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)距離輸電問題學(xué)案 魯科版選修3-2.docx
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第4講 習(xí)題課 變壓器的應(yīng)用及遠(yuǎn)距離輸電問題 [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)分析問題.3.熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問題,熟練解決遠(yuǎn)距離高壓輸電中的實(shí)際問題. 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)域通過降壓變壓器降到所需的電壓. 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 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.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,與輸出端有無負(fù)載、負(fù)載大小無關(guān),也與變壓器有無其他副線圈無關(guān). (2)輸出功率P2決定輸入功率P1:即用多少送多少. (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)過程中,U2不變、I1變大 D.滑片P向下滑動(dòng)過程中,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,開始時(shí)開關(guān)S是斷開的.現(xiàn)將開關(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.可見本題的正確選項(xiàng)為B. 三、遠(yuǎn)距離高壓輸電中的損耗問題 1.解決遠(yuǎn)距離輸電問題時(shí),應(yīng)首先畫出輸電的電路圖,如圖5所示,并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(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+ΔP ΔP=IR P用戶=U3I3=U4I4. (2)電路知識(shí):U2=ΔU+U1 ΔU=I2R. (3)變壓器知識(shí):== ==. 其中ΔP=IR,ΔU=I2R往往是解題的切入點(diǎn). 例3 某發(fā)電站通過燃燒煤來發(fā)電.發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產(chǎn)和照明用戶,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=20210 W=4 000 W. (2)輸電線上損失的電壓 U損=I2r=2010 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=,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)開始發(fā)光.下列說法中正確的有( ) 圖8 A.開關(guān)接通后,氖泡的發(fā)光頻率為100Hz B.開關(guān)接通后,電壓表的示數(shù)為100V C.開關(guān)斷開后,電壓表的示數(shù)變大 D.開關(guān)斷開后,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, 故開關(guān)接通后,氖泡的發(fā)光頻率為100Hz,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; 不論開關(guān)是否斷開,電壓表示數(shù)不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;開關(guān)斷開后,變壓器的輸出功率減小,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 遠(yuǎn)距離輸電問題分析 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、副線圈電壓分別為1.8105V和220V C.T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1 D.有6104盞燈泡(220V,60W)正常發(fā)光 答案 ABD 解析 根據(jù)題意畫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=2105V,輸電線上電壓ΔU=I2R線=20000V,則副線圈輸入電壓為U3=U2-U線=1.8105V,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=1.8105∶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=60Wn,解得n=6104,D項(xiàng)正確.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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