人教版選修11 變壓器 高壓輸電 第1課時 教案.docx

3.4變壓器 3.5高壓輸電教學(xué)目標(biāo)：1了解變壓器的工作原理，掌握理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系2理解遠(yuǎn)距離輸電的原理教學(xué)重點：理想變壓器的電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系教學(xué)難點：變壓器的工作原理教學(xué)方法：講練結(jié)合，計算機輔助教學(xué)教學(xué)過程：一、理想變壓器1理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器作用：在輸送電能的過程中改變電壓原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象特征：正因為是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交變電壓2理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓u1后，由于電磁感應(yīng)的原因，原、副線圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：，忽略原、副線圈內(nèi)阻，有 u1e1 ，u2e2另外，考慮到鐵心的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)為在任意時刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等，于是又有 由此便可得理想變壓器的電壓變化規(guī)律為在此基礎(chǔ)上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線圈內(nèi)能量損失和鐵芯內(nèi)能量損失這兩部分，分別俗稱為“銅損”和“鐵損”），有而 而 于是又得理想變壓器的電流變化規(guī)律為由此可見：（1）理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數(shù)的差別）（2）理想變壓器的規(guī)律實質(zhì)上就是法拉第電磁感應(yīng)定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在上述理想條件下的新的表現(xiàn)形式這里要求熟記理想變壓器的兩個基本公式是： ，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比。p入=p出，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。需要特別引起注意的是：只有當(dāng)變壓器只有一個副線圈工作時，才有：變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到：，即在輸入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的r表示負(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”。“負(fù)載”表示副線圈所接的用電器的實際功率。實際上，r越大，負(fù)載越??；r越小，負(fù)載越大。這一點在審題時要特別注意?！纠?】n2 ln3 r220vn1 理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，電源電壓為u1=220v。n2上連接的燈泡的實際功率為36w，測得初級線圈的電流為i1=0.3a，求通過n3的負(fù)載r的電流i3。解：由于兩個次級線圈都在工作，所以不能用i1/n，而應(yīng)該用p1=p2+p3和un。由un可求得u2=36v，u3=1000v；由u1i1=u2i2+u3i3和i2=1a可得i3=0.03a。【例2】在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是 aaaa零線火線火線零線零線火線零線火線a. b. c. d. 解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏?，因此原線圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。選a。3解決變壓器問題的常用方法思路1 電壓思路.變壓器原、副線圈的電壓之比為u1/u2=n1/n2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時u1/n1=u2/n2=u3/n3=思路2 功率思路.理想變壓器的輸入、輸出功率為p入=p出，即p1=p2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時p1=p2+p3+思路3 電流思路.由i=p/u知，對只有一個副繞組的變壓器有i1/i2=n2/n1；當(dāng)變壓器有多個副繞組時n1i1=n2i2+n3i3+思路4 （變壓器動態(tài)問題）制約思路.（1）電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/n2）一定時，輸出電壓u2由輸入電壓決定，即u2=n2u1/n1，可簡述為“原制約副”.（2）電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/n2）一定，且輸入電壓u1確定時，原線圈中的電流i1由副線圈中的輸出電流i2決定，即i1=n2i2/n1，可簡述為“副制約原”.（3）負(fù)載制約：變壓器副線圈中的功率p2由用戶負(fù)載決定，p2=p負(fù)1+p負(fù)2+；變壓器副線圈中的電流i2由用戶負(fù)載及電壓u2確定，i2=p2/u2；總功率p總=p線+p2.動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：u1p1思路5 原理思路.變壓器原線圈中磁通量發(fā)生變化，鐵芯中/t相等；當(dāng)遇到“”型變壓器時有1/t=2/t+3/t，此式適用于交流電或電壓（電流）變化的直流電，但不適用于穩(wěn)壓或恒定電流的情況.【例3】如圖，為一理想變壓器，k為單刀雙擲開關(guān)，p為滑動變阻器的滑動觸頭，u1為加在原線圈兩端的電壓，i1為原線圈中的電流強度，則a.保持u1及p的位置不變，k由a合到b時，i1將增大b.保持u1及p的位置不變，k由b合到a時，r消耗的功率減小c.保持u1不變，k合在a處，使p上滑，i1將增大d.保持p的位置不變，k合在a處，若u1增大，i1將增大命題意圖：以變壓器動態(tài)問題為背景考查考生綜合分析能力及邏輯思維能力.錯解分析：部分考生對變壓器工作原理理解不深刻，辨不清原副線圈中的變量與不變量，理不明各量間誰制約誰的制約關(guān)系；導(dǎo)致錯選.解析：k由a合到b時，n1減小，由u1/u2=n1/n2，可知u2增大，p2=u22/r隨之增大，而p1=p2，又p1=i1u1，從而i1增大，a正確；k由b合到a時，與上述情況相反，p2將減小，b正確；p上滑時，r增大，p2=u22/r減小，又p1=p2，p1=i1u1，從而i1減小，c錯誤；u1增大，由u1/u2=n1/n2可知，u2增大，i2=u2/r隨之增大，由i1/i2=n2/n1可知i1也增大，d正確.故選項a、b、d正確.【例4】一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝，兩個副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝，n3=600匝，若通過兩個副線圈中的電流強度分別是i2=1 a，i3=4 a，求原線圈中的電流強度.命題意圖：考查考生分析推理能力.錯解分析：違背能量守恒，生搬硬套公式，得出：，i1=3 a的錯解.解析：電流強度與匝數(shù)成反比，僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況，本題有兩個副線圈，應(yīng)根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析，由于理想變壓器無能量損失，所以有p1=p2+p3（p1為原線圈輸入功率，p2、p3分別為兩只副線圈的輸出功率）根據(jù)電功率公式有：i1u1=i2u2+i3u3又因為，u2=，u3=u1把代入，整理得：i1n1=i2n2+i3n3所以i1=a=2.24 a二、遠(yuǎn)距離輸電一定要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻。并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號。一般設(shè)兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1、n1/ n2、n2/，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號來表示。從圖中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系是：p1=p1/，p2=p2/，p1/=pr=p2。電壓之間的關(guān)系是：。電流之間的關(guān)系是：?？梢娖渲须娏髦g的關(guān)系最簡單，中只要知道一個，另兩個總和它相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用，而不能用。特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失，由此得出結(jié)論： 減少輸電線功率損失的途徑是提高輸電電壓或增大輸電導(dǎo)線的橫截面積。兩者相比，當(dāng)然選擇前者。若輸電線功率損失已經(jīng)確定，那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設(shè)電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。需要引起注意的是課本上強調(diào)：輸電線上的電壓損失，除了與輸電線的電阻有關(guān)，還與感抗和容抗有關(guān)。當(dāng)輸電線路電壓較高、導(dǎo)線截面積較大時，電抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大。作業(yè)：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r55，、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1a電流表的示數(shù)為2ab原、副線圈匝數(shù)比為12c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u1220v，由，可得原、副線圈匝數(shù)之比21，故b錯誤；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)ia2a，故a正確；由題圖乙可知t0.02s，所以交變電壓的頻率為fhz50hz，d錯誤2.如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為41.原線圈接入一電壓為uu0sint的交流電源，副線圈接一個r27.5的負(fù)載電阻若u0220v，100rad/s，則下述結(jié)論正確的是()圖2a副線圈中電壓表的讀數(shù)為55vb副線圈中輸出交變電流的周期為sc原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5ad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u220v，電壓表讀數(shù)為u2v55v，周期ts，副線圈中電流i22a，原線圈中電流i10.5a，pi1u110w.3.如圖3所示，理想變壓器原線圈輸入電壓uumsint，副線圈電路中r0為定值電阻，r是滑動變阻器.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3ai1和i2表示電流的瞬時值bu1和u2表示電壓的最大值c滑片p向下滑動過程中，u2不變、i1變大d滑片p向下滑動過程中，u2變小、i1變小答案c解析交流電表測量的是交變電流的有效值，故a、b皆錯誤；由于理想變壓器的輸出電壓u2u1與負(fù)載無關(guān)，即滑片p下滑時u2不變，故d錯誤；由i1u1知r減小時i1變大，故c正確4.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4av1、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bv1、v2的示數(shù)不變，a1、a2的示數(shù)增大，p入增大cv1、v2的示數(shù)不變，a1、a2的示數(shù)減小，p入減小dv1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為b.5如圖6所示 ，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n11 100 匝，接電壓u1220 v的交流電，副線圈接“20 v10 w”的燈泡，燈泡正常發(fā)光，可知()圖6a副線圈的匝數(shù)n2200 匝b副線圈中的電流i20.5 ac原線圈中的輸入功率為10 wd原線圈中的電流i10.1 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)n2100 匝，a錯誤；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pui可得副線圈中的電流i20.5 a，原線圈中的電流i1i20.045 a，b正確，d錯誤6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7a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出又因為p入p出，所以p入分析可得選項b、d正確7如圖8所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為15, 原線圈兩端的交變電壓為u20sin (100t) v氖泡在兩端電壓達到100v時開始發(fā)光下列說法中正確的有()圖8a開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100hzb開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100vc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，ts0.02s，f50hz.因為一個周期內(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項正確；電壓表的示數(shù)是有效值，u1v20v，u2u1100v，b項正確；不論開關(guān)是否斷開，電壓表示數(shù)不變，c項錯誤；開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率減小，d項錯誤r8.學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為r=4，全校22個教室，每個教室用“220v，40w”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：發(fā)電機的輸出功率多大？發(fā)電機的電動勢多大？輸電線上損耗的電功率多大？解：所有燈都正常工作的總功率為22640=5280w，用電器總電流為a，輸電線上的電流a，降壓變壓器上：u2=4u2/=880v，輸電線上的電壓損失為：ur=irr=24v ，因此升壓變壓器的輸出電壓為u1/=ur+u2=904v，輸入電壓為u1=u1/4=226v，輸入電流為i1=4i1/=24a，所以發(fā)電機輸出功率為p出=u1i1=5424w發(fā)電機的電動勢e=u1+i1r=250v輸電線上損耗的電功率pr=ir2r=144w9.在遠(yuǎn)距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電