物理 第三章 電磁感應(yīng) 第四、五節(jié) 變壓器 高壓輸電 新人教版選修1-1

理解教材新知第三章電磁感應(yīng)隨堂基礎(chǔ)鞏固課時跟蹤訓練知識點一知識點二把握熱點考向考向一考向二應(yīng)用創(chuàng)新演練第四、五節(jié)變壓 器高壓輸電1.變壓器有原線圈、鐵芯、副變壓器有原線圈、鐵芯、副 線圈組成，能改變交變電流線圈組成，能改變交變電流 的電壓，但不能改變交變電的電壓，但不能改變交變電 流的頻率。流的頻率。2電磁感應(yīng)現(xiàn)象是變壓器的工電磁感應(yīng)現(xiàn)象是變壓器的工 作原理，原線圈電流的變化作原理，原線圈電流的變化 引起副線圈磁通量的變化而引起副線圈磁通量的變化而 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，線圈匝數(shù)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，線圈匝數(shù) 越多，電壓越高。越多，電壓越高。3遠距離輸電過程中減少電能遠距離輸電過程中減少電能 損失的方式有兩個，一是減損失的方式有兩個，一是減 小輸電線的電阻；二是減小小輸電線的電阻；二是減小 輸送的電流，在輸送功率一輸送的電流，在輸送功率一 定的情況下必須采用高壓輸定的情況下必須采用高壓輸 電。電。 自學教材自學教材 1變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) (1)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 變壓器由閉合變壓器由閉合 和繞在鐵芯上的兩個和繞在鐵芯上的兩個 組成。組成。鐵芯由硅鋼片疊合而成，線圈由漆包線繞成。變壓器的一個鐵芯由硅鋼片疊合而成，線圈由漆包線繞成。變壓器的一個線圈跟前一級電路線圈跟前一級電路(電源電源)連接，叫原線圈，也叫初級線圈，連接，叫原線圈，也叫初級線圈，另一個線圈跟下一級電路連接，叫做副線圈，也叫次級線圈。另一個線圈跟下一級電路連接，叫做副線圈，也叫次級線圈。鐵芯鐵芯線圈線圈(2)作用：作用：能改變交變電流的能改變交變電流的 ，不改變交變電流的周期和頻率。，不改變交變電流的周期和頻率。電壓電壓 2變壓器為什么能改變電壓變壓器為什么能改變電壓 現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)。當原線圈中通過現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)。當原線圈中通過電流時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，由于交變電流的大小和方向都在電流時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，在鐵芯中就會產(chǎn)生變化的不斷變化，在鐵芯中就會產(chǎn)生變化的 ，就會引起副線，就會引起副線圈中圈中 的變化，于是在副線圈產(chǎn)生了的變化，于是在副線圈產(chǎn)生了 。線圈中的各匝導(dǎo)線之間是相互串聯(lián)的，每匝的感應(yīng)電動勢加線圈中的各匝導(dǎo)線之間是相互串聯(lián)的，每匝的感應(yīng)電動勢加在一起，就是整個線圈的感應(yīng)電動勢。在一起，就是整個線圈的感應(yīng)電動勢。電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)磁場磁場磁通量磁通量感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 重點詮釋重點詮釋 1理想變壓器的特點理想變壓器的特點 (1)變壓器變壓時不計能量損失，即輸入功率等于輸出變壓器變壓時不計能量損失，即輸入功率等于輸出功率。功率。 (2)原、副線圈不計內(nèi)阻。原、副線圈不計內(nèi)阻。 因為理想變壓器不計一切電磁能量損失，因此，理想因為理想變壓器不計一切電磁能量損失，因此，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，一般實際變壓器都可以變壓器的輸入功率等于輸出功率，一般實際變壓器都可以看成是理想變壓器。看成是理想變壓器。1理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為10 1，以下說法中，以下說法中正確的是正確的是 ()A穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10 1B穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等C原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為10 1D正常工作時，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為正常工作時，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為 1 1解析：解析：對理想變壓器，可以認為無磁通量損漏，因而穿過兩對理想變壓器，可以認為無磁通量損漏，因而穿過兩個線圈的交變磁場相同，磁通量的變化率相同，因而每匝線個線圈的交變磁場相同，磁通量的變化率相同，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等，才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比；理想圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等，才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比；理想變壓器可以忽略熱損耗，故輸入功率等于輸出功率。在本題變壓器可以忽略熱損耗，故輸入功率等于輸出功率。在本題中由于交變磁場變化在原、副線圈中相等，故電壓比等于匝中由于交變磁場變化在原、副線圈中相等，故電壓比等于匝數(shù)比，用此規(guī)律可由電壓比求匝數(shù)比。故選數(shù)比，用此規(guī)律可由電壓比求匝數(shù)比。故選B、D。答案：答案：BD 自學教材自學教材 1減少電能輸送損失的途徑減少電能輸送損失的途徑(1)減小輸電線的減小輸電線的 。(2)減小輸送的減小輸送的 ，必須提高送電的，必須提高送電的 。電阻電阻電流電流電壓電壓 2高壓輸電的原理高壓輸電的原理 由于輸送功率由于輸送功率PUI，其中，其中U為輸送電壓，為輸送電壓，I即為輸送即為輸送電流，因而在輸送功率一定的情況下，可以通過提高輸電流，因而在輸送功率一定的情況下，可以通過提高輸送送 ，以減小輸送，以減小輸送 ，則線路上的損耗，則線路上的損耗P損損I2R，則可大幅度減小，這是行之有效的方法。則可大幅度減小，這是行之有效的方法。電壓電壓電流電流 3電網(wǎng)供電電網(wǎng)供電 電網(wǎng)可以保證發(fā)電與供電系統(tǒng)的安全與可靠，調(diào)整不電網(wǎng)可以保證發(fā)電與供電系統(tǒng)的安全與可靠，調(diào)整不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量，使用電網(wǎng)可以同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量，使用電網(wǎng)可以合理地調(diào)度電力。合理地調(diào)度電力。 重點詮釋重點詮釋 遠距離輸電采用高壓輸電的原因分析遠距離輸電采用高壓輸電的原因分析 線路中的電阻是要消耗電能的，電阻越大，流過的電線路中的電阻是要消耗電能的，電阻越大，流過的電流越大，線路中電能的損耗就越多，根據(jù)功率公式流越大，線路中電能的損耗就越多，根據(jù)功率公式P損損I2R可知，減小線路上功率損失的方法有兩個途徑：可知，減小線路上功率損失的方法有兩個途徑： 第一，減小輸電導(dǎo)線上的電阻第一，減小輸電導(dǎo)線上的電阻R。在實際輸電線路中，。在實際輸電線路中，輸電導(dǎo)線的長度不能減小，可以用電阻率輸電導(dǎo)線的長度不能減小，可以用電阻率小的導(dǎo)體材料，小的導(dǎo)體材料，像銅和鋁等。金、銀等貴重金屬，做輸電導(dǎo)線就不現(xiàn)實了，像銅和鋁等。金、銀等貴重金屬，做輸電導(dǎo)線就不現(xiàn)實了，但在大規(guī)模集成電路里是要用這些金屬導(dǎo)體的。最后一點但在大規(guī)模集成電路里是要用這些金屬導(dǎo)體的。最后一點是增大導(dǎo)體的橫截面積，這又給架線工作帶來困難，同時是增大導(dǎo)體的橫截面積，這又給架線工作帶來困難，同時也會耗費大量的金屬材料。也會耗費大量的金屬材料。 根據(jù)以上分析，采用高電壓輸電是減小輸電線上功根據(jù)以上分析，采用高電壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經(jīng)濟的措施。率損耗最有效、最經(jīng)濟的措施。2對于電能輸送的以下說法，正確的是對于電能輸送的以下說法，正確的是 ()A輸送電能的基本要求是：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟輸送電能的基本要求是：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟B減少輸電導(dǎo)線上功率損失的唯一方法是采用高壓輸電減少輸電導(dǎo)線上功率損失的唯一方法是采用高壓輸電C減少輸電導(dǎo)線上功率損失的唯一方法是增大導(dǎo)線的橫減少輸電導(dǎo)線上功率損失的唯一方法是增大導(dǎo)線的橫 截面積截面積D實際輸送電能時，要綜合考慮各種因素，如：輸送功實際輸送電能時，要綜合考慮各種因素，如：輸送功 率大小、距離遠近、技術(shù)和經(jīng)濟條件等率大小、距離遠近、技術(shù)和經(jīng)濟條件等解析：解析：在電能輸送減少功率損失方面應(yīng)綜合考慮各方面的因在電能輸送減少功率損失方面應(yīng)綜合考慮各方面的因素，保證：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟。所以只有素，保證：可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟。所以只有A、D項是正確的。項是正確的。答案：答案：AD 例例1如圖如圖341所示的電所示的電路中，變壓器初級線圈匝數(shù)路中，變壓器初級線圈匝數(shù)n11 000匝，次級線圈有兩個，匝數(shù)匝，次級線圈有兩個，匝數(shù)分別為分別為n2500匝，匝，n3200匝，匝，分別接一個分別接一個R55 的電阻，在初級線圈上接入的電阻，在初級線圈上接入U1220 V的交變電流。求：的交變電流。求：圖圖341(1)兩次級線圈輸出電功率之比；兩次級線圈輸出電功率之比；(2)初級線圈中的電流。初級線圈中的電流。答案答案(1)25 4(2)1.16 A 對于理想變壓器來說，變壓公式和輸入功率等于輸出對于理想變壓器來說，變壓公式和輸入功率等于輸出功率是普遍適用的規(guī)律，對于有幾個副線圈的理想變壓器，功率是普遍適用的規(guī)律，對于有幾個副線圈的理想變壓器，電流公式就不能使用了。電流公式就不能使用了。1. (2011全國新課標卷全國新課標卷)如圖如圖342 ，一理想變壓器原、副線圈的匝一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為數(shù)比為1 2；副線圈電路中接有；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為，額定功率為22 W；原線圈；原線圈電路中接有電壓表和電流表?，F(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光。電路中接有電壓表和電流表?，F(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光。若用若用U和和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則()圖圖342解析：解析：直接求出副線圈中的電壓、電流分別為：直接求出副線圈中的電壓、電流分別為：220 V、0.1 A。故原線圈中的電壓、電流分別為。故原線圈中的電壓、電流分別為110 V、0.2 A。答案：答案：A 例例2某發(fā)電站的輸出功率為某發(fā)電站的輸出功率為104 kW，輸出電壓為，輸出電壓為4 kV，通過理想變壓器升壓后向，通過理想變壓器升壓后向80 km遠處用戶供電。已知遠處用戶供電。已知輸電線的電阻為輸電線的電阻為r12.8 ，輸電線路損失的功率為輸出功，輸電線路損失的功率為輸出功率的率的4%，求：，求： (1)升壓變壓器的輸出電壓；升壓變壓器的輸出電壓； (2)輸電線路上的電壓損失。輸電線路上的電壓損失。 審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)輸電電流是關(guān)聯(lián)量。由輸電電流是關(guān)聯(lián)量。由PI2R與要求與要求量量P(4%P)相關(guān)聯(lián)，由相關(guān)聯(lián)，由PUI與要求量輸出電壓相關(guān)聯(lián)，與要求量輸出電壓相關(guān)聯(lián)，由由UIR與要求量損失電壓相關(guān)聯(lián)。與要求量損失電壓相關(guān)聯(lián)。(2)輸電線路上的電壓損失輸電線路上的電壓損失U損損I2r12512.82 V3.2 kV。答案答案(1)80 kV(2)3.2 kV 解決輸電過程中的幾個功率問題時，關(guān)鍵是注意對解決輸電過程中的幾個功率問題時，關(guān)鍵是注意對“輸送輸送”、“損失損失”的理解，注意公式中各物理量的的理解，注意公式中各物理量的“同體性同體性”“同時性同時性”特點，如特點，如P與與I、U、R對應(yīng)；對應(yīng)；P與與I、U對應(yīng)。對應(yīng)。答案：答案：AD