第二單元變壓器電能的輸送1．構(gòu)造和原理(如圖1所示)(1)主要構(gòu)造：由

組成．(2)工作原理：電磁感應(yīng)的

現(xiàn)象．原線圈、副線圈和閉合鐵芯互感(1)電壓關(guān)系： ＝ ，若n1>n2，為

變壓器；若n1<n2，為

變壓器．(2)電流關(guān)系： ＝ ，只適用于只有一個(gè)副線圈的情況．降壓升壓3．互感器(1)電壓互感器，用來把

電壓變成

電壓．(2)電流互感器，用來把

電流變成

電流．低大小高特別提醒：(1)如果變壓器沒有漏磁和能量損失，這樣的變壓器是理想變壓器．(2)變壓器只能改變交變電流的電流和電壓，不能改變恒定電流的電流和電壓．1．功率損失及減小損失的方法(1)設(shè)輸電電流為I，輸電線的電阻為R，則功率損失ΔP＝

.(2)減小功率損失的方法①減小輸電線的電阻：選擇

小的材料，增大導(dǎo)線的

②提高輸電電壓：在輸出功率一定的條件下，提高輸電電壓，減小

，從而減小輸電線上的電能損失．I2R電阻率橫截面積輸電電流2．電壓損失：ΔU＝

，減小功率損失和電壓損失，都要求提高

，減小 ．輸電電壓IR輸電電流3．電網(wǎng)供電(1)遠(yuǎn)距離高壓輸電由于發(fā)電機(jī)本身的輸出電壓不可能很高，所以采用高壓輸電時(shí)，在發(fā)電站內(nèi)需用

升壓到幾百千伏后再向遠(yuǎn)距離送電，到達(dá)用電區(qū)再用

降到所需的電壓，基本電路如圖2所示：升壓變壓器降低變壓器(2)電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的

輸電網(wǎng)絡(luò)．理想變壓器1.沒有能量損失(銅損、鐵損)2．沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負(fù)載情況、副線圈個(gè)數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈，電流和匝數(shù)成反比多個(gè)副線圈，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定(1)理想變壓器的應(yīng)用中要注意副線圈和原線圈功率相等這個(gè)特點(diǎn)，電流關(guān)系的推導(dǎo)應(yīng)該以其為依據(jù)．(2)變壓器的以上關(guān)系都是根據(jù)口字型的變壓器推出的．如果變壓器不是“口”字型時(shí)，應(yīng)根據(jù)變壓器的原理及各線圈中磁通量的關(guān)系推導(dǎo)出各物理量的關(guān)系．1．理想變壓器的幾個(gè)因果關(guān)系．當(dāng)理想變壓器的匝數(shù)比不變時(shí)，如圖3所示各量相互關(guān)系如下：(3)輸出功率P2決定輸入功率P1，理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，即P1＝P2，在輸入電壓U1一定的情況下，當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí)，I2減小，則變壓器的輸出功率P2＝I2U2減小，輸入功率P1也將相應(yīng)減?。划?dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí)，I2增大，變壓器的輸出功率P2＝I2U2增大，則輸入功率P1也將增大．2．動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：(1)對于電源，原線圈相當(dāng)于用電器；對于用電器，副線圈相當(dāng)于電源．(2)對理想變壓器應(yīng)注意能量守恒定律的應(yīng)用．1．遠(yuǎn)距離輸電遠(yuǎn)距離輸電線路示意圖如圖4所示．3．解答遠(yuǎn)距離輸電問題的步驟(1)畫出輸電線路圖，將已知量和未知量標(biāo)在圖中相應(yīng)位置；(2)以升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈為參考，將輸電線路劃分為幾個(gè)獨(dú)立回路；(3)根據(jù)串并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式等確定各部分回路電學(xué)量之間關(guān)系；(4)根據(jù)升壓、降壓原副線圈的電壓、電流關(guān)系和功率關(guān)系列式求解．高壓輸電既能減小功率損失，也能減少電壓損失，但在實(shí)際高壓輸電時(shí)，也并非輸電電壓越高越好，還需綜合考慮各種因素，依照不同的情況選擇合適的輸電電壓．【例1】(2010年遼寧盤錦)如圖5所示，理想變壓器初級線圈接一交變電流，交變電流的電壓有效值恒定不變．則下列說法中正確的是 ()A．只將S1從2撥向1時(shí)，電流表示數(shù)變小B．只將S2從4撥向3時(shí)，電流表示數(shù)變小C．只將S3從閉合變?yōu)閿嚅_，電阻R2兩端電壓增大D．只將變阻器R3的滑動觸頭上移，變壓器的輸入功率減小答案：BD高分通道關(guān)于理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型：(1)負(fù)載電阻不變，原副線圈的電壓U1、U2，電流I1、I2，功率P1、P2隨匝數(shù)比變化而變化．(2)匝數(shù)比不變，原副線圈的電壓U1、U2，電流I1、I2，功率P1、P2隨負(fù)載電阻的變化而變化．無論哪種情況，處理此類問題的關(guān)鍵都是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系——U2由U1和匝數(shù)比決定；I2由U2和負(fù)載電阻決定；I1由I2和匝數(shù)比決定．?變式1：如圖6所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2；輸電線的等效電阻為R，開始時(shí)，開關(guān)S斷開，當(dāng)S接通時(shí)，以下說法中正確的是 ()A．副線圈兩端M、N輸出電壓減小B．副線圈輸電線等效電阻R上的電壓降增大C．通過燈泡L1的電流減小D．原線圈中的電流增大解析：當(dāng)開關(guān)S閉合后，L2與L1并聯(lián)，使副線圈的負(fù)載電阻的阻值變小，理想變壓器副線圈電阻不計(jì)，因此M、N間的輸出電壓不變，副線圈中的總電流I2增大，電阻R上的電壓降UR＝I2R亦增大，燈泡L1兩端的電壓減小，L1中的電流減小，故B、C正確．由于I2的增大，導(dǎo)致原線圈中的電流I1相應(yīng)增大，故D正確．答案：BCD【例2】(2009年四川卷)如圖7圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1＝20Ω，R2＝30Ω，C為電容器，已知通過R1的正弦交流電如圖乙所示，則 ()圖7答案：C高分通道(1)對于電源，原線圈相當(dāng)于用電器；對于用電器，副線圈相當(dāng)于電源．(2)對理想變壓器注意能量守恒定律的應(yīng)用．?變式2：如圖8所示，理想變壓器三個(gè)線圈的匝數(shù)之比為n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中n1接到220V的交流電源上，n2和n3分別與電阻R2、R3組成閉合回路．已知通過電阻R3的電流I3＝2A，電阻R2＝110Ω，求通過電阻R2的電流和通過原線圈的電流．解析：閉合鐵芯中磁通量的變化率處處相同，對繞在同一鐵芯上的線圈來說，每一匝產(chǎn)生的電動勢相同，所以有U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3.根據(jù)功率關(guān)系P1＝P2＋P3則得U1I1＝U2I2＋U3I3，由此可見I1/I2并不等于n2/n1.答案：1A0.7A【例3】發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶，如果升壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器．發(fā)電機(jī)的輸出功率是100kW，輸出電壓是250V，升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為1∶25，輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率的4%.(1)畫出上述輸電全過程的線路圖．(2)求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流．(3)求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓．(4)計(jì)算降壓變壓器的輸出功率．(1)輸電過程線路圖，如圖9所示．答案：(1)見圖9(2)6250V16A(3)15.6Ω6000V(4)96000W高分通道(1)有關(guān)遠(yuǎn)距離輸電問題，應(yīng)先畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖，并將已知量和待求量寫在示意圖的相應(yīng)位置．(2)抓住輸電的兩端——電源和用電器；分析一條線——輸電線；研究兩次電壓變換——升壓和降壓．(3)以變壓器為界將整個(gè)輸電電路劃分為幾個(gè)獨(dú)立回路，各回路分別用歐姆定律，串、并聯(lián)的特點(diǎn)及電功、電功率等公式進(jìn)行計(jì)算．聯(lián)系各回路的是原、副線圈電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系及輸入功率等于輸出功率的關(guān)系．?變式3：某發(fā)電機(jī)的輸出功率為10kW，輸出電壓為500V，輸電導(dǎo)線總電阻為5Ω，允許輸電導(dǎo)線上損失的功率為總功率的5%，用戶所需電壓220V，設(shè)計(jì)供電電路，計(jì)算升壓變壓器和降壓變壓器的匝數(shù)比．如發(fā)電機(jī)內(nèi)阻為1Ω，為保證輸出功率為10kW，發(fā)電機(jī)的電動勢應(yīng)為多大？如發(fā)電機(jī)內(nèi)阻為1Ω，為保證輸出功率為10kW，發(fā)電機(jī)的電動勢應(yīng)為E＝500V＋I(xiàn)1r＝520V.答案：供電電路見圖101∶295∶22520V1．(2010年廣東汕頭)某理想變壓器原線圈輸入電功率為P，原、副線圈匝數(shù)比為k，在副線圈上接一內(nèi)阻為r的電動機(jī)，電動機(jī)正以速度v勻速向上提升質(zhì)量為m的重物，已知重力加速度為g，則變壓器初級線圈兩端的電壓為 ()解析：對副線圈裝置由能量守恒：P＝mgv＋I(xiàn)r，由變壓器變流比有I2/I1＝k，又對原線圈有：P＝I1U1，聯(lián)立解得選項(xiàng)A正確．答案：A2．(2008年天津卷)一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻R，設(shè)原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2，當(dāng)R增大時(shí) ()A．I1減小，P1增大 B．I1減小，P1減小C．I2增大，P2減小 D．I2增大，P2增大解析：理想變壓器的特點(diǎn)是輸入功率等于輸出功率，當(dāng)負(fù)載電阻增大時(shí)，由于副線圈的電壓不變，所以輸出電流I2減小，導(dǎo)致輸出功率P2減小，所以輸入功率P1減小；輸入的電壓不變，所以輸入的電流I1減小，B正確．答案：B3．如圖11所示，有一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為n.原線圈接正弦交流電壓U，輸出端接有一個(gè)交流電流表和一個(gè)電動機(jī)．電動機(jī)線圈電阻為R.當(dāng)輸入端接通電源后，電流表讀數(shù)為I，電動機(jī)帶動一重物勻速上升．下列判斷正確的是 ()答案：D4．(2010年濰坊模擬)2008年1月10日開始的低溫雨雪冰凍造成我國部分地區(qū)嚴(yán)重災(zāi)害，其中高壓輸電線因結(jié)冰而損毀嚴(yán)重．此次災(zāi)害牽動億萬人的心．為消除高壓輸電線上的凌冰，有人設(shè)計(jì)了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應(yīng)除冰．若在正常供電時(shí)，高壓線上輸電電壓為U，電流為I，熱耗功率為ΔP；除冰時(shí)，輸電線上的熱耗功率需變?yōu)?ΔP，則除冰時(shí)(認(rèn)為輸電功率和輸電線電阻不變) ()答案：AD