2022年高三物理一轮教案变压器电能.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载教学目标：20XX届高三物理一轮教案变压器 电能的输送1明白变压器的工作原理,把握抱负变压器的电流、电压与匝数的关系2懂得远距离输电的原理教学重点： 抱负变压器的电流、电压与匝数的关系 教学难点： 变压器的工作原理 教学方法： 讲练结合,运算机帮助教学 教学过程：一、抱负变压器1抱负变压器的构造、作用、原理及特点 构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器作用：在输送电能的过程中转变电压原理：其工作原理是利用了电磁感应现象特点：正由于是利用电磁感应现象来工作的,所以变压器 只能在输送交变电流的电能过程中转变交变

2、电压2抱负变压器的抱负化条件及其规律在抱负变压器的原线圈两端加交变电压U1 后,由于电磁感应的缘由,原、副线圈中都将产生感应电动势,依据法拉第电磁感应定律有：E1n 1t1,E2n2t2忽视原、副线圈内阻,有U1E1 ,U2E2另外,考虑到铁心的导磁作用而且忽视漏磁,即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等,于是又有12U1n 1由此便可得抱负变压器的电压变化规律为U2n2在此基础上再忽视变压器自身的能量缺失（一般包括线圈内能量缺失和铁芯内能量缺失名师归纳总结 这两部分,分别俗称为“ 铜损” 和“ 铁损”）,有2 U2第 1 页,共 7 页而P 1P 2而P 1I1 U1P 2I- -

3、 - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载于是又得抱负变压器的电流变化规律为U1I1U2I2,I1n2I2n 1由此可见：（1）抱负变压器的抱负化条件一般指的是：忽视原、副线圈内阻上的分压,忽视原、副线圈磁通量的差别,忽视变压器自身的能量损耗（实际上仍忽视了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别 ）（2）抱负变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想条件下的新的表现形式U 1 n 1这里要求熟记抱负变压器的两个基本公式是：,即对同一变压器的任意两U 2 n 2个线圈,都有电压和匝数成正比； P 入=P 出,即无论有几个副线

4、圈在工作,变压器的输入功率总等于全部输出功率之和；需要特殊引起留意的是：只有当变压器只有一个副线圈工作时,才有：U1I1U2I2,I1n22/R,即在输入电I2n 1变压器的输入功率由输出功率打算,往往用到：P 1U1I1n2 U1n 1压确定以后,输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比,与原线圈匝数的平方成反比,与副线圈电路的电阻值成反比；式中的 R 表示负载电阻的阻值,而不是“ 负载”；“ 负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率；实际上,R越大,负载越小；R越小,负载越大；这一点在审题时要特殊留意；【例 1】抱负变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760 匝、n2=288

5、 匝、n3=800 0 匝,电源电压为U1=220V；n2上连接的灯泡的实际功率为36W,测220V n1 n2 L 得初级线圈的电流为I1=0.3A,求通过 n3 的负载 R 的电流 I3；解：由于两个次级线圈都在工作,所以不能用I1/ n,而应当用n3R P1=P2+P3和 Un；由 Un 可求得 U2=36V,U3=1000V；由 U1I1=U2I2+U3I 3和 I2=1A 可得 I3=0.03A；【例 2】在变电站里,常常要用沟通电表去监测电网上的强电流,所用的器材叫电流互感器；如下所示的四个图中,能正确反应其工作原理的是名师归纳总结 A. B. C. D. 第 2 页,共 7 页-

6、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载解：电流互感器要把大电流变为小电流,因此原线圈的匝数少,副线圈的匝数多；监测每相的电流必需将原线圈串联在火线中；选 A；3解决变压器问题的常用方法思路 1 电压思路 .变压器原、副线圈的电压之比为 U1/ n1=U2/n 2=U3/ n3= 思路 2 功率思路 .抱负变压器的输入、输出功率为 绕组时 P1=P2+P3+ U1/U2=n1/ n2；当变压器有多个副绕组时P 入=P 出,即 P1=P2；当变压器有多个副思路 3 电流思路 .由 I=P/U 知,对只有一个副绕组的变压器有 I1/ I2=n2/

7、n1；当变压器有多个副绕组时 n1I1=n2I2+n3I3+ 思路 4 （变压器动态问题）制约思路 . （1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n 1/ n2）肯定时,输出电压 U2 由输入电压打算,即 U2=n2U1/ n1,可简述为“ 原制约副”. （2）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/ n2）肯定,且输入电压 U1 确定时,原线圈中的电流 I1 由副线圈中的输出电流 I2 打算,即 I1=n2I2/ n1,可简述为“ 副制约原”. （3）负载制约：变压器副线圈中的功率 P2 由用户负载打算,P2=P 负 1+P 负 2+ ；变压器副线圈中的电流 I2 由用户负载及电压 U

8、2 确定, I2=P2/U2；总功率 P总=P线+P2. 动态分析问题的思路程序可表示为：U1U1n 1U2I2U2I2P 1P 2I1 U1I2 U2I1P 1I1 U1P1”UR 负载n22打算打算打算打算思路 5 原理思路 .变压器原线圈中磁通量发生变化,铁芯中 / t 相等；当遇到“型变压器时有 1/ t= 2/ t+ 3/ t,名师归纳总结 此式适用于沟通电或电压（电流）变化的直流电,但不适用于稳压或恒定电流的情形. 第 3 页,共 7 页【例 3】如图,为一抱负变压器,K 为单刀双掷开关,P 为滑动变- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 阻器的

9、滑动触头,学习必备欢迎下载U1 为加在原线圈两端的电压,I1 为原线圈中的电流强度,就A.保持 U1及 P 的位置不变, K 由 a 合到 b 时, I1将增大 B.保持 U1及 P 的位置不变, K 由 b 合到 a 时, R 消耗的功率减小 C.保持 U1不变, K 合在 a 处,使 P 上滑, I1将增大 D.保持 P的位置不变, K 合在 a 处,如 U1增大, I1将增大命题意图：以变压器动态问题为背景考查考生综合分析才能及规律思维才能 . 错解分析：部分考生对变压器工作原理懂得不深刻,辨不清原副线圈中的变量与不变量,理不明各量间 谁制约谁 的制约关系；导致错选 . 解析： K 由

10、a 合到 b 时, n1 减小,由 U1/U2=n1/n2,可知 U2增大, P2=U2 2/R 随之增大,而 P1=P2,又 P1=I1U1,从而 I1增大, A 正确； K 由 b 合到 a 时,与上述情形相反,P2 将减小, B 正 确； P 上滑时, R 增大, P2=U2 2/R 减小,又 P1=P2,P1=I1U1,从而 I1 减小, C 错误； U1 增大,由U1/ U2=n1/n2可知, U2增大, I2=U2/ R随之增大,由 B、 D 正确 . I1/ I2=n2/n 1可知 I1也增大, D 正确 .应选项 A、【例 4】一台抱负变压器原线圈匝数 n1=1100 匝,两个

11、副线圈的匝数分别是 n2=60 匝,n3=600匝,如通过两个副线圈中的电流强度分别是 I2=1 A,I3=4 A,求原线圈中的电流强度 . 命题意图：考查考生分析推理才能 . 错解分析：违反能量守恒,生搬硬套公式,得出：I 1 n 2 n 3,I1=3 A 的错解 . I 2 I 3 n 1解析：电流强度与匝数成反比,仅适用于抱负变压器只有一只副线圈的情形,此题有两名师归纳总结 个副线圈,应依据抱负变压器无能量缺失来分析,由于抱负变压器无能量缺失,所以有 P1=P2+P3第 4 页,共 7 页（P1 为原线圈输入功率,P2、 P3 分别为两只副线圈的输出功率）依据电功率公式有：I1U1=I2

12、U2+I3U3 又由于U1n 1,U2=n 2 Un 11U2n2U1n 1,U3=n3U1 U3n3n 1把代入,整理得：I1n1=I2n2+I3n3所以 I1=n2I2n 1n 3I31604600A=2.24 A 1100- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载二、远距离输电肯定要画出远距离输电的示意图来,包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载 电阻；并依据规范在图中标出相应的物理量符号；一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数 分别为、 n1、n 1 / n2、n2 /,相应的电压、电流、功率也应当采纳相应的符号来表示；从图中应当

13、看出功率之间的关系是：P1=P1 /,P2=P2 /,P1 /=Pr=P2；电压之间的关系是：U1n 1,U2I1n 2,U1UrU2；U1n 1U2n 2电流之间的关系是：I1n 1,In2,I1IrI2；2I1n 1I2n2,I2中只要知道一个,另两个总和它相等；因此可见其中电流之间的关系最简洁,Ir求输电线上的电流往往是这类问题的突破口；输 电 线 上 的 功 率 损 失 和 电 压 损 失 也 是 需 要 特 别 注 意 的 ； 分 析 和 计 算 时 都 必 须 用P rI2r, UrIrr,而不能用PrU12；PrP 12LU1S,由此得出结论：rr特殊重要的是要会分析输电线上的功

14、率缺失U1S21削减输电线功率缺失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积；两者相比,当然 挑选前者；如输电线功率缺失已经确定,那么上升输电电压能减小输电线截面积,从而节 约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥,仍能少占用土地；需要引起留意的是课本上强调：输电线上的电压缺失,除了与输电线的电阻有关,仍与 感抗和容抗有关；当输电线路电压较高、导线截面积较大时,电抗造成的电压缺失比电阻造 成的仍要大； 【例 5】 学校有一台应急备用发电机,内阻为 r=1 ,升 41,输电 压变压器匝数比为 14,降压变压器的匝数比为 线的总电阻为 R=4 ,全校 22 个教室,每个教室用“220V,40W”

15、 的灯 6 盏,要求全部灯都 正常发光,就：发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载率多大？解：全部灯都正常工作的总功率为22 6 40=5280W,用电器总电流为I 2 P 2 528024 A,输电线上的电流 I 1 I r I 2 I 26 A,降压变压器上： U2=4U2 /=880V,U 2 220 4输电线上的电压缺失为：Ur=IRR=24V ,因此升压变压器的输出电压为 U1 /=UR+U2=904V,输入电压为 U1=U1 /4=

16、226V,输入电流为 I1=4I1 /=24A,所以发电机输出功率为 P出=U1I1=5424W 发电机的电动势 E=U1+I1r=250V 输电线上损耗的电功率 PR=IR 2R=144W 【例 6】 在远距离输电时,要考虑尽量削减输电线上的功率缺失；有一个坑口电站,输送的电功率为 P=500kW,当使用 U=5kV 的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差 4800 度；求：这时的输电效率 和输电线的总电阻 r；如想使输电效率提高到 98%,又不转变输电线,那么电站应使用多高的电压向外输电？解；由于输送功率为 P=500kW,一昼夜输送电能 E=Pt=1200

17、0 度,终点得到的电能 E /=7200度,因此效率 =60%；输电线上的电流可由 I=P/U 运算,为 I=100A,而输电线损耗功率可由Pr=I 2r 运算,其中 Pr=4800/24=200kW,因此可求得 r=20 ；2输电线上损耗功率 Pr Pr 12,原先 Pr=200kW,现在要求 Pr /=10kW ,运算可得输U U电电压应调剂为 U / =22.4kV；【例 7】发电机输出功率为 100 kW,输出电压是 250 V,用户需要的电压是 220 V,输电线电阻为 10 .如输电线中因发热而缺失的功率为输送功率的 4%,试求：（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数

18、比 . （2）画出此输电线路的示意图 . （3）用户得到的电功率是多少？解析：输电线路的示意图如下列图,名师归纳总结 输电线损耗功率P 线=100 4% kW=4 kW,又 P 线=I22R 线第 6 页,共 7 页输电线电流I2=I3=20 A 原线圈中输入电流I1=P100000A=400 A U1250所以n 1I2201n2I140020- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 这样 U2=U1n 2学习必备欢迎下载=250 20 V=5000 V n 1U3=U2-U线=5000-20 10 V=4800 V 名师归纳总结 所以n 3U34800240第 7 页,共 7 页n4U422011用户得到的电功率P出=100 96% kW=96 kW - - - - - - -