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1、 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)课时课时34变压器远距离输电变压器远距离输电 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)考点一理想变压器考点一理想变压器基础梳理基础梳理1主要作用：改主要作用：改变交流交流电的的电压2主要构造：由原主要构造：由原线圈圈(初初级线圈圈)、副、副线圈圈(次次级线圈圈)和和闭合合铁芯芯组成成3工作原理：工作原理：电磁感磁感应(互感互感现象象) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(2)功率关系功率关系P入入P出出或或I1U1I2U2I3U3InUn(3)电流关系流关系I1n1I2n2I3n3Innn，当只有一个副，当只有一个副线圈圈
2、时I1n1I2n2 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)疑难详析疑难详析任意线圈两端的电压与线圈本身的匝数成正比任意线圈两端的电压与线圈本身的匝数成正比理理想想变压器器各各线圈圈两两端端的的电压与与匝匝数数成成正正比比，不不仅适适用用于于原原、副副线圈圈各各有有一一个个的的情情况况，而而且且适适用用于于多多个个副副线圈圈的的情情况况，这是是因因为理理想想变压器器的的磁磁通通量量全全部部集集中中在在铁芯芯内内，穿穿过每每匝匝线圈圈的的磁磁通通量量的的变化化率率是是相相同同的的，因因而而每每匝匝线圈圈产生生的的感感应电动势相相同同，每每组线圈圈产生生的的感感应电动势和和匝匝数数成成正正
3、比比在在线圈圈内内阻阻不不计的的情情况况下下，线圈圈两两端端的的电压等等于于电动势，故故每每组线圈圈两两端端的的电压都都与与匝匝数成正比数成正比 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)当当然然，以以上上结论成成立立的的前前提提条条件件是是必必须在在“回回”字字形形变压器器铁芯芯上上的的情情景景如如果果是是“日日”字字形形铁芯芯，因因穿穿过各各匝匝线圈圈的的磁磁通通量量不不一一定定变化化相相同同，所所以以结论不再成立不再成立 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)深化拓展深化拓展理想变压器中的决定因素理想变压器中的决定因素1输入入电压U1决决定定输出出电压U2输出出电压U2
4、U1，与与负载电阻阻的的情情况况无无关；关；2输出出功功率率P出出决决定定输入入功功率率P入入输入入功功率率随随输出出功功率率的的变化化而而变化化，理理想想变压器中始器中始终保持保持P入入P出出； 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)3输出出电流流I2决决定定输入入电流流I1当当输入入电压一一定定时，输出出电压一一定定，输出出电流随流随负载电阻的阻的变化而化而变化，由功率关系可理解化，由功率关系可理解电流的确定关系流的确定关系 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)考点二远距离输电问题考点二远距离输电问题基础梳理基础梳理1目的：目的：输送送电能能2关关键：减少：减少输电线
5、上上电能的能的损失，失，P耗耗I2R线3措措施施：(1)减减少少输电线的的电阻阻R线，例例如如加加大大导线的的横横截截面面积、采采用用电阻率小的材料做阻率小的材料做导线；(2)提高提高输电电压，减小，减小输电电流流 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图1 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)4常常用用关关系系：如如果果发电站站的的输出出功功率率为P，输出出电压为U，用用户得得到到的的电功率功率为P，用，用户得到的得到的电压为U，如，如图1所示，所示，则有关系式：有关系式：(1)输出出电流流 (2)输电线损失的失的电压U线UUIR线(3)输电线损失的失的电功率功率P损P
6、PI2R线 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)5过程程示示意意：如如图2所所示示，从从发电到到用用户有有以以下下定定量量关关系系(变压器器为理理想想变压器器)：图2(1)P1P2，P3P4，P2P3P损 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)疑难详析疑难详析输送电能的基本要求与实际措施输送电能的基本要求与实际措施1可靠：保可靠：保证供供电线路正常工作；路正常工作；2保保质：保：保证供供电质量，要求量，要求电压和和频率率稳定；定；3经济：线路建路建设和运行的和运行的费用用较低，能耗少、低，能耗少、电价低；价低； 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)4措施：由措
7、施：由电损公式公式P损I2R线进行分析，行分析，针对措施主要有两种措施主要有两种(1)减小减小输电线的的电阻阻R线，由，由电阻定律阻定律R线 得得减小减小输电线的的长度度L由于由于输电距离一定，距离一定，实际中不可行；中不可行；减小减小输电线电阻率阻率目前一般用目前一般用电阻率阻率较小的小的铜作作导线材料；材料；增增大大导线横横截截面面积S这要要多多耗耗费金金属属材材料料而而增增加加成成本本，同同时给输电线的架的架设带来很大困来很大困难 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(2)减小减小输电电流流I，由功率公式，由功率公式变形得形得IP/U减减小小输送送功功率率P实际中中不不能能以
8、以减减少少用用户的的电能能需需要要来来达达到到减减少少损耗的目的；耗的目的；提提高高输电电压U输送送功功率率P一一定定时，输电电压U越越高高，输电的的电流流I越越小小，输电线损失失的的电功功率率P损I2R线 越越小小分分析析可可见，当当输送送的的功功率率一一定定、输电线电阻阻一一定定时，输电电压提提高高为原原来来的的n倍倍，输电线的的电流流减减为原原来来的的 ，输电线损耗耗的的电功功率率减减为原原来来的的 .实际中中这是是最最为可可行行有有效效的措施的措施 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)深化拓展深化拓展输电线损失电功率的分析与计算输电线损失电功率的分析与计算任任何何输电线都都
9、有有电阻阻，因因此此当当电能能通通过输电线送送向向远方方时，电流流通通过输电线，输电线因因有有电阻阻而而发热，从从而而损失失电功功率率设输电电流流为I、输电线电阻阻为R线，则输电线的的功功率率损失失为P损I2R线 如如果果想想从从 的的角角度度来来研研究究输电线的的功功率率损耗耗，则U线IR线U2U3，由由于于该式式较繁繁琐且且容容易易出出错，所以，所以计算算输电线的功率的功率损耗耗时一般不用一般不用该公式公式 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题型一理想型一理想变压器基本器基本规律的律的应用用例例1一一台台理理想想变压器器，其其原原线圈圈2200匝匝，副副线圈圈440匝匝，并并
10、接接一一个个100 的的负载电阻，如阻，如图3所示所示图3 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(1)当当原原线圈圈接接在在44 V直直流流电源源上上时，电压表表示示数数为多多少少？电流流表表示示数数为多少？多少？(2)当当原原线圈圈接接在在220 V交交变电源源上上时，电压表表示示数数为多多少少？电流流表表示示数数为多少？此多少？此时输入功率入功率为多大？多大？变压器效率器效率为多大多大(电表均表均为理想理想电表表)? 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)分分析析变变压压器器的的工工作作原原理理是是利利用用互互感感现现象象，只只能能改改变变交交变变电电流流和和电电压压
11、，对于直流电不能改变，对理想变压器有对于直流电不能改变，对理想变压器有 P1P2, I1n1I2n2. 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解解析析(1)原原线线圈圈接接在在直直流流电电源源上上时时，由由于于原原线线圈圈中中的的电电流流恒恒定定，所所以以穿穿过过原原、副副线线圈圈的的磁磁通通量量不不发发生生变变化化，副副线线圈圈两两端端不不产产生生感感应应电电动动势势，故故电电压压表示数为零，电流表示数也为零表示数为零，电流表示数也为零P入入P出出I2U20.4444 W19.36 W，效率效率100%. 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案答案(1)00(2)44
12、 V0.44 A19.36 W100% 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题后后反反思思：理理想想变变压压器器无无能能量量损损失失，输输入入功功率率等等于于输输出出功功率率，输输出出电电压压由输入电压和匝数比决定，与用电器的电阻及变压器有无其它副线圈无关由输入电压和匝数比决定，与用电器的电阻及变压器有无其它副线圈无关 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)(2009四四川川高高考考)如如图4甲甲所所示示，理理想想变压器器原原、副副线圈圈的的匝匝数数比比为10 1，R120 ，R230 ，C为电容容器器已已知知通通过R1的的正正弦弦交交流流电如如图4乙乙所所示示，则 ()
13、图4 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)A交流交流电的的频率率为0.02 HzB原原线圈圈输入入电压的最大的最大值为C电阻阻R2的的电功率功率约为6.67 WD通通过R3的的电流始流始终为零零 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案：答案：C 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题型二变压器的动态分析题型二变压器的动态分析例例2如如图5所所示示，理理想想变压器器输入入端端PQ接接稳定定的的交交流流电源源，通通过单刀刀双双掷开开关关S可可改改变变压器器初初级线圈圈匝匝数数(图中中电压表表及及电流流表表皆皆为
14、理理想想电表表)，则下下列列说法中正确的是法中正确的是 ()图5 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)A当滑片当滑片c向向b端移端移动时，变压器器输入功率入功率变大大B当滑片当滑片c向向a端移端移动时，电流表流表A1的示数将减小，的示数将减小，电压表表V的示数不的示数不变C当当滑滑片片c向向b端端移移动时，电流流表表A2的的示示数数将将变大大，电压表表V的的示示数数也也变大大D滑滑片片c不不动，将将开开关关S由由1掷向向2时，三三个个电表表A1、A2、V的的示示数数都都变大大 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案答案
15、D 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题后反思：后反思：关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：(1)负负载载电电阻阻不不变变，原原副副线线圈圈的的电电压压U1、U2，电电流流I1、I2，功功率率P1、P2随随匝数比变化而变化匝数比变化而变化(2)匝匝数数比比不不变变，原原副副线线圈圈的的电电压压U1、U2，电电流流I1、I2，功功率率P1、P2随随负负载电阻的变化而变化载电阻的变化而变化无无论论哪哪种种情情况况，处处理理此此类类问问题题的的关关键键都都是是要要分分清清变变量量和和不不变变量量，弄弄清清理理想想变变压压器器中中各各物
16、物理理量量之之间间的的联联系系和和相相互互制制约约关关系系U2由由U1和和匝匝数数比比决决定定；I2由由U2和负载电阻决定；和负载电阻决定；I1由由I2和匝数比决定和匝数比决定 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)如如图6所所示示，变压器器初初级线圈圈接接电压一一定定的的交交流流电，在在下下列列措措施施中中能能使使电流表示数流表示数变小的是小的是 ()A只将只将S1从从2拨向向1B只将只将S2从从4拨向向3C只将只将S3从从闭合改合改为断开断开D只将只将变阻器阻器R3的滑的滑动触触头上移上移 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图6 高三总复习高三总复习 物理物理 (人
17、教版人教版) 答案：答案：BCD 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题型三电能的输送题型三电能的输送例例3某某发电厂厂发电机机的的输出出功功率率P100 kW，发电机机端端电压U250 V，向向远处送送电的的输电线的的总电阻阻R8 .要要使使传输电线上上的的功功率率损失失不不超超过输送送功率的功率的5%，用，用户得到的得到的电压又正好是又正好是220 V，那么：，那么：(1)应该怎怎样安装安装变压器？画出器？画出输电线路的示意路的示意图(2)求出所用的求出所用的变压器的原、副器的原、副线圈的匝数比圈的匝数比 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解解析析(1)只只要要安
18、安装装一一台台升升压压变变压压器器和和一一台台降降压压变变压压器器，输输电电线线路路示示意意图如图图如图7所示：所示：图图7 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)输电线路上损失电压输电线路上损失电压U损损IR258 V200 V，降压变压器原线圈降压变压器原线圈n3两端电压两端电压U3U2U损损(4000200) V3800 V，用户在副线圈用户在副线圈n4两端得到电压两端得到电压U4220 V，即升压变压器原、副线圈匝数比为即升压变压器原、副线圈匝数比为1 16；降压变压器原、副线圈匝数比为降压变压器原、副线圈匝数比为19011.
19、 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案答案(1)如图如图7所示所示(2)升压升压1 16；降压；降压190 11 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)题后反思：后反思：求解远距离输电的关键是：求解远距离输电的关键是：(1)熟熟悉悉“交交流流发发电电机机升升压压变变压压器器输输电电线线降降压压变变压压器器用用户户”这这一一过程，并画出这一过程的示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上过程，并画出这一过程的示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上(2)利利用用逆逆算算法法解解决决电电能能的的输输送送问问题题时时往往往往比比较较方方便便，方方法法是是先先从从负负载
20、载的的功率算起，一直倒推到升压变压器的输入端功率算起，一直倒推到升压变压器的输入端 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)如如图8所所示示，交交流流发电机机电动势的的有有效效值20 V，内内阻阻不不计，它它通通过一一个个R6 的的指指示示灯灯连接接变压器器变压器器输出出端端并并联24只只彩彩色色小小灯灯泡泡，每每只只灯灯泡泡都是都是“6 V 0.25 W”，灯泡都正常，灯泡都正常发光，光，导线电阻不阻不计求：求：图8(1)降降压变压器初器初级、次、次级线圈匝数比；圈匝数比；(2)发电机的机的输出功率出功率 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解解析析：(1)彩彩色色小小灯
21、灯额额定定电电流流ILP/U1/24 A，次次级级线线圈圈总总电电流流I224IL1 A变变压压器器输输入入功功率率等等于于I1U1I2U26 W，变变压压器器原原线线圈圈电电路路中中，利利用用欧欧姆姆定定律律可可得得U1I1R 6I1，代代入入值值解解得得I11/3 A(I13 A应应舍舍去去，据据题题意知变压器是降压变压器，则意知变压器是降压变压器，则I1I2)，所以，所以n1/n2I2/I13/1(2)发电机输出功率发电机输出功率PI16.67 W答案答案(1)31(2)6.67 W 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)1如如图9，理理想想变压器器原原副副线圈圈匝匝数数之之比
22、比为4 1，原原线圈圈接接入入一一电压为UU0sint的的交交流流电源源，副副线圈圈接接一一个个R27.5 的的负载电阻阻若若U0220 V，100 rad/s，则下述下述结论正确的是正确的是 ()图9 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版) 答案：答案：AC 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)2一一理理想想变压器器原原、副副线圈圈匝匝数数比比n1 n211 5，原原线圈圈与与正正弦弦交交变电源源 连 接接 ， 输 入入 电 压 u如如 图 10所所 示示 副副 线 圈圈 仅 接接 入入 一一 个个 10 的的 电 阻阻
23、 ， 则 ()A流流过电阻的阻的电流是流是20 AB与与电阻并阻并联的的电压表的示数是表的示数是C经过1分分钟电阻阻发出的出的热量是量是6103 JD变压器的器的输入功率是入功率是1103 W 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图10 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案：答案：D 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)3一一理理想想变压器器的的原原线圈圈上上接接有有正正弦弦交交变电压，其其最最大大值保保持持不不变，副副线圈圈接接有有可可调电阻阻R.设原原线圈圈的的电流流为I1，输入入功功率率为P1，副副线圈圈的的电流流为I2，输出功率出功率为P2.当当
24、R增大增大时 ()AI1减小，减小，P1增大增大 BI1减小，减小，P1减小减小CI2增大，增大，P2减小减小 DI2增大，增大，P2增大增大 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解解析析：理理想想变变压压器器(副副线线圈圈上上电电压压不不变变)当当负负载载电电阻阻R增增大大时时电电流流I2减减小小，由由P2U2I2可知，功率可知，功率P2也减小，所以也减小，所以B正确正确答案：答案：B 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)4如如图11，一一理理想想变压器器原原线圈圈接接入入一一交交流流电源源，副副线圈圈电路路中中R1、R2、R3和和R4均均为固定固定电阻，开关阻，开关
25、S是是闭合的合的. 为理想理想电压表，表，读数分数分别为U1和和U2； 和和为理理想想电流流表表，读数数分分别为I1、I2和和I3.现断断开开S，U1数数值不不变，下下列列推推断断中中正确的是正确的是 ()AU2变小、小、I3变小小 BU2不不变，I3变大大CI1变小、小、I2变小小 DI1变大、大、I2变大大 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)图11 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)答案：答案：BC 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)5(2009山山东东高高考考)某某小小型型水水电站站的的电能能输送送示示意意图如如下下图12，发电机机的的输出出电压
26、为200 V，输电线总电阻阻为r，升升压变压器器原原副副线圈圈匝匝数数分分别为n1、n2，降降压变压器器原原副副线圈圈匝匝数数分分别为n3、n4(变压器器均均为理理想想变压器器)要要使使额定定电压为220 V的用的用电器正常工作，器正常工作，则 ()图12 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)C升升压变压器的器的输出出电压等于降等于降压变压器的器的输入入电压D升升压变压器的器的输出功率大于降出功率大于降压变压器的器的输入功率入功率 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)解解析析：本本题题主主要要考考查查远远距距离离输输电电和和变变压压器器工工作作原原理理，意意在在考考查查考考生生运运用用相相关关的的物物理理规规律律处处理理实实际际问问题题的的能能力力由由于于输输电电线线上上有有电电阻阻，所所以以考考虑虑到到电电压压损损失失，则则有有升升压压变变压压器器的的输输出出电电压压大大于于降降压压变变压压器器的的输输入入电电压压，根根据据变变压压器器的的电电压压与与匝匝数数之之比比的的关关系系，可可知知要要让让用用电电器器正正常常工工作作，必必须须有有 A对对，B、C错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D也正确也正确答案：答案：AD 高三总复习高三总复习 物理物理 (人教版人教版)
