第44期 变压器电能的输送-【数理报】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第二册同步学案（人教版）

书 例．输送一定的功率，第一次输电电压为Ｕ１，第二次 输电电压为Ｕ２，则在同一输电线上两次损失的功率之比 为 ． 错误解答：设输电线的电阻为ｒ，则第一次输电电压 为Ｕ１时，电路中的电流为Ｉ１，损失的功率为Ｐ′１＝Ｕ１Ｉ１＝ Ｕ２１ ｒ，同理，当第二次输电电压为 Ｕ２时，损失的功率为Ｐ′２ ＝Ｕ２Ｉ２ ＝ Ｕ２２ ｒ，故两次损失的功率之比为： Ｐ′１∶Ｐ′２＝Ｕ ２ １∶Ｕ ２ ２． 错解分析：没有搞清楚公式Ｐ＝ＵＩ中不同的Ｕ、Ｉ对 应不同的Ｐ所表示的物理意义，或者说，根本没有搞清 楚损失功率的计算方法，乱套公式． 正确解答：设输送的一定功率为Ｐ，输电线的电阻为 ｒ，当第一次输电电压为Ｕ１时，流过输电线的电流为Ｉ１＝ Ｐ Ｕ１ ，输电线上的电压降为Ｕ′１＝Ｉ１ｒ＝ Ｐ Ｕ１ ｒ，输电线上损失 的功率为Ｐ′１＝Ｕ′１Ｉ１＝ Ｐ Ｕ１ ｒ·ＰＵ１ ＝Ｐ ２ Ｕ２１ ｒ，同理，当输电电压 为Ｕ２时，损失的功率为Ｐ′２＝ Ｐ２ Ｕ２２ ｒ，故两次损失的功率之 比Ｐ′１∶Ｐ′２＝Ｕ ２ ２∶Ｕ ２ １． 对此题，损失的功率也可用 Ｐ′＝Ｉ２ｒ＝（ＰＵ） ２ｒ求 解． 点评：欧姆定律Ｉ＝ＵＲ的适用条件是纯电阻电路，Ｒ 表示这段电路的电阻，Ｕ表示这段电路两端的电压，Ｉ就 表示流过该电路的电流． 求解远距离输电的关键是：熟悉“交流发电机 → 升 压变压器→输电线→降压变压器→用户”这一过程， 并画出这一过程的示意图，将已知量和未知量标在图中 相应位置；以升压变压器和降压变压器原、副线圈为参 考，将输电线路划分为几个独立回路；根据串并联电路 特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路电学量 之间的关系；根据升压、降压变压器原、副线圈的电压、 电流关系和功率关系列式求解．有时利用逆运算解决电 能的输送问题往往比较方便，方法是先从负载的功率算 一 书 §１．１变压器 预习题纲 １．了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解互 感现象和变压器的工作原理． ２．理解理想变压器的匝数与电压和电流的关系，并 能用其解决基本问题． ３．理解理想变压器的功率关系，并能推导出原、副 线圈的电流关系． 课本预习 一、变压器的原理 １．变压器的构造 变压器由 和绕在铁芯上的两个线圈组 成，如图所示． （１）原线圈：与 连接的线圈，也叫 ． （２）副线圈：与 连接的线圈，也叫 ． ２．变压器的工作原理 变压器工作的基础是 现象．电流通过原线圈 时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变 化，铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈 中产生 ． ３．作用 改变交变电流的电压． ４．理想变压器 没有能量损失的变压器叫作 ．理想变压 器是一个 ． 二、电压与匝数的关系 １．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 之比，即 Ｕ１ Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ． ２．两类变压器 副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变 压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 变压器． ３．变压器的效率 变压器的 功率与 功率之比，叫作变压 器的效率． 变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗． 街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线 圈和一个副线圈，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什 么？ 提示：副线圈用较粗导线，因为副线圈中电流大于 原线圈的电流． 要点归纳 １．工作原理 ２．基本规律 （１）电压关系： Ｕ１ Ｕ２ ＝ ｎ１ ｎ２ ．当有 ｎ组线圈时，则有 Ｕ１ ｎ１ ＝ Ｕ２ ｎ２ ＝ Ｕ３ ｎ３ ＝…． （２）功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失， Ｐ入 ＝Ｐ出． （３）电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时， Ｉ１Ｕ１ ＝Ｉ２Ｕ２，得 Ｉ１ Ｉ２ ＝ Ｕ２ Ｕ１ ＝ ｎ２ ｎ１ ．当有多个副线圈时，Ｉ１Ｕ１ ＝Ｉ２Ｕ２＋Ｉ３Ｕ３＋…，得Ｉ１ｎ１ ＝Ｉ２ｎ２＋Ｉ３ｎ３＋…． ３．电压制约 当变压器原、副线圈的匝数之比 ｎ１ ｎ２ 一定时，输出电 压Ｕ２由输入电压Ｕ１决定，即Ｕ２ ＝ ｎ２Ｕ１ ｎ１ ． ４．电流制约 当变压器原、副线圈的匝数之比 ｎ１ ｎ２ 一定，且输入电 压Ｕ１确定时，原线圈中的电流 Ｉ１由副线圈中的输出电 流Ｉ２决定，即Ｉ１ ＝ ｎ２Ｉ２ ｎ１ ． ５．功率制约 理想变压器的功率Ｐ入 ＝Ｐ出，即变压器的输入功率 是由输出功率决定的． ６．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 （１）原、副线圈匝数之比不变，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→Ｐ２→Ｐ１→Ｉ１； （２）负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝 数之比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 ｎ１、ｎ２→Ｕ２→Ｉ２→Ｐ２→Ｐ１→Ｉ１． §１．１电能的输送述 预习题纲 １．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点． ２．