3．电能的传输
4．电能的转化及应用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1．知道电能输送过程中引起损耗的原因．
2．知道减小线路损耗的方法．(难点)
3．会计算电能的损耗．(难点)
4．知道变压器的工作原理及电压与匝数的关系，并能够进行相关的计算．(重点)
5．了解电能与其他形式的能之间可以相互转化.
一、高压输电
1．输电线路上的热损耗：Q＝I2Rt.
2．高压输电的原因
输送功率一定P＝UI，提高输送电压U，则可以减小线路上的电流，从而使线路上损耗的功率大幅度减小．
二、变压器、电能的转化
1．变压器的结构
结构：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成．与电源相连的线圈叫原线圈，也叫初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈，也叫次级线圈．
2．变压器的基本原理是电磁感应．
3．变压器两端的电压
变压器原、副线圈两端的电压与其匝数成正比，即＝.
n2>n1这种变压器称为升压变压器
n24．低压用电
高压用电很不安全，所以终端用户必须经过降压变压器把电压降下来．工农业用电中多采用380_V或者220_V的电压，生活用电一般采用220_V的电压．
5．电能的转化及应用
电能可以转化为机械能、化学能、内能、光能、声能、电磁能等．
1．思考判断
(1)输电线路存在电阻，就一定会有电能的损耗．( )
(2)减小输电损耗的最好方法是提高输电电压．( )
(3)电能的损耗受电流的影响比受电阻的影响更为显著．( )
(4)变压器不但能改变交流电压，也能改变直流电压．( )
(5)变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流．( )
(6)变压器副线圈匝数多，则副线圈的电压高．( )
[提示] (1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)√
2．一变压器原线圈100匝，副线圈200匝，在原线圈加10 V直流电压( )
A．副线圈两端电压为20 V
B．副线圈两端电压为5 V
C．副线圈两端电压为0 V
D．以上说法都不对
C [在原线圈一侧加上直流电压，产生的电流的磁场是恒定不变的，即穿过副线圈的磁通量不变，不会产生感应电动势，选项C正确．]
3．下面可以将电压升高供给家用电灯的变压器是( )
C [电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，要接交流电，接直流电时变压器不工作，故C正确．]
4．(多选)远距离输电时，当输送的功率相同时，输送导线上的电阻损失的功率应是( )
A．与输送的电压的平方成正比
B．与输送的电流的平方成正比
C．与输送的电压的平方成反比
D．与输电导线上的电压降的平方成正比
BCD [损失的功率P损＝I2R＝，故B、D正确；又I＝，得P损＝I2R＝2R，故C正确；综上所述本题答案是B、C、D．]
高压输电
1．采用高压输电的原因
线路中的电阻要消耗电能，线路的电阻越大，流过线路的电流越大，线路中的损耗就越多，减小线路上功率损失的方法有两个途径：
第一，减小输电导线上的电阻R.据R＝ρ知，在实际输电线路中，输电导线的长度不能减小，可以用电阻率ρ小的导体材料，像铜和铝等．金、银属于贵重金属，做输电导线就不现实了，但在大规模集成电路里是要用这种金属导体的．最后一点是增大导体的横截面积，这又给架线工作带来困难，同时也会耗费大量的金属材料．
第二，减小输电电流I，根据公式I＝知，要减小电流，减小输送功率是错误的选择，你的目的就是输送电能．再就是提高电压，在输送功率一定、输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，根据公式P损＝()2R可以推算，输电线上的功率损失将降为原来的.
根据以上分析，采用高电压输电是减小输电线上功率损耗最有效、最经济的措施．
2．远距离输电过程的示意图
如图所示理想变压器
P1＝P2，P3＝P4，P2－P3＝P线耗．
3．几个常用的关系式
(1)电流关系：＝，I2＝I3，＝.
(2)电压关系：U2＝I2R线＋U3，＝，其中n1、n2、n3、n4分别表示升压变压器的原、副线圈的匝数和降压变压器的原、副线圈的匝数．
(3)功率关系：P1＝P2，P2＝P线耗＋P3，P3＝P4，P4＝P1－P线耗，
P线耗＝IR线．
【例1】 (多选)某电站向远处输送一定功率的电能，则下列说法中正确的是( )
A．输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的
B．输电线不变，将送电电压升高到原来的10倍时，输电线损耗的功率减为原来的
C．送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率减为原来的一半
D．送电电压不变，将输电线的电阻减半时，输电线损耗的功率增为原来的4倍
思路点拨：①输送功率一定即P送＝I送U送一定．
②输电线不变即导线电阻R线不变．
③P损＝I2R线，而I＝.
BC [输电线上功率损失P损＝I2R线＝()2R线，则R线、P一定时，U升高到原来的10倍，P损减为原来的，A项错，B项对．P、U一定时，P损与R线成正比，R线减半，P损也减半，故C对，D错．故选B、C．]
在分析这类问题时，要注意输送功率一定时，电压、电流、电阻和功率的关系.
1．(多选)远距离输送交变电流都采用高压输电．已建成750 kV线路，采用高压输电的优点是( )
A．可以提高输电的效率
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减少输电线上的能量损耗
D．可以减少输电的时间
AC [远距离输电过程中，由于电流的热效应，输电线上发生热损耗，根据焦耳定律，损耗功率P损＝I2R＝2R，式中P为输电功率，U为输电电压，R为输电线电阻，在P、R不变时，P损∝2，所以采用高压输电可减少输电线上的能量损耗，提高输电的效率，A、C正确．]
变压器的应用
1．理想变压器：不计变压器线圈的热损失和铁芯发热损失的能量，变压器副线圈提供给用电器的电功率等于发电机提供给原线圈的电功率．
2．理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过原、副线圈的磁通量相同，穿过每匝线圈的磁通量的变化率也相同，因此每匝线圈产生的感应电动势相同，原、副线圈产生的电动势和原、副线圈的匝数成正比．在线圈电阻不计时，线圈两端电压等于电动势．所以变压器原、副线圈的两端电压与匝数成正比．
3．升压变压器和降压变压器：由变压器公式＝，当变压器原线圈匝数少，副线圈匝数多时，副线圈两端电压高于原线圈两端电压，则变压器为升压变压器；当变压器原线圈匝数多，副线圈匝数少时，副线圈两端电压低于原线圈两端电压，则变压器为降压变压器．
4．规律：①理想变压器中，原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数之比，＝.②理想变压器的输出功率等于输入功率，P入＝P出，即U1I1＝U2I2.因此，原、副线圈中的电流之比等于匝数的反比，＝.
【例2】 一理想变压器，原线圈输入电压为220 V时，副线圈的输出电压为22 V．如将副线圈增加100匝后，则输出电压增加到33 V，由此可知原线圈匝数是________匝，副线圈匝数是________匝．
[解析] 由＝可知原、副线圈原来的匝数比
＝＝＝， ①
若副线圈增加Δn＝100匝，输出电压U2′＝33 V，
由＝可得＝， ②
由①②得n1＝2 000匝，n2＝200匝．
[答案] 2 000 200
无论线圈的匝数增加还是减小，紧紧抓住电压与匝数成正比的关系去列式求解．
2．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光，原线圈上串联一相同的灯泡A，则
( )
A．灯A也能正常发光 B．灯A将会烧坏
C．灯A比另三个灯都暗 D．不能确定
A [原线圈、副线圈电流之比＝，I1＝，副线圈中通过每灯的电流等于其额定电流I额＝，通过灯A的电流I1＝＝I额，所以也能正常发光．]
1．(多选)关于输电技术，下列说法中正确的是( )
A．减小输电导线的电阻可以减小损失的功率
B．提高输送电压从而减小输送电流，可以减小损失的功率
C．提高输送电压可减小损失的功率，因此可以无限提高输电电压
D．采用电网供电可减小损失的功率
AB [减小损失的功率可以通过减小输电线的电阻和输电电流来实现．减小输电电流即提高输电电压，但不能无限提高．采用电网供电可以减少重复建设，保障供电质量，合理调度电力．]
2．(多选)远距离输送交流电都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电，采用高压输电的优点是( )
A．可节省输电线的铜材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减少输电线上的能量损失
D．可加快输电的速度
AC [在保证功率不变的情况下，提升电压的目的就是降低输电电流，从而可以减少送电损失，并能节省电线材料．]
3．500千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程．若输送功率为3 200万千瓦，原来采用200千伏输电，由于输电线有电阻而损失的电功率为P，则采用500千伏超高压输电后，在输电线上损失的电功率为(设输电线的电阻未变)( )
A．0.4 P B．0.16 P
C．2.5 P D．6.25 P
B [根据P损＝2r可知：当输电电压由200 kV升高到500 kV时，其线路损耗由P减小到0.16 P，故B正确，A、C、D错误．]
4．变压器原线圈应该与________(选填“直流”或“交流”)电源相连．如果原线圈两端的电压为220 V，匝数为110匝，副线圈的匝数为22 匝，则副线圈两端的电压是______________V.
[解析] 变压器原线圈应该与交流电源相连，根据＝，得U2＝U1＝×220 V＝44 V.
[答案] 交流 44
课件39张PPT。第三章 电路与电能传输3.电能的传输
4.电能的转化及应用I2Rt 电流铁芯 线圈 原线圈 副线圈 电磁感应 正 升压 降压 降压变压器 380 V 220 V 220 V 机械 化学 内 光 声 电磁 高压输电 变压器的应用 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十)
电能的传输 电能的转化及应用
[基础达标练]
(15分钟 48分)
1．(6分)(多选)下列关于理想变压器的说法中，正确的是( )
A．输入功率等于输出功率
B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能
C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能
D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输出去
AB [从能量的转化来看，由于过程中有电磁感应现象出现，所以会存在“磁生电”的过程，这里的“磁”就是指原线圈中产生的变化磁场，这样在副线圈中就产生了电磁感应现象，从而副线圈可以产生电能．所以A、B正确．]
2．(6分)发电厂给某工厂的功率限额为500 kW，用100 kV高压送电，当该工厂由于调整，现在只需要50 kW的电功率时，发电厂和工厂间的高压线路上的电流为( )
A．0.5 A
B．5 A
C．50 A
D．不知线路电阻，无法计算
A [工厂需要多少电能，发电厂输出多少电能，由公式P＝IU得选项A对．]
3．(6分)关于变压器，下列说法正确的是( )
A．变压器是根据电磁感应的原理制成的
B．变压器的原线圈的匝数一定比副线圈的多
C．变压器只能改变直流电的电压
D．变压器只能有一个原线圈和一个副线圈
A [变压器是根据电磁感应的原理制成的，故A对；变压器只能改变交流电的电压，故C错；变压器原、副线圈匝数的多少，根据实际需要而定，而且副线圈可以有多个，故B、D错．]
4．(6分)下列说法不正确的是( )
A．变压器也可以改变恒定电压
B．变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流
C．变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成
D．变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用
A [变压器的工作原理是电磁感应现象，只有当电流为变化电流时，变压器才起作用，对于恒定电压，变压器不发挥作用，A错，B对；变压器由绕在同一闭合铁芯上的线圈构成，线圈至少有两个，一为原线圈，一为副线圈，C对；在有变压器构成的电路中，原线圈与电源相连，起负载的作用，副线圈与用电器相连，起电源的作用，D对．]
5．(6分)理想变压器原线圈1 400 匝，副线圈700匝，并接有电阻R，当变压器工作时原、副线圈中( )
A．电流频率之比为2∶1
B．功率之比为2∶1
C．电流之比为2∶1
D．电压之比为2∶1
D [理想变压器不改变电流频率和功率，故A、B错误，电压与匝数成正比，故D正确．根据电功率不变可知U1I1＝U2I2，则I1∶I2＝U2∶U1，电流比为1∶2，故C错误．]
6．(6分)(多选)远距离输送一定功率的交流电，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是( )
A．输电线上的电功率损失是原来的
B．输电线上的电功率损失是原来的
C．输电线上的电压损失是原来的
D．输电线上的电压损失是原来的
BC [根据P＝IU知I＝，导线上损失功率P损＝I2R＝R.因输送功率一定，P损跟输送电压的平方成反比；U损＝R，跟输送电压成反比，所以正确答案为B、C．]
7．(12分)某变电站用220 V的电压送电，导线损失功率为输送功率的20%，若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%，则输送电压应为多少？
[解析] 设输送功率为P，输电线路电阻为R.
导线损失功率P损＝I2R＝R，可知在输送功率为P及输电线路一定的情况下，有P损∝
则有＝＝＝2
所以输送电压U2＝2U1＝440 V.
[答案] 440 V
[能力提升练]
(25分钟 50分)
8．(6分)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数是12 mA，则电流表A2的示数为( )
A．3 mA B．0
C．48 mA D．与负载R的值有关
B [变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电压和恒定电流的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过．]
9．(6分)(多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线电阻为R，通过导线的电流为I，学校的输入电压为U2，下列计算线路损耗功率的式子中正确的是( )
A． B．
C．I2R D．I(U1－U2)
BCD [P损＝I2R＝()2R＝＝＝I(U1－U2)．]
10．(6分)某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P0，输送电压为U，输电线的总电阻为R，则下列说法中正确的是( )
A．输电线上的电流为
B．输送总功率P0＝
C．输电线上损失的功率P＝2R
D．输电线上损失的功率P＝
C [根据P0＝UI得，输电线上的电流I＝，由于U不是输电线上损失的电压，不能通过I＝求解输电线上的电流，输送的总功也不能根据求解，故A、B错误；输电线上损失的功率P损＝I2R＝2R，故C正确，D错误．]
11．(10分)一交流电压随时间变化的图象如图所示，则此交流电的频率是________Hz，若将该电压加在10 μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于____________ V；若将该电压加在一阻值为1 kΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，电路中保险丝的额定电流不能低于________A．
[解析] 由图像可知周期T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz电容器耐压值不小于峰值200 V，保险丝熔断是因为电流的热效应引起的所以应不低于有效值I＝＝0.14 A．
[答案] 50 200 0.14
12．(10分)一理想变压器，其原线圈为2 200匝，副线圈为440匝，并接一个100 Ω的负载电阻，如图所示．
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A．
(2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A．此时输入功率为________W.
[解析] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零．
(2)由＝得
U2＝U1＝220× V＝44 V(电压表读数)
I2＝＝ A＝0.44 A(电流表读数)
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W.
[答案] (1)0 0 (2)44 0.44 19.36
13．(14分)一台交流发电机的输出电压为250 V，输出功率为100 kW，向远处输电所用导线的总电阻R＝8 Ω，要使输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户处正好得到220 V的电压，则供电处升压变压器和用户处降压变压器的匝数比各为多少？
[解析] 发电机的输出电压U1＝250 V
升压变压器的原线圈电流I1＝＝400 A
输电线上的功率损失P损＝P1×5%，P损＝IR，所以输电线上的电流I线＝25 A
升压变压器的匝数比为＝＝＝
升压变压器副线圈两端的电压为
U2＝U1＝16×250 V＝4 000 V
输电线上的电压损失为U损＝I线R＝25×8 V＝200 V
降压变压器原线圈两端的电压为
U3＝U2－U损＝3 800 V
降压变压器的原、副线圈的匝数比为
＝＝＝.
[答案] 1∶16 190∶11
