2022年高三物理变压器电能的输送教案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案 11.2 变压器 电能的输送授课人：萧县中学 刘杰 教学目标：1明白变压器的工作原理 ; 2. 把握抱负变压器的电流、电压与匝数的关系 ;以及功率关系；3懂得远距离输电的原理,知道其中的功率和电压缺失；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 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当然也可以是多组线 圈（一原线圈,多个副线圈）绕在同一个闭合铁芯上；作用：在输送电能的过程中转变电压原理：其

2、工作原理是利用了电磁感应原理,互感现象；特点：正由于是利用电磁感应现象来工作的,所以变压器 不能转变恒 只能在输送交变电流的电能过程中转变交变电压定电流的电压；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：E 1n1t1,E2n2t2第 1 页,共 11 页忽视原、副线圈内阻,有U1E1 ,U2E2名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案另外, 考虑到铁芯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

3、都相等,于是又有 1 2U 1 n 1由此便可得抱负变压器的电压变化规律为U 2 n 2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这两部分,分别俗称为“ 铜损” 和“ 铁损”）,有而 P 1 P 2 而 P 1 I 1 U 1 P 2 I 2 U 2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；（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这里要求熟记抱

4、负变压器的两个基本公式是：U1n 1,即对同一变压器的任意两个线圈,都有电压和匝数成正比；U2n2P入=P出,即无论有几个副线圈在工作,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：名师归纳总结 只有当变压器只有一个副线圈工作时,才有：U1I1U2I2,I1nn22/R,即在输入电In 1变压器的输入功率由输出功率打算,往往用到：P 1U1I122U1n 1第 2 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案压确定以后, 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

5、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；3.两种常见的变压器（1）自耦变压器：铁芯上只绕一个线圈,可升压,可降压；（2） 互感器（外壳和副线圈要接地）电压互感器：要把高电压变为低电压,原线圈的匝数比副线圈的匝数多,测高电压；电流互感器：要把大电流变为小电流,原线圈的匝数比副线圈的匝数少,测小电流；【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 匝、n3=800 0 匝,电源电压为U1=220V ；n2上连接的灯泡的实际

6、功率为36W ,测220V n1 n2 L 得初级线圈的电流为I 1=0.3A ,求通过 n3 的负载 R 的电流 I 3；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 U n； 由U n 可 求 得U 2=36V , U3=1000V ； 由U1I 1=U2I 2+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零线A 火线A 零线A 零线A 火线零线火线火线A. B. C. D. 监测每解：电流互感器要把大电流变为小电流

7、,因此原线圈的匝数少,副线圈的匝数多；相的电流必需将原线圈串联在火线中；选A ；4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/n2=U3/n3= 思路 2 功率思路 .抱负变压器的输入、输出功率为U1/U 2=n1/n2；当变压器有多个副绕组时P 入=P 出,即 P1=P2；当变压器有多个副名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案绕组时 P1=P2+P3+ 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 副绕组时 n1I 1=n2I

8、2+n3I3+ 思路 4 （变压器动态问题）制约思路 . I 1/I 2=n2/n1；当变压器有多个（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）肯定时,输出电压 U2 由输入电压打算,即 U2=n2U 1/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 I 2 打算,即 I 1=n2I 2/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 I 2 由用户负载及电压 U2

9、确定, I 2=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：U 1U1n 1U2I2U2I2P 1P 2I1 U1I2 U2I1PI1 U1P1”UR 负载2n 2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,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 . 【例 3】如图,为一抱负变压器,K 为单刀双掷开关,P 为滑动变阻器的滑动触头,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,

10、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,名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编. 精品教案理不明各量间 谁制约谁 的制约关系；导致错选解析： K 由

11、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=I1U 1,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=I 1U 1,从而 I1 减小, C 错误； U1 增大,由 U 1/U 2=n1/n2 可知, U 2增大, I2=U2/R 随之增大,由 A、B、D 正确 . I1/I 2=n2/n1可知 I1也增大, D 正确 .应选项【例 4】一台抱负变压器原线圈匝数 n1=1100 匝

12、,两个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（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：I1U 1=I2U 2+I 3U 3

13、 又由于 U 1 n 1,U 2= n 2 U 1 U 2 n 2 n 1U 1 n 1,U 3= n 3U 1 U 3 n 3 n 1把代入,整理得：I 1n1=I2n2+I3n3所以 I 1= n 2 I 2 n 3 I 3 1 60 4 600A=2.24 A n 1 1100二、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、n1 / n2、n2 /,相应的电压、电流、功率也应当采纳相应的符号来表示；名师归纳总结 第 5 页,共 11 页- - -

14、- - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案从图中应当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,U2I1,n 2, U1UrU2；因此求U1n 1U2n 2电流之间的关系是：I1n 1,I2n 2,I1IrI2；I1n 1I2n 2可见其中电流之间的关系最简洁,Ir,I2中只要知道一个, 另两个总和它相等；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2P r I r

15、2r , U r I r r,而不能用 Pr U 1；r2P 1 L 1特殊重要的是要会分析输电线上的功率缺失 Pr 2,由此得出结论：U 1 S U 1 S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, 当然选择前者； 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,从而节省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 ,

16、升压变压器匝数比为14,降压变压器的匝数比为4 1,输电线的总电阻为R=4 ,全校 22个教室,每个教室用“220V, 40W” 的灯6 盏,要求全部灯 R 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率多大？名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案解：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： U 2=4U2 /=880V ,U 2 22

17、0 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 /=U R+U2=904V ,输入电压为 U1=U 1 /4=226V ,输入电流为 I 1=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+I 1r=250V 输电线上损耗的电功率 PR=I R 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

18、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=12000 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U U输电电压应调剂为 U / =22.4kV ；【例 7】发电机输出功率为 100 kW ,输出电压

19、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=I 22R 线第 7 页,共 11 页输电线电流I2=I 3=20 A - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案原线圈中输入电流 I 1= P 100000A=400 A U 1 250所以

20、 n 1 I 2 20 1n 2 I 1 400 20这样 U2=U 1 n =250 20 V=5000 V n 1U 3=U2-U线=5000-20 10 V=4800 V 所以n 3U34800240n 4U422011用户得到的电功率P 出=100 96% kW=96 kW 三、针对训练1.（ 1995 年上海）如下列图,抱负变压器的输入端接正弦沟通电,副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1 和 L2；输电线的等效电阻为R,开头时,电键K 断开 .当 K 接通时,以下说法中正确选项A. 副线圈的两端 M、N 的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻 R 上的电压增大C.通过灯泡 L1的

21、电流减小D.原线圈中的电流增大2.如下列图,抱负变压器输入电压 U1肯定,两个副线圈的匝数分别为 n2 和 n3,当把同一个电阻先后接在 a、b 间和 c、 d 间时,通过电阻的电流和电阻两端的电压分别为 I2、U 2 和 I 3、U3,变压器输入的电流分别为 I 1, I1 ,就U 2 n 2 I 2 n 2A. B.U 3 n 3 I 3 n 3名师归纳总结 第 8 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - C.I1n22名师精编精品教案D.U1（I1+I1 ） =U2I 2+U3I 3I1n323.（ 1996 年上海） 如下列图, 在绕

22、制变压器时,某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上, 当通以沟通电时,每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间的臂,已知线圈 1、2 的匝数比为 N1N2=21,在不接负载的情形下A. 当线圈 1 输入电压 220 V 时,线圈 2 输出电压为 110 V B.当线圈 1 输入电压 220 V 时,线圈 2 输出电压为 55 V C.当线圈 2 输入电压 110 V 时,线圈 1 输出电压为 220 V D.当线圈 2 输入电压 110 V 时,线圈 1 输出电压为 110 V 4.在某沟通电路中,有一正在工作的变压器,原、副线圈匝数分别为 n1=600,n2=1

23、20,电源电压 U1=220 V ,原线圈中串联一个 A. 负载功率不能超过 44 W 0.2 A 的保险丝,为保证保险丝不被烧毁,就B.副线圈电流最大值不能超过 1 A C.副线圈电流有效值不能超过 1 A D.副线圈电流有效值不能超过 0.2 A 5.如图（ a）、（b）所示,当图中 a、b 两端与 e、 f 两端分别加上 220 V 的沟通电压时,测得 c、d 间与 g、h 间的电压均为 110 V.如分别在 c、d 两端与 g、h 两端加上 110 V 的沟通电压,就 a、 b 与 e、 f 间的电压为A.220 V ,220 V B.220 V , 110 V C.110 V ,11

24、0 V D.220 V , 0 6.一抱负变压器原线圈接沟通电源,副线圈接电阻,就以下哪些方法可使输入功率增加为原先的2 倍第 9 页,共 11 页A. 次级线圈的匝数增加为原先的2 倍B.初级线圈的匝数增加为原先的2 倍C.负载电阻变为原先的2 倍D.副线圈匝数和负载电阻均变为原先的2 倍名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案7.如下列图,变压器的原、副线圈的匝数比肯定,原线圈的电压为 U1时,副线圈的输出 电压为 U2,L 1、L2、L3 为三只完全相同的电灯,开头时,电键 K 开启,然后当电键 K 闭合时 A.电压 U

25、 1不变, U2变大 B.电灯 L 1变亮, L2变暗 C.电灯 L 1变暗, L2变亮 D.原线圈中的电流变大 8.如下列图,抱负变压器原、副线圈匝数 n1n2n3=32 1,副线圈上接有“8 V ,8 W ” 的灯泡 L1、L2,副线圈上接有“6 V ,9 W” 的灯泡 L3、L4,原线圈上接有电阻 R1=3 ,当 a、 b 两端接交变电源后,L1、L 2 正常发光,就交变电源的输出功率为A.24 W B.34 W C.36 W D.72 W 9.如图 18-8,已知 n1n2=43,R2=100 ,变压器没有功率损耗,在原线圈上加上沟通电压 U 1=40 sin100 tV ,就 R2

26、上的发热功率是_W.如 R3=25 ,发热功率与R2 一样,就流过原线圈的电流I 1 和流过 R3的电流I 3之比为 _. 参考答案：1.BCD 2.ABCD 3.BD 8.C 4.AC 5.B 6.D 7.BD 9.4.5；34 附：课前预习提纲名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案1、变压器是一种能转变电压的设备 它是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的,跟电源相连的叫 线圈,跟负载相连的叫 线圈抱负变压器的输入功率 输出功率2、在输电导线上,由于电流的 效应, 必定有一部分 能转化成 而缺失掉,导线越长,缺失越依据焦耳定律表达式可知,可以有两种方法来削减送电中的电能缺失,一种是,另一种是这两种方法中,适用于远距离输电的是,即利用变压器提高送电的电压3、关于变压器的几个公式：电压与匝数关系是；电流与匝数关系是；输入功率与输出功率关系是并且应留意,原副线圈沟通电的频率肯定,且输入的功率由输出功率打算名师归纳总结 第 11 页,共 11 页- - - - - - -