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选择性必修二第三章 交变电流 第四节 变压器

预习案
【自主学习】
阅读教材61-63页，观察相关图片，思考下列问题：
1、与机械级、内能相比，电能的输送有何优点？
2、输送电能的基本要求是什么？
3、减小输电线上损失的功率的两途径是什么？
4、观察教材63页图3.4-3，远距离供电至少需几次变压？
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究一】远距离输电为什么要高压？
分组讨论并回答教材62页“思考与讨论”中5个问题
课堂练习1：教材64页练习4，体会改变面积对电阻的影响和高压输电的意义。
【合作探究二】观察有关图片，建立远距离输电模型（如下图）
1.模型有哪几个回路：
2.各物理量间关系式
(1)功率关系
(2)电压、电流关系
(3)输电电流：
(4)输电导线上损耗的电功率：
课堂练习2：(多选)远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失，下列说法中正确的是(不考虑电抗产生的损失) (　　)
A．功率损失是原来的 B．功率损失是原来的
C．电压损失是原来的 D．电压损失是原来的n倍
课堂练习3：如图所示，某发电机输出功率是100 kW，输出电压是250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8 Ω，要使输电线上的功率损失为发电机输出功率的5%，而用户得到的电压正好为220 V，则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是(　　)
A．16∶1　190∶11 B．1∶16　11∶190
C．1∶16　190∶11 D．16∶1　11∶190
总结：
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．某发电站采用高压输电向外输送电能。若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电线的总电阻为R线。则下列说法不正确的是 (　A　)
A．输电线上的电流I＝　　　　　　　　　　B．输电线上的电流I＝
C．输电线电阻上的功率损失P线＝()2R线　　　　D．输电线电阻上的电压损失U线＝R线
2．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　)
A．发电机输出的电流I1＝40 A　　　　　　　　B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11　　　D．用户得到的电流IA＝455 A
B类能力关
3．某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处供电。已知输电导线的电阻率为ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：
(1)升压变压器的输出电压；(2)输电线路上的电压损失。
4．图甲为远距离输电示意图，升压变压器原副线圈匝数比为n1n2＝1?100，降压变压器原副线圈匝数比为n3n4＝10?1，远距离输电线的总电阻r＝100Ω。若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为P1＝750kW。求：
(1)输电线路损耗功率ΔP；(2)用户端电压U4。
C类综合关（选做）
5．分)某学校有一台应急备用发电机，内阻为R＝1 Ω，升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为r＝4 Ω，全校22个教室，每个教室用“220 V　40 W”的灯泡6盏，要求所有灯都正常发光，则：
(1)输电线上损耗的电功率多大？
(2)发电机的输出功率多大？
(3)发电机的电动势多大？
参考答案：
课堂练习2：解析　输电线损失功率P损＝100×103×5% W＝5×103 W，所以，输电线上电流I2＝＝25 A，升压变压器原线圈电流I1＝＝400 A，故升压变压器原、副线圈匝数比＝＝。升压变压器副线圈两端电压U2＝U1＝4 000 V，输电线损失电压U损＝I2R总＝200 V，降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝3 800 V，故降压变压器原、副线圈匝数比为＝＝。故选项C正确。
闯关检测：
1．解析：输电线上的电流为I线＝，A错，B对；根据P线＝I2R线，U线＝I线R线知C、D正确。
2．解析　发电机输出的电流I1＝＝ A＝400 A，选项A错误。输电线上的电流I线＝＝ A＝25 A，选项B错误。升压变压器的副线圈输出电压U2＝＝ V＝4×103 V，输电线损耗电压ΔU＝I线R＝25×8 V＝200 V，降压变压器的原线圈电压U3＝U2－ΔU＝3 800 V，故降压变压器的匝数比＝＝＝，选项C正确。降压变压器的副线圈的输出功率P4＝P3＝P－P线＝95 kW，故用户得到的电流I4＝＝ A≈431.8 A，选项D错误。答案　C
3．答案：(1)8×104V　(2)3200V
解析：(1)输电线路的电阻为R＝ρ＝2.4×10－8×＝25.6(Ω)
输电线上损失的功率为ΔP＝4%P＝4%×104kW＝400kW
由ΔP＝I2R得
I＝＝＝125A
有P＝UI得
U＝＝＝8×104V
(2)输电线路上电压损失为ΔU＝IR＝125A×25.6Ω＝3200V。
4．答案：(1)ΔP＝90kW　(2)U4＝220V
解析：(1)由图乙得U1＝250V①
又因为P1＝U1I1②
对升压变压器有：＝③
由焦耳定律得：ΔP＝Ir④
由①～④得：ΔP＝90kW
(2)对升压变压器有：＝⑤
又因为：ΔU＝I2r⑥
故：U3＝U2－ΔU⑦
对降压变压器有：＝⑧
由⑤～⑧得：U4＝220V。
5．解析　(1)根据题意，画出从发电机到教室灯泡之间的输电过程，如图所示：
所有灯都正常工作的总功率为
P′2＝22×6×40 W＝5 280 W，
用电器都正常工作时的总电流
I′2＝＝ A＝24 A，
两个变压器之间输电线上的电流
Ir＝I2＝＝6 A，
故输电线上损耗的电功率
Pr＝Ir＝144 W。
(2)升压变压器的输出功率
P′1＝Pr＋P′2＝5 424 W。
而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率
P出＝P1＝P′1＝5 424 W。
(3)降压变压器上的输入电压
U2＝4U′2＝880 V，
输电线上的电压损失
Ur＝Irr＝24 V，
因此升压变压器的输出电压
U′1＝Ur＋U2＝904 V，
升压变压器的输入电压
U1＝＝226 V，
升压变压器的输入电流
I1＝4Ir＝24 A，
发电机的电动势
E＝U1＋I1R＝226 V＋24×1 V＝250 V。
答案　(1)144 W　(2)5 424 W　(3)250 V

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