《2018版高中物理 第4章 遠(yuǎn)距離輸電 習(xí)題課 變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題學(xué)案 魯科版選修3-2》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2018版高中物理 第4章 遠(yuǎn)距離輸電 習(xí)題課 變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題學(xué)案 魯科版選修3-2(8頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第4講 習(xí)題課 變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題
[目標(biāo)定位] 1.進(jìn)一步理解變壓器原理及規(guī)律.2.熟練應(yīng)用變壓器原、副線圈的決定因素解決動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題.3.熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問(wèn)題,熟練解決遠(yuǎn)距離高壓輸電中的實(shí)際問(wèn)題.
1.理想變壓器原、副線圈的三個(gè)關(guān)系:
P入=P出,=,=.(一個(gè)副線圈)
2.輸電線上的功率損失P損=I2R線,輸電線上的電壓損失ΔU=IR線.
3.減小輸電線路上功率、電壓損失的途徑:減小輸電線的電阻、減小輸電導(dǎo)線中的電流(即提高輸電電壓).
4.遠(yuǎn)距離輸電的基本原理:在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓,然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,在用電區(qū)域通過(guò)降壓變壓器降到所需
2、的電壓.
一、理想變壓器中的規(guī)律分析
1.功率關(guān)系:P入=P出.
2.電壓關(guān)系:===…
3.電流關(guān)系:若只有一個(gè)副線圈=.
若有多組副線圈n1I1=n2I2+n3I3+…
4.變壓器不改變頻率
5.原、副線圈的地位
(1)原線圈在原線圈回路中所處的地位是充當(dāng)負(fù)載.
(2)副線圈在副線圈回路中所處的地位是充當(dāng)電源.
例1 如圖1甲所示,左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器,負(fù)載電路中R=55Ω,、為理想電流表和理想電壓表.若原線圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓,電壓表的示數(shù)為110V,下列表述正確的是( )
圖1
A.電流表的示數(shù)為2A
B.原、副線圈匝數(shù)比為1∶2
3、
C.電壓表的示數(shù)為電壓的有效值
D.原線圈中交變電壓的頻率為100Hz
答案 AC
解析 由題圖乙可知原線圈兩端電壓的有效值U1=220V,由=,可得原、副線圈匝數(shù)之比===2∶1,故B錯(cuò)誤;電流表示數(shù)與電壓表示數(shù)都為有效值,故C正確;電流表示數(shù)I==A=2A,故A正確;由題圖乙可知T=0.02s,所以交變電壓的頻率為f==Hz=50Hz,D錯(cuò)誤.
針對(duì)訓(xùn)練1 如圖2所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1.原線圈接入一電壓為u=U0sinωt的交流電源,副線圈接一個(gè)R=27.5Ω的負(fù)載電阻.若U0=220V,ω=100πrad/s,則下述結(jié)論正確的是( )
圖2
A.
4、副線圈中電壓表的讀數(shù)為55V
B.副線圈中輸出交變電流的周期為s
C.原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5A
D.原線圈中的輸入功率為110W
答案 AC
解析 原線圈電壓有效值為U=220V,電壓表讀數(shù)為U2=V=55V,周期T==s,副線圈中電流I2==2A,原線圈中電流I1==0.5A,P=I1U=110W.
二、理想變壓器電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析
1.首先明確變壓器各物理量間的制約關(guān)系
(1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2:變壓器原、副線圈匝數(shù)n1、n2確定,U1便決定了U2,與輸出端有無(wú)負(fù)載、負(fù)載大小無(wú)關(guān),也與變壓器有無(wú)其他副線圈無(wú)關(guān).
(2)輸出功率P2決定輸入功率P1:即用多少
5、送多少.
(3)輸出電流I2決定輸入電流I1:U2與負(fù)載電阻R通過(guò)歐姆定律決定輸出電流I2的大小,由I1=I2決定I1的大?。?
2.分清動(dòng)態(tài)變化中哪個(gè)量變化,結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點(diǎn),歐姆定律及變壓器各物理量間因果關(guān)系來(lái)依次確定其他量變化.
例2 如圖3所示,理想變壓器原線圈輸入電壓u=Umsinωt,副線圈電路中R0為定值電阻,R是滑動(dòng)變阻器.和是理想交流電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示;和是理想交流電流表,示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說(shuō)法正確的是( )
圖3
A.I1和I2表示電流的瞬時(shí)值
B.U1和U2表示電壓的最大值
C.滑片P向下滑動(dòng)過(guò)程中,U2不變、I1變大
6、D.滑片P向下滑動(dòng)過(guò)程中,U2變小、I1變小
答案 C
解析 交流電表測(cè)量的是交變電流的有效值,故A、B皆錯(cuò)誤;由于理想變壓器的輸出電壓U2=U1與負(fù)載無(wú)關(guān),即滑片P下滑時(shí)U2不變,故D錯(cuò)誤;由I1U1=知R減小時(shí)I1變大,故C正確.
針對(duì)訓(xùn)練2 如圖4所示,用一理想變壓器給負(fù)載供電,變壓器輸入端的電壓不變,開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S是斷開(kāi)的.現(xiàn)將開(kāi)關(guān)S閉合,則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是( )
圖4
A.V1、V2的示數(shù)不變,A1的示數(shù)增大,A2的示數(shù)減小,P入增大
B.V1、V2的示數(shù)不變,A1、A2的示數(shù)增大,P入增大
C.V1、V2的示數(shù)不變,A1、A2的示數(shù)減
7、小,P入減小
D.V1的示數(shù)不變,V2的示數(shù)增大,A1的示數(shù)減小,A2的示數(shù)增大,P入減小
答案 B
解析 電壓表V1的示數(shù)由輸入電壓決定;電壓表V2的示數(shù)由輸入電壓U1(大小等于電壓表V1的示數(shù))和匝數(shù)比決定;電流表A2的示數(shù)即I2由輸出電壓U2(大小等于電壓表V2的示數(shù))和負(fù)載電阻R負(fù)決定;電流表A1的示數(shù)即I1由變壓器的匝數(shù)比和輸出電流I2決定;P入隨P出而變化,由P出決定.因輸入電壓不變,所以電壓表V1的示數(shù)不變;據(jù)公式U2=,可知U2也不變,即電壓表V2的示數(shù)不變;又據(jù)I2=知,S閉合后R負(fù)減小,故I2增大,電流表A2的示數(shù)增大;輸入電流I1隨輸出電流I2而增大,故電流表A1的
8、示數(shù)增大;因P出=U2I2,故P出增大;P入隨P出變化,故P入也增大.可見(jiàn)本題的正確選項(xiàng)為B.
三、遠(yuǎn)距離高壓輸電中的損耗問(wèn)題
1.解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題時(shí),應(yīng)首先畫(huà)出輸電的電路圖,如圖5所示,并將已知量和待求量寫(xiě)在電路圖的相應(yīng)位置.
圖5
2.分析三個(gè)回路,在每個(gè)回路中,變壓器的原線圈是回路的用電器,而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源.
3.綜合運(yùn)用下面三方面的知識(shí)求解
(1)能量守恒:
P1=U1I1=U2I2=P用戶(hù)+ΔP
ΔP=IR
P用戶(hù)=U3I3=U4I4.
(2)電路知識(shí):U2=ΔU+U1
ΔU=I2R.
(3)變壓器知識(shí):==
==.
其中ΔP=IR,
9、ΔU=I2R往往是解題的切入點(diǎn).
例3 某發(fā)電站通過(guò)燃燒煤來(lái)發(fā)電.發(fā)電站通過(guò)升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶(hù),發(fā)電機(jī)輸出功率是120 kW,輸出電壓是240 V,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶25,輸電線的總電阻為10 Ω,用戶(hù)需要的電壓為220 V.則:
(1)輸電線上損耗的電功率為多少?
(2)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少?
答案 (1)4 000 W (2)
解析 (1)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律
=
得輸電電壓
U2=U1=×240 V=6 000 V
輸電電流I2== A=20 A
輸電線上損失的功率P損=Ir=202×10 W=
10、4 000 W.
(2)輸電線上損失的電壓
U損=I2r=20×10 V=200 V
降壓變壓器原線圈兩端的電壓
U3=U2-U損=6 000 V-200 V=5 800 V
根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律得:
===.
變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用
1.如圖6所示 ,一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1=1 100 匝,接電壓U1=220 V的交流電,副線圈接“20 V 10 W”的燈泡,燈泡正常發(fā)光,可知( )
圖6
A.副線圈的匝數(shù)n2=200 匝
B.副線圈中的電流I2=0.5 A
C.原線圈中的輸入功率為10 W
D.原線圈中的電流I1=0.1 A
答案 BC
解
11、析 由于理想變壓器的電壓比等于匝數(shù)比,副線圈匝數(shù)n2=100 匝,A錯(cuò)誤;理想變壓器的原、副線圈的功率相等,所以原線圈的輸入功率為10 W,C正確;由功率P=UI可得副線圈中的電流I2=0.5 A,原線圈中的電流I1=I2≈0.045 A,B正確,D錯(cuò)誤.
變壓器電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析
2.如圖7所示,某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié),原線圈兩端電壓為一最大值不變的正弦交流電,在其他條件不變的情況下,為了使變壓器輸入功率增大,可使 ( )
圖7
A.原線圈匝數(shù)n1增加
B.副線圈匝數(shù)n2增加
C.負(fù)載電阻R的阻值增大
D.負(fù)載電阻R的阻值減小
答案 BD
解析 由=,
12、P出=
可得P出=
又因?yàn)镻入=P出,所以P入=
分析可得選項(xiàng)B、D正確.
3.如圖8所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1∶5, 原線圈兩端的交變電壓為u=20sin (100πt) V.氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時(shí)開(kāi)始發(fā)光.下列說(shuō)法中正確的有( )
圖8
A.開(kāi)關(guān)接通后,氖泡的發(fā)光頻率為100Hz
B.開(kāi)關(guān)接通后,電壓表的示數(shù)為100V
C.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,電壓表的示數(shù)變大
D.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,變壓器的輸出功率不變
答案 AB
解析 變壓器不能改變交變電流的頻率,T==s=0.02s,f==50Hz.因?yàn)橐粋€(gè)周期內(nèi)氖泡發(fā)光2次,
故開(kāi)關(guān)接通后,氖泡的發(fā)光頻率為100H
13、z,A項(xiàng)正確;
電壓表的示數(shù)是有效值,
U1=V=20V,
U2=U1=100V,B項(xiàng)正確;
不論開(kāi)關(guān)是否斷開(kāi),電壓表示數(shù)不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,變壓器的輸出功率減小,D項(xiàng)錯(cuò)誤.
遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題分析
4.一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kW,電壓為4000V,經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電,輸電線路總電阻R線=1kΩ,到目的地經(jīng)變壓器T2降壓,負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡(220V,60W).若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%,變壓器T1和T2的損耗可忽略,發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài),則( )
A.T1原、副線圈電流分別為103A和20A
B.T2原、副線圈電壓分別
14、為1.8×105V和220V
C.T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1
D.有6×104盞燈泡(220V,60W)正常發(fā)光
答案 ABD
解析 根據(jù)題意畫(huà)出輸電線路示意圖如圖所示.
對(duì)升壓變壓器有P1=U1I1,可知I1=103A,由輸電線上消耗的功率ΔP=IR線=400kW,可知輸電線上電流為I2=20A,A項(xiàng)正確;T1的變壓比為I2∶I1=1∶50;根據(jù)P=U2I2得U2=2×105V,輸電線上電壓ΔU=I2R線=20000V,則副線圈輸入電壓為U3=U2-U線=1.8×105V,又燈泡正常發(fā)光,可知副線圈電壓U4=220V,B項(xiàng)正確;T2的變壓比為n3∶n4=U3∶U4=1.8×105∶220,C項(xiàng)錯(cuò)誤;降壓變壓器的輸入功率等于輸出功率P3=P4=U3I2=60W·n,解得n=6×104,D項(xiàng)正確.
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