2020屆高考物理一輪 專題30 變壓器 電能的輸送學案 新課標

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1、2020屆高三新課標物理一輪原創(chuàng)精品學案 專題30 變壓器 電能的輸送 教學目標：1．了解變壓器的工作原理，掌握理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關系 2．理解遠距離輸電的原理 3．能夠討論負載變化時電流、電壓等相關物理量的變化情況 本講重點：理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關系 本講難點：變壓規(guī)律和變流規(guī)律的應用 考點點撥：1．理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律 2．解決變壓器問題的常用方法 3．遠距離輸電 第一課時 4．變壓器原、副線圈的磁通量的變化率是相等的（“日”字形變壓器除外）。 5．輸電導線上的損失 減小輸送損失的方法為減小輸電導線的電阻、減小輸送電流。 高考要點

2、精析 （一）理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律 ☆考點點撥 在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓U1后，由于電磁感應的原因，原、副線圈中都將產生感應電動勢，根據(jù)法拉第電磁感應定律有：， 忽略原、副線圈內阻，有 U1＝E1 ，　U2＝E2 另外，考慮到鐵心的導磁作用而且忽略漏磁，即認為在任意時刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等，于是又有 由此可見： （1）理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數(shù)的差別．） 【例1】理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈

3、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上連接的燈泡的實際功率為36W，測得初級線圈的電流為I1=0.3A，求通過n3的負載R的電流I3。 解：由于兩個次級線圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而應該用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。 ☆考點精煉 （二）解決變壓器問題的常用方法 ☆考點點撥 思路1 電壓思路。變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2=n1/n2；當變壓器有多個副繞組時U1/n1=U2/n2=U3/n3=…… 思路

4、2 功率思路。理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出，即P1=P2；當變壓器有多個副繞組時P1=P2+P3+…… 思路3 電流思路。由I=P/U知，對只有一個副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1；當變壓器有多個副繞組時n1I1=n2I2+n3I3+…… 【例2】如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關，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

5、處，若U1增大，I1將增大 命題意圖：以變壓器動態(tài)問題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力. 錯解分析：部分考生對變壓器工作原理理解不深刻，辨不清原副線圈中的變量與不變量，理不明各量間"誰制約誰"的制約關系；導致錯選. 解析：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，

6、由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D正確.故選項A、B、D正確. ☆考點精煉 2．一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝，兩個副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝，n3=600匝，若通過兩個副線圈中的電流強度分別是I2=1 A，I3=4 A，求原線圈中的電流強度. 第二課時 （三）遠距離輸電 ☆考點點撥 一定要畫出遠距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并按照規(guī)范在圖中標出相應的物理量符號。一般設兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1、n1/ n2、n2/，相應的電壓、電流、功率也應該采用相應的符號來表示。 ⑴減少輸電線功率損失的途徑是提

7、高輸電電壓或增大輸電導線的橫截面積。兩者相比，當然選擇前者。⑵若輸電線功率損失已經確定，那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。 ~ R 【例3】 學校有一臺應急備用發(fā)電機，內阻為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：⑴發(fā)電機的輸出功率多大？⑵發(fā)電機的電動勢多大？⑶輸電線上損耗的電功率多大？ 【例4】 在遠距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電站，輸送的電功率為P=5

8、00kW，當使用U=5kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：⑴這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。⑵若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應使用多高的電壓向外輸電？ ☆考點精煉 3．發(fā)電機輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220 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？ 考點精煉參考答案 1．解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾?/p>

9、電流，因此原線圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。選A。 2．解析：電流強度與匝數(shù)成反比，僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況，本題有兩個副線圈，應根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析，由于理想變壓器無能量損失，所以有P1=P2+P3（P1為原線圈輸入功率，P2、P3分別為兩只副線圈的輸出功率） 根據(jù)電功率公式有：I1U1=I2U2+I3U3 ① 又因為，U2= ② ，U3=U1 ③ 把②③代入①，整理得：I1n1=I2n2+I3n3 所以I1=A=2.24 A 三、考點落實訓

10、練 1．如圖所示，甲圖是接有燈泡L的和交流電表的理想變壓器，乙圖是輸出電壓U2的圖象，已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1 ，電流表的示數(shù)為2.0A ，則（ ） A．電壓表V1的示數(shù)為220V B．電壓表V2的示數(shù)為20V C．變壓器原線圈電流的最大值為0.28A D．燈泡實際消耗功率為40W 2．如圖所示，展示了四種亮度可調的臺燈的電路圖，它們所用的白熾燈完全相同，且都是“220V，40W”規(guī)格的。當燈泡的實際功率都調至20W時，消耗總功率最小的臺燈是（ ） 3．電廠發(fā)電機的端電壓為250V ，輸出功率為10kW ，在

11、進行遠距離輸電時，輸電線總電阻為5Ω，則（ ） A．直接輸電，用戶兩端的電壓只有50V B．若要求用戶兩端的電壓為220V ，則應配備原、副線圈匝數(shù)比為1/4（發(fā)電廠）和5/1（用戶端）的變壓器 C．若要求輸電線損耗的功率僅為總功率的5% ，則用戶端的電壓為237.5V D．若用10000V的高壓輸電，輸電線的損耗功率僅為總功率的0.05% 7．變壓器原線圈的匝數(shù)是n1，兩個副線圈的匝數(shù)是n2和n3， n1∶n2∶n3=10∶10∶1，已知輸入電壓U1=220V，第一副線圈的負載是R2=110ΩW，第二個副線圈中的電流I3=2A，則第一個副線圈中的電流I2和原線圈中的電流I1

12、各是[ ] A．1A、3A B．1A、0.7A C．2A、4A D．2A、2.2A R2 R1 L1 L2 S 8．如圖所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個完全相同的燈泡L1和L2，原線圈和電源間串接一個電阻R1，輸電導線的等效電阻為R2，電源的電壓恒定。開始時，開關S斷開，當S接通時，以下說法中正確的是（ ） A．副線圈兩端的輸出電壓減小 B．R2上的電壓降增大 C．通過燈泡L1的電流將增大 D．原線圈兩端的電壓將增大 A 9．如圖所示，原線圈接在i=Imsinωt的交流電源上，當t=T/4時，i=14.1mA，而交流電壓表讀數(shù)為0.3A，則此變壓器原副線圈的匝數(shù)比為（ ） A．21 ：1 B．30 ：1 C．1 ：21 D．1 ：30 考點落實訓練參考答案 1．BCD 2．C 3．AD 4．BCD 5．D 6．ACD 7．D 8．AB 9．B 10．A 11．5∶2 、1∶1 ； 12．880V 13．220 ：9 14．0.28wb/s 15．6 ：125 47 ：2 圖略