标签: 电能的输送与变压器   2019   2020   年高   物理   选修   电能   输送   变压器   总结  
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doc 2019-2020年高中物理选修(3-2)第3章《电能的输送与变压器》章末总结学案 电能 的输 送与 变压 器 一、电能输送中功率损失的计算 1.P损=I2R. 2.在输电电流一定的情况下,如果电路的电阻减为原来的一半,则损失的功率变为原来的二分之一;在线路电阻不变的情况下,当电流为原来的一半,线路上损失的功率变为原来的四分之一. 3.由2可知,减小电流对降低损耗更有效. 5.由P=UI可知I=,由此式可知,在电功率不变的前提下,升高电压,可减小输电电流. 例1 某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是(  ) A.输电线上输送的电流大小为2×105 A B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW D.输电线上损失的功率为ΔP=,R为输电电压,R为输电线的电阻 答案 B 解析 用500 kV电压输电时,输电线上的电流为I==A=6 000 A,A错;输电线上由电阻造成的损失电压为ΔU=IR=6 000×2.5 V=15 kV,B对;若改用5 kV电压输电时,电能在输电线上损耗更大,但最多只能是3×106 kW,不可能超过这个值,C错;若用ΔP=计算输电线上损失的功率,则U为输电线上损失的电压,而R为输电线的电阻,D错. 二、理想变压器的分析思路 1.电压思路: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.功率思路:理想变压器的输入、输出功率关系为P入=P出,即P1=P2;当变压器有多个副线圈时,P1=P2+P3+… 3.电流思路:由I=知,当变压器有多个副线圈时,n1I1=n2I2+n3I3+…,对只有一个副线圈的变压器才有=. 4.动态分析变压器电路的思路可表示为 例2 用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,如图1所示.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1 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n1/n2决定;电流表A2的示数由输出电压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n2/n1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=n2U1/n1,可知U2也不变,即电压表V2的示数不变.又据I2=U2/R负知,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的增大而增大,故电流表A1的示数增大.因P出=U2I2,故P出增大.P入随P出变化而变化,故P入也增大.故选B. 答案 B 三、远距离输电电路中的各种关系 1.解决远距离输电问题时,应首先画出输电的电路图,如图2所示,并将已知量和待求量写在电路图的相应位置. 图2 2.分析三个回路,在每个回路中,变压器的原线圈是回路的用电器,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: P=U1I1=U2I2=P用户+ΔP ΔP=IR P用户=U3I3=U4I4. (2)电路知识:U2=ΔU+U3 ΔU=I2R (3)变压器知识:== ==. 其中ΔP=I2R,ΔU=I2R往往是解题的切入点. 例3 发电机的输出电压为220 V,输出功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω,如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户,则: (1)画出全过程的线路示意图; (2)求用户得到的电压和功率; (3)若不经过变压而直接将电送到用户,求用户得到的电压和功率. 解析 (1)示意图如图所示 (2)升压变压器的输出电压 U2=U1=×220 V=2 200 V 根据升压变压器输出功率等于输入功率知,升压变压器输出电流为 I2== A=20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=20×0.2 V=4 V PR=IR=202×0.2 W=80 W 降压变压器上的输入电流和输入电压分别为 I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V 降压变压器上的输出电压和输出电流分别为 U4=U3=×2 196 V=219.6 V I4=I3=10×20 A=200 A 用户得到的功率为 P4=I4U4=200×219.6 W=4.392×104 W (3)若不采用高压输电,用220 V低压直接供电时,电路如图所示,则输电电流I== A=200 A,输电线路上的电压损失 UR′=IR=200×0.2 V=40 V 所以用户得到的电压为 U4′=U1-UR′=220 V-40 V=180 V 用户得到的功率为P4′=IU4′=200×180 W=3.6×104 W 答案 (1)见解析图 (2)219.6 V 4.392×104 W (3)180 V 3.6×104 W 1.(电能输送中功率损失的计算)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1和分别为(  ) A., B.()2R, C., D.()2R, 答案 D 解析 根据变压器的变压规律,得=k,=nk,所以U1=kU,U2=nkU.根据P=UI知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1==,I2==.根据P=I2R,输电线路损耗的电功率分别为P1=IR=()2R,P2=IR=()2R,所以=.选项D正确,选项A、B、C错误. 2.(理想变压器基本规律的应用)如图3所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则 (  ) 图3 A.电流表的示数为 A B.电源输出功率为1200 W C.电流表的示数为 A D.原线圈两端电压为11 V 答案 C 解析 灯泡正常发光,则副线圈的电流为I1== A,根据变压器的电流关系可得:=,原线圈中的电流I0== A,即电流表的示数为 A,原线圈中电压为U0==4 400 V,电源的输出功率P=UI=4 400×=60 W. 3.(理想变压器的动态分析)如图4所示电路中的变压器为理想变压器,S为单刀双掷开关.P是滑动变阻器R的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流.下列说法正确的是(  ) 图4 A.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则R上消耗的功率减小 B.保持P的位置及U1不变,S由a切换到b,则I2减小 C.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则I1增大 D.保持U1不变,S接在b端,将P向上滑动,则I1减小 答案 BC 解析 S由b切换a时,副线圈匝数增多,则输出电压U2增大,R消耗的功率增大,由变压器功率关系可知,其输入功率也增大,故I1增大,所以A错、C对;S由a切换到b时,副线圈匝数减少,则输出电压U2减少,I2减小,B对;P向上滑动时,R减小,I2增大,由电流与匝数的关系可知,I1增大,D错. 4.(远距离输电电器中的各种关系)一座小型水电站,水以3 m/s的速度流入水轮机,而以1 m/s的速度流出.流出水位比流入水位低1.6 m,水的流量为1 m3/s.如果水流能量的75%供给发电机.则(变压器为理想变压器,g取10 m/s2): (1)若发电机效率为80%,则发电机的输出功率多大? (2)若发电机的输出电压为240 V,输电线路上的电阻为16 Ω,允许损失的电功率为5%,用户所需电压为220 V,则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少? 答案 (1)12 kW (2)3∶25 95∶11 解析 (1)每秒钟水流机械能损失为 ΔE=m(v-v)+mgΔh=2×104 J. 发电机的输电功率为P出=×80%, 所以P出=12 kW. (2) 发电机经变压器到用户的输电线路示意图如图所示, P线=5%P出=600 W, 因为P线=IR线, 所以I线=6 A;又因为I2=I线=6 A,I1==50 A. 所以对升压变压器有=, 即==. 又因为I3=I线=6 A, I4== A, 所以对降压变压器有==.

2019-2020年高中物理选修(3-2)第3章《电能的输送与变压器》章末总结学案.doc

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