【物理】2019届一轮复习人教版理想变压器远距离输电教案

【物理】2019届一轮复习人教版理想变压器远距离输电教案

第45讲 理想变压器远距离输电 ‎【教学目标】‎ ‎1.理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算.‎ ‎2.能够对变压器进行动态分析.‎ ‎3.会分析计算远距离输电问题．‎ ‎【教学过程】‎ ‎ ‎ ‎★重难点一、理想变压器基本关系的理解及应用★‎ ‎1.理想变压器基本关系的理解及应用 理想变压器 ‎①没有能量损失(铜损、铁损)‎ ‎②没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)‎ 基 本 关 系 功率关系 P入＝P出 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关 电流关系 只有一个副线圈时，电流和匝数成反比；有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系 频率关系 原、副线圈中电流的频率相等 制约关系 电压 副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 功率 原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定 电流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定 ‎2．解决变压器问题的三种思路 ‎(1)电压：变压器原、副线圈的电压之比为＝；当变压器有多个副线圈时，＝＝＝…。‎ ‎(2)功率：理想变压器的输入、输出功率为P入＝P出，当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋…。‎ ‎(3)电流：由I＝知，对只有一个副线圈的变压器有＝，当变压器有多个副线圈时有n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。‎ ‎3.关于理想变压器的四点注意 ‎(1)变压器不能改变恒定电流。‎ ‎(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。‎ ‎(3)理想变压器本身不消耗能量，所以没有能量损失。‎ ‎(4)理想变压器没有磁通量损失，磁通量全部集中在铁芯中。‎ ‎【典型例题】一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图1021所示。‎ 设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则 (　　)‎ A．U＝66 V，k＝　　　　　　　 B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ ‎【答案】　A ‎【解析】　设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则＝＝，故k＝＝。设原线圈两端的电压为U1，则＝＝，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故＋3U＝220 V，解得U＝66 V。选项A正确。‎ ‎★重难点二、理想变压器的动态分析★‎ 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。‎ ‎1．匝数比不变的情况(如图所示)‎ ‎(1)U1不变，根据＝，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变。‎ ‎(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化。‎ ‎(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化。‎ ‎2．负载电阻不变的情况(如图所示)‎ ‎(1)U1不变，发生变化，U2变化。‎ ‎(2)R不变，U2变化，I2发生变化。‎ ‎(3)根据P2＝和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。‎ ‎【典型例题】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 ‎【答案】　D ‎【解析】　电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，选项A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，两线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，选项B错误；理想变压器U1I1＝U2I2，则U1ΔI1＝U2ΔI2，ΔI2＞ΔI1，故U2＜U1，变压器为降压变压器，选项C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，选项D正确。‎ ‎★重难点三、远距离输电★‎ ‎1．远距离输电的处理思路 对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。‎ ‎2．远距离高压输电的几个基本关系 ‎(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3。‎ ‎(2)电压、电流关系：＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线。‎ ‎(3)输电电流：I线＝＝＝。‎ ‎(4)输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝IR线＝()2R线。‎ 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的。‎ ‎3.输电线路功率损失的四种计算方法 ‎(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)。‎ ‎(2)除了利用P损＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：‎ ‎①P损＝IR线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻。‎ ‎②P损＝，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻。‎ ‎③P损＝ΔUI线，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为线路上的电流。‎ 在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用P损＝IR线，其原因是I线可以由公式P输出＝I线U输出求出，而P损＝ΔUI线和P损＝则不常用，其原因是在一般情况下，ΔU不易求出，且易将ΔU和U输出相混而造成错误。‎ ‎【特别提醒】‎ 远距离输电问题的“三 二 一”‎ ‎1．理清三个回路 在回路2中，U2＝ΔU＋U3，I2＝I线＝I3。‎ ‎2．抓住两个联系 ‎(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2。‎ ‎(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4。‎ ‎3．掌握一个守恒 能量守恒关系式P1＝P损＋P4。‎ ‎【典型例题】某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104 W，电厂输出电压仅为350 V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输出。已知输电线路的总电阻为4 Ω，允许损失的功率为输送功率的5 ，所需电压为220 V，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？‎ ‎【答案】　1∶8　133∶11‎ ‎【解析】　根据题意，画出输电线路图如图所示。‎ 电路中损失功率P损＝P总×5 ＝IR 则输电线路中电流I2＝ ＝35 A 升压变压器输出电压U2＝＝2.8×103 V 升压变压器的原、副线圈匝数比 ＝＝＝ 降压变压器的输入电压U3＝U2－U损＝U2－I2R＝2 660 V 故降压变压器的原、副线圈匝数比＝＝＝