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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流 第2單元 變壓器 電能的輸送教案
一、理想變壓器
1、構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器．
2、作用：在輸送電能的過程中改變電壓．
3、原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．（互感）．
4、理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律．
在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓U1后，由于電磁感應(yīng)的原因，原、副線圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：，，忽略原、副線圈內(nèi)阻，有 U1＝E1 ，U2＝E2，另外，考慮到鐵心的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)為在任意時(shí)刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等，于是又有 由此便可得理想變壓器
2、的電壓變化規(guī)律為
在此基礎(chǔ)上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線圈內(nèi)能量損失和鐵芯內(nèi)能量損失這兩部分，分別俗稱為“銅損”和“鐵損”），有 ，而 ，
于是又得理想變壓器的電流變化規(guī)律為，由此可見：理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實(shí)際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數(shù)的差別．）
二、變壓器的物理量變化的規(guī)律
1、電壓規(guī)律
理解：（1）U1由電源決定，U2 隨U1和n的變化而變化，副線圈相當(dāng)于一個(gè)新電源
（2）U / n 表示單匝線圈的電壓。（類比于砌墻）
2、功率規(guī)律
3、
理解：（1）理想變壓器只傳遞能量，不消耗能量
（2）p1隨p2的變化而變化，但p1不能無限地變大，要受到發(fā)電機(jī)最大輸出功率地限制（類比：銀行出納）
3、電流規(guī)律
U1 I1
U3I3
U2 I2
理解：
R增大，I2 減小，p2 減小，p1減小，I1 減小
n2增加，U2增加，I2 增加，p2增加，p1增加，I1增加
結(jié)論：I1隨I2地變化而變化
4、 多組副線圈
（1）無論原副線圈，磁通量變化率相同，所以有 （類比：砌墻）
n2 L
n3 R
220V
n1
（2）
令
4、
【例1】 理想變壓器初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實(shí)際功率為36W，測得初級(jí)線圈的電流為I1=0.3A，求通過n3的負(fù)載R的電流I3。
解：由于兩個(gè)次級(jí)線圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而應(yīng)該用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。
【例2】在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個(gè)圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是 A
A
A
A
5、A
零線
火線
火線
零線
零線
火線
零線
火線
A. B. C. D.
【例3】如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則（A、B、D）
A.保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大
B.保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，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，I
6、1將增大
【例4】一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝，n3=600匝，若通過兩個(gè)副線圈中的電流強(qiáng)度分別是I2=1 A，I3=4 A，求原線圈中的電流強(qiáng)度.
根據(jù)電功率公式有：I1U1=I2U2+I3U3 ①， 又因?yàn)?，U2= ②
，U3=U1 ③， 把②③代入①，整理得：I1n1=I2n2+I3n3
所以I1 = A = 2.24 A
三、遠(yuǎn)距離輸電
用戶
電源
U,p
△U，△p
R
U′，p′
A、明確物理量
電源的輸出電壓U，輸出功率p
導(dǎo)線上損失電壓△U，損失功率△p
用戶得到
7、的電壓U′，得到的功率p′
B．怎樣減少電能損失
1、 減小時(shí)間t
2、 減小電阻 減小導(dǎo)線長度L，減小電阻率（銅和鋁）增大截面積s
3、 減小電流，提高輸出電壓，⊿p與輸出電壓U平方反比
C．其他方面的能量損失—輸電線上的電壓損失，除與輸電線的電阻有關(guān)，還與感抗和容抗有關(guān)。當(dāng)輸電線路電壓較高、導(dǎo)線截面積較大時(shí)，電抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大。
【例5】 在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)坑口電站，輸送的電功率為P=500kW，當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時(shí)，測得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：⑴這時(shí)的輸電效率η和輸
8、電線的總電阻r。⑵若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？
解；⑴由于輸送功率為P=500kW，一晝夜輸送電能E=Pt=12000度，終點(diǎn)得到的電能E /=7200度，因此效率η=60%。輸電線上的電流可由I=P/U計(jì)算，為I=100A，而輸電線損耗功率可由Pr=I 2r計(jì)算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。
⑵輸電線上損耗功率，原來Pr=200kW，現(xiàn)在要求Pr/=10kW ，計(jì)算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U / =22.4kV。
【例6】發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220
9、V，輸電線電阻為10 Ω.若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：
（1）在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比.
（2）畫出此輸電線路的示意圖. （3）用戶得到的電功率是多少？
解析：輸電線路的示意圖如圖所示，
輸電線損耗功率P線=100×4% kW=4 kW，又P線=I22R線
輸電線電流I2=I3=20 A
原線圈中輸入電流I1= A=400 A
所以，這樣U2=U1=250×20 V=5000 V
U3=U2-U線=5000-20×10 V=4800 V，所以
用戶得到的電功率P出=100×96% kW=96 Kw
四、針對(duì)訓(xùn)練
1如圖所
10、示，在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上，當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數(shù)比為N1∶N2=2∶1，在不接負(fù)載的情況下
A.當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時(shí)，線圈2輸出電壓為110 V
B.當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時(shí)，線圈2輸出電壓為55 V
C.當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時(shí)，線圈1輸出電壓為220 V
D.當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時(shí)，線圈1輸出電壓為110 V
2.在某交流電路中，有一正在工作的變壓器，原、副線圈匝數(shù)分別為n1=600，n2=120，電源電壓U1=220 V，原線圈中
11、串聯(lián)一個(gè)0.2 A的保險(xiǎn)絲，為保證保險(xiǎn)絲不被燒毀，則
A.負(fù)載功率不能超過44 W
B.副線圈電流最大值不能超過1 A
C.副線圈電流有效值不能超過1 A
D.副線圈電流有效值不能超過0.2 A
3.如圖（a）、（b）所示，當(dāng)圖中a、b兩端與e、f兩端分別加上220 V的交流電壓時(shí)，測得c、d間與g、h間的電壓均為110 V.若分別在c、d兩端與g、h兩端加上110 V的交流電壓，則a、b與e、f間的電壓為
A.220 V，220 V B.220 V，110 V C.110 V，110 V D.220 V，0
4.如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)n1∶n2∶n3=3∶2∶1，副線圈Ⅱ上接有“8 V，8 W”的燈泡L1、L2，副線圈Ⅲ上接有“6 V，9 W”的燈泡L3、L4，原線圈上接有電阻R1=3 Ω，當(dāng)a、b兩端接交變電源后，L1、L2正常發(fā)光，則交變電源的輸出功率為
A.24 W B.34 W C.36 W D.72 W
2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流 第2單元 變壓器 電能的輸送教案
