高中物理 5.7习题课 变压器的应用及远距离输电问题课件 新人教版选修3-2.ppt

目标定位1 进一步理解变压器的原理及规律 2 熟练应用变压器原 副线圈的决定因素解决动态分析问题 3 熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题 熟练解决远距离高压输电中的实际问题 第7讲习题课变压器的应用及远距离输电问题 1 理想变压器原 副线圈的三个关系 P入 一个副线圈 P出 I2R线 2 输电线上的功率损失P损 输电线上的电压损失 U IR线 3 减小输电线上功率 电压损失的途径 输电线的电阻 输电线中的电流 即提高输电 4 远距离输电的基本原理 在发电站内用变压器升压 然后进行远距离输电 在用电区域通过变压器降到所需的电压 减小 减小 电压 升压 降压 5 原 副线圈的地位 1 原线圈在原线圈回路中所处的地位是充当负载 2 副线圈在副线圈回路中所处的地位是充当电源 例1如图1甲所示 左侧的调压装置可视为理想变压器 负载电路中R 55 为理想电流表和理想电压表 若原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压 电压表的示数为110V 下列表述正确的是 图1 A 电流表的示数为2AB 原 副线圈匝数比为1 2C 电压表的示数为电压的有效值D 原线圈中交流电压的频率为100Hz 答案AC 针对训练1如图2所示 理想变压器原 副线圈匝数之比为4 1 原线圈接入一电压为u U0sin t的交流电源 副线圈接一个R 27 5 的负载电阻 若U0 220V 100 rad s 则下述结论正确的是 图2 答案AC 二 理想变压器电路的动态问题分析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 若变压器原 副线圈匝数n1 n2确定 U1便决定了U2 与输出端有无负载 负载大小无关 也与变压器有无其他副线圈无关 2 输出功率P2决定输入功率P1 即用多少送多少 3 输出电流I2决定输入电流I1 U2与负载电阻R通过欧姆定律决定输出电流I2的大小 由I1 I2决定I1的大小 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来依次确定其他量的变化 例2如图3所示 理想变压器原线圈输入电压u Umsin t 副线圈电路中R0为定值电阻 R是滑动变阻器 和是理想交流电压表 示数分别用U1和U2表示 和是理想交流电流表 示数分别用I1和I2表示 下列说法正确的是 图3 A I1和I2表示电流的瞬时值B U1和U2表示电压的最大值C 滑片P向下滑动过程中 U2不变 I1变大D 滑片P向下滑动过程中 U2变小 I1变小 解析交流电表测量的是交变电流的有效值 故A B皆错误 答案C 针对训练2如图4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 图4 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 三 远距离高压输电中的损耗问题1 解决远距离输电问题时 应首先画出输电线路示意图 如图5所示 并将已知量和待求量写在示意图的相应位置 图5 2 分析三个回路 在每个回路中 变压器的原线圈是回路的负载 而相应的副线圈是下一个回路的电源 3 综合运用下面三方面的知识求解 1 能量守恒 P1 U1I1 U2I2 P用户 P P IRP用户 U3I3 U4I4 2 电路知识 U2 U U3 U I2R 例3在远距离输电时 要考虑尽量减少输电线上的功率损失 有一个电站 输送的电功率为P 500kW 当使用U 5kV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度表一昼夜示数相差4800度 求 1 这时的输电效率 和输电线的总电阻R线 答案60 20 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 答案22 4kV 变压器基本规律的应用1 如图6所示 Q是熔断电流为1A的保险丝 R为用电器 理想变压器的原 副线圈的匝数比为n1 n2 2 1 原线圈的电压为u 220sin 100 t V 要使保险丝不熔断 R的阻值一定 图6 A 不能小于55 B 不能大于55 C 不能小于77 D 不能大于77 答案A 变压器电路的动态分析问题2 如图7所示 M是一小型理想变压器 接线柱a b接在电压u 311sin 314t V的正弦交流电源上 变压器右侧部分为一火警报警系统原理图 其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器 电流表A2为值班室的显示器 显示通过R1的电流 电压表V2显示加在报警器上的电压 报警器未画出 R3为一定值电阻 当传感器R2所在处出现火警时 以下说法中正确的是 图7 A A1的示数不变 A2的示数增大B V1的示数不变 V2的示数减小C V1的示数增大 V2的示数增大D A1的示数增大 A2的示数增大 答案B 3 如图8所示 理想变压器原 副线圈匝数之比为1 5 原线圈两端的交流电压为u 20sin 100 t V 氖泡在两端电压达到100V时开始发光 下列说法中正确的有 图8 A 开关接通后 氖泡的发光频率为100HzB 开关接通后 电压表的示数为100VC 开关断开后 电压表的示数变大D 开关断开后 变压器的输出功率不变 不论开关是否断开 电压表示数不变 C项错误 开关断开后 变压器的输出功率减小 D项错误 答案AB 远距离输电问题4 一台发电机最大输出功率为4000kW 电压为4000V 经变压器T1升压后向远方输电 输电线路总电阻R线 1k 到目的地经变压器T2降压 负载为多个正常发光的灯泡 220V 60W 若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10 变压器T1和T2的损耗可忽略 发电机处于满负荷工作状态 则 A T1原 副线圈中电流分别为103A和20AB T2原 副线圈两端电压分别为1 8 105V和220VC T1和T2的变压比分别为1 50和40 1D 有6 104盏灯泡 220V 60W 正常发光 解析根据题意画出输电线路示意图如图所示 对升压变压器有P1 U1I1 可知I1 103A 由输电线上消耗的功率 P R线 400kW 可知输电线上电流为I2 20A A项正确 T1的变压比为I2 I1 1 50 T2的变压比为n3 n4 U3 U4 1 8 105 220 C项错误 降压变压器的输入功率等于输出功率P3 P4 U3I2 60W n 解得n 6 104 D项正确 答案ABD 根据P U2I2得U2 2 105V 输电线上电压损失 U I2R线 20000V 则副线圈输入电压为U3 U2 U线 1 8 105V 又灯泡正常发光 可知副线圈两端电压U4 220V B项正确