第20天 变压器 电能输送-【寒假自学课】2023年高二物理寒假精品课（人教版2019）（原卷版）

3.0 cande 2025-05-09 31 4 2.13MB 9 页 3知币
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第20 天 变压器 电能输送 （预习篇）
1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.
2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.
3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系．
4.理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.
5.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.
6.了解交变电流从发电站到用户的输电过程．
一、变压器的原理
1．构造：由 和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作 ，与负
载连接的线圈叫作 ．
2．原理： 现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中
激发的 也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 ．
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有 的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的 ，即＝.
3．两类变压器
副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作 变压器；副线圈的电压比原线圈的电
压高的变压器叫作 变压器．
三、变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成 的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产
生了感应电流，磁场的能量转化成了 的能量．
四、输送电能的基本要求
1．可靠：指 可靠地工作，故障少．
2．保质：保证电能的质量—— 和 稳定．
3．经济：指输电线路建造和运行的费用 ，电能损耗 ．
五、降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失：P＝
，I为输电电流，r为输电线的电阻．
2．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率 的
金属材料，还要尽可能 导线的横截面积．
(2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就
要提高输电电压．
六、电网供电
1．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．
2．电网：通过网状的输电线、 ，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区
性的输电 ．
3．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的 ．
(2)减小断电的风险，调剂不同地区 的平衡．
(3)合理调度电力，使 的供应更加可靠，质量更高．
一、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系
例题 1. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比 n1∶n2＝4∶1，电压表和电流表均为理想电表，
灯泡电阻 RL＝110 Ω，A、B端电压 u1＝220sin 100πt(V)．下列说法正确的是(　　)
A．副线圈输出的交流电的频率为 25 Hz
B．电压表的示数为 55 V
C．电流表的示数为 1.0 A
D．变压器输入功率为 27.5 W
解题归纳：
1．功率关系
从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即 P入＝P出．
2．电流关系
(1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或＝.
(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
3．电压、电流、功率的制约关系
(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压 U1决定输出电压 U2，即 U2
＝.
(2)功率制约：P出决定 P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.
(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压 U1确定时，副线圈中的输出
电流 I2决定原线圈中的电流 I1，即 I1＝(只有一个副线圈时)．
4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的
顺序是R→I2→P出→P入→I1.
(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是
n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.
二、输电线上的电压和功率损失
例题 2. 三峡电站某机组输出的电功率为 50 万千瓦．
(1)若输出的电压为 20 万伏，则输电线上的电流为多少？
(2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电线的电阻为 10 欧，则输电线上损失的功率为多少？
它与输出功率的比值是多少？
(3)若将输出电压升高至50 万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？
它与输出功率的比值是多少？
解题归纳：1．输电线上的电压损失(如图)
ΔU＝U－U′＝Ir＝r.
2．输电线上的功率损失(如图 2)
(1)ΔP＝I2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻．
(2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝，其中ΔU为输电线上的电压损失．
3．减少电压损失和功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻 r，根据 r＝ρ，可减小电阻率 ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为
导线材料；也可增大导线的横截面积 S，但过粗的导线会多耗费金属材料，增加成本，同
时给输电线的架设带来很大的困难．
(2)减小输电电流 I，根据 I＝，在输送功率 P一定，输电线电阻 r一定的条件下，输电电压
提高到原来的 n倍，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的.
1. (多选)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动
触头 Q调节，如图所示，在副线圈上连接了定值电阻 R0和滑动变阻器 R，P为滑动变阻器
的滑片．原线圈两端接在电压为 U的交流电源上．则(　　)
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