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）（解析版）

3.0 cande 2025-05-09 11 4 2.25MB 16 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：由闭合铁芯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原线圈，
与负载连接的线圈叫作副线圈 ．
2．原理：互感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
激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势 ．
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有能量损失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、副线圈的匝数之比，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降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压
高的变压器叫作升压变压器．
三、变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，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电场的能量．
四、输送电能的基本要求
1．可靠：指供电线路可靠地工作，故障少．
2．保质：保证电能的质量——电压和频率稳定．
3．经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少 ．
五、降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失：P＝I 2
r ，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，应当选用电阻率小的金
属材料，还要尽可能增加导线的横截面积．
(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：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电
区域通过降压变压器降到所需的电压．
2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地
区性的输电网络 ．
3．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益 ．
(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡．
(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，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
答案　D
解析　由题可知，交流电的频率 f＝50 Hz，故 A错误；原线圈两端的电压有效值为 V＝220
V，由＝可知 U2＝55 V，电压表的示数为 55 V，故 B错误；电流表的示数为 A＝0.5 A，故
C错误；变压器的输入功率等于输出功率，大小为 0.5×55 W＝27.5 W，故 D正确．
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？
答案　(1)2 500 A　(2)1.25×108 W　
(3)1 000 A　2×107 W　
解析　(1)由P＝UI 得I＝＝＝2 500 A
(2)输电线上损失的功率 ΔP＝I2·2r＝2 5002×2×10 W＝1.25×108 W
损失功率与输出功率之比为＝＝
(3)将输出电压升高至 50 万伏时，I′＝＝＝1 000 A
输电线上损失的功率 ΔP′＝I′2·2r＝1 0002×2×10 W＝2×107 W
损失功率与输出功率之比为＝＝.
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
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