(共25张PPT)
习题课:变压器与电能的输送
探究一
探究二
随堂检测
理想变压器的动态分析
情境探究
如图所示,M为理想变压器,电表均可视为理想表,接线柱a、b接路端电压u=311sin(314t)
V的正弦交流电源。当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,各电表的示数如何变化?
要点提示:V1示数不变,V2示数不变,A1示数增大,A2示数增大。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.理想变压器动态分析常见的两种情况
(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。
(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n2→U2→I2→P2→P1→I1。
探究一
探究二
随堂检测
2.解决理想变压器动态分析问题的规律方法
处理变压器的动态分析,首先应明确“不变量”和“变化量”,对变化量要把握它们之间的制约关系,依据逐步分析的思想,从主动变化量开始,根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况。
(1)首先明确变压器各物理量间的制约关系。
①输入电压U1决定输出电压U2;②输出电流I2决定输入电流I1;③输出功率P2决定输入功率P1。
(2)分清动态变化中哪个量变化,结合串、并联电路的特点、欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次确定。
探究一
探究二
随堂检测
3.动态问题的分析思路
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1(多选)如图所示,为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑片,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流,则( )
A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大
B.保持P的位置及U1不变,S由b合到a时,R消耗的功率减小
C.保持U1不变,S合在a处时,使P上滑,I1将增大
D.保持P的位置不变,S合到a处时,若U1增大,I1将增大
探究一
探究二
随堂检测
答案:ABD
探究一
探究二
随堂检测
规律方法1.匝数比不变的情况(如图甲所示)
阻R如何变化,U2不变。
(2)当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。
(3)I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化。
探究一
探究二
随堂检测
2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,R1消耗的功率变大
B.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电压表V示数变大
C.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电流表A1示数变大
D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大
探究一
探究二
随堂检测
答案:B
探究一
探究二
随堂检测
远距离输电综合问题
情境探究
远距离输电基本过程示意图如图所示,请思考:
如果用220
V和11
kV两种电压来输电,设输送的电功率、输电线上的功率损失、导线的长度和电阻率都相同,求导线的横截面积之比。
探究一
探究二
随堂检测
要点提示:设输送的电功率为P,输电电压为U,送电距离为L,导线横截面积为S,电阻率为ρ。
则每根导线损失的电功率P损=I2R。
可见,要满足题中所设要求用220
V电压输电时,导线的横截面积是11
kV输电时的2
500倍。
从中可以令人印象深刻地体会出高压输电的实际意义。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
解决远距离输电问题要注意以下两点
1.首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降压
2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机的输出电压变化规律如图乙所示。输电线的总电阻为r,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220
V的用电器正常工作,则( )
探究一
探究二
随堂检测
C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
答案:AD
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2(多选)如图甲为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器。升压变压器原副线圈匝数比为1∶100,其输入电压如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100
Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小。电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时,升压变压器的输入功率为750
kW。下列说法中正确的有( )
探究一
探究二
随堂检测
A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50
Hz
B.远距离输电线路损耗功率为180
kW
C.当传感器R2所在处出现火警时,电压表V的示数变大
D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变大
探究一
探究二
随堂检测
解析:由题图乙知交变电流的周期为0.02
s,所以频率为50
Hz,A正确;由题图乙知升压变压器输入端电压有效值为250
V,根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25
000
V,所以输电线中的电流为I=
=30
A,输电线损失的电压为ΔU=IR=30×100
V=3
000
V,输电线路损耗功率为ΔP=ΔUI=90
kW,B错误;当传感器R2所在处出现火警时其阻值减小,副线圈两端电压不变,副线圈中电流增大,定值电阻的分压增大,所以电压表V的示数变小,C错误;由C知副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知输电线上的电流变大,D正确。
答案:AD
探究一
探究二
随堂检测
1.(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡变亮,可以采取的方法有( )
A.向下滑动P
B.增大交流电源的电压
C.增大交流电源的频率
D.减小电容器C的电容
解析:要使灯泡变亮,可以采取的方法有:向上滑动P,增大交流电源的电压,增大交流电源的频率,增大电容器C的电容,选项B、C正确,A、D错误。
答案:BC
探究一
探究二
随堂检测
2.(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑片。在原线圈上加一电压为U的正弦式交变电流,则( )
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小
探究一
探究二
随堂检测
答案:BC
探究一
探究二
随堂检测
3.风力发电作为新型环保能源,近年来得到了快速发展,如图所示的风车阵中发电机输出功率为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
Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%,试求:
(1)画出此输电线路的示意图。
(2)用户得到的电功率是多少。
(3)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)如图所示
(2)用户得到的功率P用=P-P损=96
kW。
(3)输电线损失的功率P损=P×4%=100
kW×4%=4
kW。
探究一
探究二
随堂检测
答案:(1)见解析 (2)96
kW (3)1∶20 240∶11第三章交变电流
习题课:变压器与电能的输送
课后篇巩固提升
基础巩固
1.
如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=10∶1,输出端电阻R=50
Ω,把原线圈接入“220
V 50
Hz”的正弦式交变电流时(电表为理想电表)( )
A.当X为电流表时,若电阻R增大,则原线圈中的电流将增大
B.当X为电流表时,电压表V的示数为22
V
C.当X为电流表时,电流表的示数为0.44
A
D.当X为二极管时,电压表V的示数为11
V
解析当X为电流表时,若电阻R增大,则副线圈中的电流变小,原线圈中的电流也变小,A项错误;当X为电流表时,根据公式,解得U2=22V,电压表测量的电压为有效值,所以电压表V的示数为22V,B项正确;当X为电流表时,电流表的示数为I2=A=0.44A,C项错误;当X为二极管时,在一个周期内只有半个周期的时间有电流通过,此时由T=,解得U=11V,D项错误。
答案B
2.
(多选)如图所示,一理想变压器原线圈与频率为50
Hz的正弦交流电源相连,两个阻值均为20
Ω的电阻串联后接在副线圈的两端,图中的电流表、电压表均为理想交流电表,原、副线圈匝数分别为200匝和100匝,电压表的示数为5
V。则( )
A.电流表的示数为0.5
A
B.流过电阻的交变电流的频率为100
Hz
C.交流电源的输出电压的最大值为20
V
D.交流电源的输出功率为2.5
W
解析根据欧姆定律可得副线圈中的电流I2==0.25A,根据理想变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系,可解得I1=0.125A,A错误;理想变压器原、副线圈中的交变电流的频率相同,都为50Hz,B错误;副线圈输出电压的有效值为10V,根据正弦交变电流的最大值和有效值的关系可得其最大值应为U2m=10V,原、副线圈电压比为,可得交流电源输出电压的最大值为U1m=20V,C正确;对于理想变压器,交流电源的输出功率等于变压器副线圈负载消耗的功率,P=2×W=2.5W,故D正确。
答案CD
3.如图所示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2
A,电流表A2的示数增大了0.8
A,则下列说法正确的是( )
A.电压表V1示数增大
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
解析由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,故电压表V1示数不变,选项A错误;由且U1、n1、n2不变,得U2不变,即V2的示数不变,V3的示数U3=U2-I2R0应减小,故选项B错误;由公式=4,则n1>n2,该变压器起降压作用,故C错误;又I2=,I2增大,R应减小,故滑片应沿c→d方向滑动,故D正确。
答案D
4.如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压及输电线的电阻R均不变。在用电高峰期,发电厂输出功率将增大,下列说法正确的是( )
A.升压变压器副线圈中电流变小
B.降压变压器副线圈中电流变小
C.输电线上损耗的功率减小
D.用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例减小
解析当发电厂输出功率增大时,根据P=UI知,若输出电压不变,则升压变压器原线圈中的电流增大,则副线圈中的电流也增大,故A错误;在用电高峰期时,用电器增多,则降压变压器中电流也会变大,故B是错误的;升压变压器副线圈中的电流等于输电线中的电流,则输电线中的电流增大,根据P损=I2R知,输电线上损失的功率增大,故C错误;用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例=1-=1-,因为输电线上的电流增大,故电压损失ΔU增大,U2不变,所以用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例减小,故D正确。
答案D
5.
如图为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器。原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220
V降至110
V,调节前后( )
A.副线圈中的电流比为1∶2
B.副线圈输出功率比为2∶1
C.副线圈的接入匝数比为2∶1
D.原线圈输入功率比为1∶2
解析在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下,使输出电压U2有效值由220V降至110V,由知,副线圈接入匝数应该减为原来的一半,故副线圈的接入匝数之比为2∶1,故C正确;副线圈电压减半,电阻不变,电流也随之减半,所以电流之比为2∶1,故A错误;由P=UI知,输出功率之比为4∶1,故B错误;副线圈输出功率等于原线圈输入功率,所以原线圈输入功率之比为4∶1,故D错误。
答案C
6.某电站输送的电功率为P=500
kW,当使用U=5
kV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能表一昼夜示数相差4
800
kW·h。
(1)求这时的输电效率η和输电线的总电阻r;
(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么电站应使用多高的电压向外输电?(计算结果保留三位有效数字)
解析(1)由于输送的电功率为P=500kW,一昼夜输送电能E=Pt=12000kW·h,终点得到的电能E'=7200kW·h,因此效率η=60%;
输电线上的电流I=,
输电线损耗的功率P损=I2r,
又P损=kW=200kW,解得r=20Ω。
(2)输电线上损耗的功率P损'=2r,
又P损'=10kW,
计算可得输电电压应调节为U'=22.4kV。
答案(1)60% 20
Ω (2)22.4
kV
能力提升
1.如图所示,用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,开始时开关S是断开的。现将开关S闭合,则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( )
A.V1、V2的示数不变,A1的示数增大,A2的示数减小,P入增大
B.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数增大,P入增大
C.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数减小,P入减小
D.V1的示数不变,V2的示数增大,A1的示数减小,A2的示数增大,P入减小
解析电压表V1的示数由输入电压决定;电压表V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比决定;电流表A2的示数即I2由输出电压U2(大小等于电压表V2的示数)和负载电阻R负决定;电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比和输出电流I2决定;P入随P出而变化,由P出决定。因输入电压不变,所以电压表V1的示数不变;据公式U2=,可知U2也不变,即电压表V2的示数不变;又据I2=知,S闭合后R负减小,故I2增大,电流表A2的示数增大;输入电流I1随输出电流I2的增大而增大,故电流表A1的示数增大;因P出=U2I2,故P出增大;P入随P出变化,故P入也增大。可见本题的正确选项为B。
答案B
2.(多选)调压变压器是一种自耦变压器,它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,CD之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压,图中为交流电流表,为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,CD两端接有效值一定的交流电源,变压器可视为理想变压器,以下说法正确的是( )
A.当滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变大,电压表读数变大
B.当滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变大
C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变小,电压表读数变大
D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变小
解析滑动触头P逆时针转动,相当于增加了副线圈的匝数,而原线圈匝数保持不变,根据可知,输出电压增大,其他因素不变时,电压表读数变大,电流表读数变大。当线圈匝数不变而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时,输出电压不变,总电阻减小,则总电流增大,R1两端电压增大,R2两端电压减小,电压表读数变小,流过R2的电流减小,因此,流过R3的电流增大,电流表读数变大。
答案AD
3.(多选)为保证用户电压稳定在220
V,变电所需适时进行调压,图甲为变压器示意图。保持输入电压u1不变,当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下说法正确的是( )
A.u2=190sin(50πt)
V
B.u2=190sin(100πt)
V
C.为使用户电压稳定在220
V,应将P适当下移
D.为使用户电压稳定在220
V,应将P适当上移
解析由电压u2随时间t变化的曲线可知,用户电压的最大值是190V,周期是2×10-2s,所以u2=190sin(100πt)V,A错误,B正确;根据,n1减小,U2增大,因此为使用户电压稳定在220V,应将P适当上移,C错误,D正确。
答案BD
4.如图所示,用理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,变压器降压后用总电阻为R的输电线对用电器供电,设两个灯泡的电阻相同,且都在发光,若将滑动变阻器的滑片P向N移动,会出现的现象是( )
A.电流表的示数变大,灯泡L1、L2均变暗
B.电流表的示数变小,灯泡L1、L2均变暗
C.电流表的示数变大,灯泡L1变亮,L2变暗
D.电流表的示数不变,灯泡L1变暗,L2变亮
解析副线圈输出电压不变,滑动变阻器的滑片P向N移动的过程中,并联部分电阻减小,副线圈中的电流增大,但因为灯泡L2两端的电压减小,所以通过灯泡L2的电流减小,又因为总电流增大,所以通过灯泡L1的电流增大,即灯泡L1变亮,灯泡L2变暗。副线圈上的电流增大,根据I1=I2可知,输入电流变大,电流表的示数变大。
答案C
5.某发电厂引进秸秆焚烧发电机设备,该发电机输出功率为40
kW,输出电压为400
V,用变压比(原、副线圈匝数比)为n1∶n2=1∶5的变压器升压后向某小区供电,输电线的总电阻为r=5
Ω,电能到达该小区后再用变压器降为220
V。
(1)画出输电过程的电路示意图。
(2)求输电线上损失的电功率。
(3)求降压变压器的变压比n3∶n4。
解析(1)输电过程,电路示意图如图所示。
(2)因为
输电电压U2=U1=×400V=2000V
因为P输=U2I
解得输电电流I=20A
输电线上损失的功率
P损=I2r=(20A)2×5Ω=2000W。
(3)输电线上损失的电压
U损=Ir=20A×5Ω=100V
降压变压器的输入电压
U3=U2-U损=2000V-100V=1900V
降压变压器的变压比。
答案(1)示意图见解析 (2)2
000
W (3)95∶11
