從用電器到發(fā)電機(jī)一步一步地進(jìn)行分析． (2)遠(yuǎn)距離輸電問題

9、的四個關(guān)鍵 ①畫出一個模型——遠(yuǎn)距離輸電模型． ②抓住輸電的兩端——發(fā)電機(jī)和用電器． ③分析一條線——輸電線． ④研究兩次電壓變換——升壓和降壓． (3)注意各物理量的對應(yīng)，防止張冠李戴而出錯． 3．(多選)在圖所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變．隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法正確的有(　　) A．升壓變壓器的輸出電壓增大 B．降壓變壓器的輸出電壓增大 C．輸電線上損耗的功率增大 D．輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大 CD　[匝數(shù)比和輸入電壓U1不變，由U1∶U2＝n1∶n2可知，輸出電壓U

10、2不變，故A項錯誤；因P變大，I＝，則I變大，又U損＝IR，故U損變大，U3＝U2－U損，因此降壓變壓器的輸入電壓U3變小，而降壓變壓器的匝數(shù)比不變，故降壓變壓器的輸出電壓U4變小，B項錯誤；由P損＝2R可知，因U2不變、P變大，所以P損變大，故C項正確；因U2不變、P變大，由＝＝可知，變大，故D項正確．] 1．一發(fā)電站的輸出功率為4 400 kW，現(xiàn)采用110 kV的高壓輸電，若要使輸電效率不低于90%，則輸電線的電阻不能大于 (　　) A．68.75 Ω　　 B．275 Ω C．137.5 Ω D．200 Ω B　[根據(jù)輸電效率可知，輸電線損失的電功率不得超過P′max＝

11、P×(1－90%) kW＝440 kW，根據(jù)P＝UI可知，輸電電流為I＝40 A，又P′max＝I2Rmax，所以輸電線電阻不能大于Rmax＝275 Ω，選項B正確，A、C、D錯誤．] 2．(多選)某電站用11 kV交變電壓輸電，輸送功率一定，輸電線的電阻為R，現(xiàn)若用變壓器將電壓升高到220 kV送電，下面說法正確的是(　　) A．因I＝，所以輸電線上的電流增為原來的20倍 B．因I＝，所以輸電線上的電流減為原來的 C．因P＝，所以輸電線上損失的功率為原來的400倍 D．若要使輸電線上損失的功率不變，可將輸電線的直徑減為原來的 BD　[電壓提高了20倍，由公式I＝可知，電流將是原來

12、的，選項B正確．再由電阻定律R＝ρ，得P損＝2·，在功率損失不變的情況下，輸送電壓與導(dǎo)線橫截面積的平方根成反比，從而得出選項D正確．] 3.如圖所示，理想變壓器的原線圈匝數(shù)n1＝1 600匝，副線圈匝數(shù)n2＝800匝，交流電源的電動勢瞬時值 e＝220sin(100πt) V，交流電表A和V的內(nèi)阻對電路的影響可忽略不計．則(　　) A．當(dāng)可變電阻R的阻值為110 Ω時，變壓器的輸入功率為110 W B．當(dāng)可變電阻R的阻值為110 Ω時，電流表的示數(shù)為2 A C．當(dāng)可變電阻R的阻值增大時，電壓表的示數(shù)增大 D．通過可變電阻R的交變電流的頻率為100 Hz A　[由＝可知，副線圈的電壓瞬時值U＝110 sin(100πt) V，故可變電阻R的阻值為110 Ω時，可變電阻消耗的功率為P＝，則變壓器的輸入功率為110 W，A正確；電流表示數(shù)為電流的有效值，經(jīng)計算可知應(yīng)為0.5 A，B錯誤；由于原、副線圈的匝數(shù)比確定，則副線圈電壓恒定，C錯誤；變壓器并不改變電流的頻率，原線圈中電流的頻率為50 Hz，故副線圈中電流的頻率為50 Hz，D錯誤．] - 6 -