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1、2022年高中物理选修（3-2）第3章电能的输送与变压器章末总结学案电能的输送与变压器一、电能输送中功率损失的计算1P损I2R.2在输电电流一定的情况下，如果电路的电阻减为原来的一半，则损失的功率变为原来的二分之一；在线路电阻不变的情况下，当电流为原来的一半，线路上损失的功率变为原来的四分之一3由2可知，减小电流对降低损耗更有效4PUI.5由PUI可知I，由此式可知，在电功率不变的前提下，升高电压，可减小输电电流例1某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为2105 A
2、B输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kWD输电线上损失的功率为P，R为输电电压，R为输电线的电阻答案B解析用500 kV电压输电时，输电线上的电流为IA6 000 A，A错；输电线上由电阻造成的损失电压为UIR6 0002.5 V15 kV，B对；若改用5 kV电压输电时，电能在输电线上损耗更大，但最多只能是3106 kW，不可能超过这个值，C错；若用P计算输电线上损失的功率，则U为输电线上损失的电压，而R为输电线的电阻，D错二、理想变压器的分析思路1电压思路：变压器原、副线圈的电压之比为；当变压器有多个副线圈时，2功率思路：理想
3、变压器的输入、输出功率关系为P入P出，即P1P2；当变压器有多个副线圈时，P1P2P33电流思路：由I知，当变压器有多个副线圈时，n1I1n2I2n3I3，对只有一个副线圈的变压器才有.4动态分析变压器电路的思路可表示为例2用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，如图1所示开始时开关S是断开的现将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是 ()图1AV1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大BV1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大CV1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小DV1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，
4、A2的示数增大，P入减小解析电压表V1的示数由输入电压决定；电压表V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比n1/n2决定；电流表A2的示数由输出电压U2(大小等于电压表V2的示数)和负载电阻R负决定；电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比n2/n1和输出电流I2决定；P入随P出而变化，由P出决定因输入电压不变，所以电压表V1的示数不变据公式U2n2U1/n1，可知U2也不变，即电压表V2的示数不变又据I2U2/R负知，S闭合后R负减小，故I2增大，电流表A2的示数增大；输入电流I1随输出电流I2的增大而增大，故电流表A1的示数增大因P出U2I2，故P出增大P入随P出变化而变
5、化，故P入也增大故选B.答案B三、远距离输电电路中的各种关系1解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图2所示，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置图22分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源3综合运用下面三方面的知识求解(1)能量守恒：PU1I1U2I2P用户PPIRP用户U3I3U4I4.(2)电路知识：U2UU3UI2R(3)变压器知识：.其中PI2R，UI2R往往是解题的切入点例3发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原
6、、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户，则：(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接将电送到用户，求用户得到的电压和功率解析(1)示意图如图所示(2)升压变压器的输出电压U2U1220 V2 200 V根据升压变压器输出功率等于输入功率知，升压变压器输出电流为I2 A20 A输电线路上的电压损失和功率损失分别为URI2R200.2 V4 VPRIR2020.2 W80 W降压变压器上的输入电流和输入电压分别为I3I220 AU3U2UR2 200 V4 V2 196 V降压变压器上的输出电压和输出电流分别为U4U32 196 V219.6 V
7、I4I31020 A200 A用户得到的功率为P4I4U4200219.6 W4.392104 W(3)若不采用高压输电，用220 V低压直接供电时，电路如图所示，则输电电流I A200 A，输电线路上的电压损失URIR2000.2 V40 V所以用户得到的电压为U4U1UR220 V40 V180 V用户得到的功率为P4IU4200180 W3.6104 W答案(1)见解析图(2)219.6 V4.392104 W(3)180 V3.6104 W1(电能输送中功率损失的计算)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比
8、为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和分别为()A.， B()2R，C.， D()2R，答案D解析根据变压器的变压规律，得k，nk，所以U1kU，U2nkU.根据PUI知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1，I2.根据PI2R，输电线路损耗的电功率分别为P1IR()2R，P2IR()2R，所以.选项D正确，选项A、B、C错误2(理想变压器基本规律的应用)如图3所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则 ()图3A电流表的示数为 AB电源
9、输出功率为1200 WC电流表的示数为 AD原线圈两端电压为11 V答案C解析灯泡正常发光，则副线圈的电流为I1 A，根据变压器的电流关系可得：，原线圈中的电流I0 A，即电流表的示数为 A，原线圈中电压为U04 400 V，电源的输出功率PUI4 40060 W.3(理想变压器的动态分析)如图4所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流下列说法正确的是()图4A保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小C保持P的位置及U
10、1不变，S由b切换到a，则I1增大D保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小答案BC解析S由b切换a时，副线圈匝数增多，则输出电压U2增大，R消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故I1增大，所以A错、C对；S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减少，I2减小，B对；P向上滑动时，R减小，I2增大，由电流与匝数的关系可知，I1增大，D错4(远距离输电电器中的各种关系)一座小型水电站，水以3 m/s的速度流入水轮机，而以1 m/s的速度流出流出水位比流入水位低1.6 m，水的流量为1 m3/s.如果水流能量的75%供给发电机则(变压器为理想变压器，g取10
11、m/s2)：(1)若发电机效率为80%，则发电机的输出功率多大？(2)若发电机的输出电压为240 V，输电线路上的电阻为16 ，允许损失的电功率为5%，用户所需电压为220 V，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少？答案(1)12 kW(2)3259511解析(1)每秒钟水流机械能损失为Em(vv)mgh2104 J.发电机的输电功率为P出80%，所以P出12 kW.(2)发电机经变压器到用户的输电线路示意图如图所示，P线5%P出600 W，因为P线IR线，所以I线6 A；又因为I2I线6 A，I150 A.所以对升压变压器有，即.又因为I3I线6 A，I4 A，所以对降压变压器有.
