人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器学案及答案

变压器

【学习目标】

1．理解变压器的工作原理；

2．掌握理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系及功率关系；

3．知道输电线上的功率损失及减少功率损失的方法；

4．能解决高压送电的实际问题。

【学习重点】

变压器工作原理及工作规律。

【学习难点】

1．理解副线圈两端的电压为交变电压。

2．推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

3．掌握公式中各物理量所表示对象的含义

【学习过程】

一、变压器

1．变压器的原理

________是变压器的工作基础。由于互感现象，使得穿过原副线圈的相同。根据E=________得，原、副线圈产生感应电动势E与匝数n成。

2．理想变压器的变压、变流规律和功率关系：

（1）变压规律：

（2）变流规律：

（3）功率关系：

3．变压器有二个副线圈的情况

（1）电压与匝数间关系：

（2）电流与匝数间关系：

（3）功率关系：

4．简述理想变压器各种物理量的决定关系。

二、电能的输送

1．电功率损失和电压损失

（1）功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。出现功率损失。

（2）电压损失：远距离输送电能，线路中电阻R上消耗部分电压。

2．减少功率损失和电压损失的方法：

3．高压输电网络及各物理量间关系：

（1）远距离输电线路图：

（2）常用分析公式：

①输电电流

②输电导线损失的电功率

③输电导线损失的电压：

三、典型例题

例1．如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U1=3300v，副线圈的输出电压U2=220v，绕过铁心的单匝导线的电压表的示数为U0=2v，则：

（1）原、副线圈的匝数各是多少？

（2）当S断开时，A2的示数I2=5A，那么A1的示数是多少？

（3）当S闭合时，A2的示数将如何变化？A1的示数如何变化？

例2．一座小型水电站，水以3m/s的速度流入水轮机，而以1m/s的速度流出。流出水位比流入水位低1.6m，水的流量Q=1m3/s。如果水流能量的75%供给发电机，20%用于水温升高。求：

（1）水温升高多少？

（2）若发电机效率为80%，则发电机的输出功率多大？

（3）发电机的输出电压为240v，输电线路电阻为50/3欧姆，允许损失的电功率为5%，用户的需电压为220v，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？画出远距离输电过程示意图，[变压器为理想变压器，g取10m/s2，水的比热容为4.2*103J/kg·0C]

【达标检测】

1．如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同灯泡L1，L2，输电线上的等效电阻为R，开始时，开关S断开。当S接通时，以下说法中正确的是（  ）             

A．副线圈两端M、N的输出电压减少。

B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大。

C．通过灯泡L1的电流减小。

D．两线圈中的电流增大。

2．如图所示为一理想变压器的电路图，图中S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑片，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法中正确的是（   ）

A．若保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大；

B．若保持U1及P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率将增大；

C．若保持U1不变，S接在a处，使P向上滑时，I1将增大；

D．若保持P的位置不变，S接在a处，使U1增大时，I1将增大。

3．如图所示，以知n1：n2=4：3，R2=100欧姆，变压器没有功率损耗。在原线圈加上交流电U1=40V，则R2上的发热功率是      W。若R3=25Ω时，发热功率与R2相同，则流过原线圈与副线圈的n1:n3=      。

4．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂到学校的输电导线总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损耗的功率可表示为（    ）

A．U12/R    B．（U1—U2）2/R     C．I2R    D．I（U1—U2）

5．在电能输送过程中，若输送的电功率一定，输电线电阻一定时，则在输电线上损耗的电功率（  ）

A．和输送电线上的电压降的平方成反比；

B．和输送电流的平方成反比；

C．和输送电线上的电压降的平方成正比；

D．和输送电流平方成正比。

【作业布置】

1．如图所示，一个理想变压器的初、次级线圈的匝数比为3：1，次级接三个相同的灯泡，均能正常发光，今若在初级线圈接一个相同的灯泡L后，三个灯泡仍正常发光，则（   ）

A．灯L也能正常发光；

B．灯L比另外三个等都暗；

C．灯L将会被烧坏；

D．不能确定。

2．将输入电压为220v，输出电压为6v的变压器，改装成输出电压为30v的变压器，副线圈原来的匝数为30匝，原线圈的匝数不变，则副线圈应增加的匝数为（    ）

A．150匝    B．144匝   C．130匝     D．120匝

3．如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1000匝，两个副线圈的匝数分别为n2=50匝、n3=100匝，L1是“6v、2w”的小灯泡，L2是“12v、4w”的小灯泡，当n1接上交流电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为（   ）

A．1/60A             B．1/30A         C．1/20A                 D．1/40A

4．如图所示，某理想变压器的原副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使（   ）

A．原线圈匝数n1增加；

B．副线圈匝数n2增加；

C．负载电阻R的阻值增大；

D．负载电阻R的阻值减少

5．在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一线圈，另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数之比为n1：n2=2：1，在不接负载的情况下（   ）

A．当线圈1输入电压220v时，线圈2输出电压为110v；

B．当线圈1输入电压220v时，线圈2输出电压为55v；

C．当线圈2输入电压110v时，线圈1输出电压为220v；

D．当线圈2输入电压110v时，线圈1输出电压为110v

6．如图理想变压器的输入电压一定，每个副线圈匝数分别为n2、n3，当把一电热器接在A、B间，让C、D空载时，安培表的示数为I1；当把同一电热器接在C、D间让A、B空载时，安培表的示数为I2，则I1：I2的值为（   ）

A．（n2/n3）2

B．（n3/n2）2

C．n2/n3

D．n3/n2

7．某用电器要离供电电源L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，以知输电导线的电阻率为ρ，那么，该输电导线的横截面积最小值为（   ）

A．ρL/U   B．2ρLI/U    C．U/ρLI    D．2UI/ρL

8．发电机端电压为220v，输送功率110kw。若要保证用户至少获得100kw电功率，则输电导线电阻不得大于________Ω；若用以升压变压器升压到5500v后进行输电，则导线电阻不得大于________Ω。

9．如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1：n2=2：1，交流电源电压U1=220v，F为熔断电流I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻。

（1）当电阻R=100Ω时，保险丝能否被熔断？

（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值最小值为多少？变压器输出的电功率不能超过多少？

10.一台发电机输出的电功率为100kw，输出电压为250v，先欲向远处输电，若输电线总电阻为8Ω，要求输电时输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，要向用户输送200v电压，求：

（1）试画出这次输电线路的示意图；

（2）输电所需升压变压器和降压变压器的原副线圈的匝数之比分别是多少？

（3）用户得到的电功率是多少？

【答案】

【达标检测】

1．BCD    2．AD    3．9，8:3    4．BCD    5．CD

【作业布置】

1．A   2．D   3．D   4．BD   5．BD   6．A   7．B   8．0.04，25

9．不能，55欧姆，220瓦

10.（1）

（2）n1：n2=1/16，n3：n4=190/11

（3）P用=95kW