54变压器两课时教学目标一知识与技能1知道变压器的构造文档格式.docx

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两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：

（2）互感现象是变压器工作的基础。

在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。

这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。

如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。

副线圈两端的电压就是这样产生的。

所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。

变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？

下面我们通过实验来探究。

目的：

探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系

器材：

可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干

实验步骤：

（1）按图示电路连接电路

（2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=

n1，n1，2n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

（3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=

n2，n2，2n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

U1＝6V

实验次数

1

2

3

4

5

6

原线圈匝数n1

n1

n2

副线圈匝数n2

2n1

2n2

副线圈输出电压U2

结论

（4）总结实验现象，得出结论。

注意事项：

（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。

（2）注意人身安全。

只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V

（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。

2．电压与匝数的关系

电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。

所以，变压器工作时存在能量损失。

没有能量损失的变压器叫做理想变压器。

，只适用于理想变压器。

实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。

理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？

因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入

若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？

据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：

U2I2=U1I1则：

上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。

如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；

如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。

升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。

升压变压器，I2<

I1，降压变压器，I2>

I1。

在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？

降压变压器呢？

因为升压变压器，I2<

I1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。

降压变压器，I2>

I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。

课后请大家阅读教材42页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。

（三）课堂总结、点评

1．变压器主要由铁芯和线圈组成。

2．变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。

3．理想变压器：

没有能量损失的变压器，是理想化模型。

有

P输出=P输入

（四）实例探究

【例1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）

A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量变化率

【例2】如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（）

A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大

B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小

C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大

D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大

【例3】如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3.

（五）巩固练习

1．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）

A.负载电阻为0B.输出电流为0C.两端电压为0D.输出功率为0

2．理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（）

A.I2由I1决定B.U2与负载有关C.P1由P2决定D.U1由U2决定

3．一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍（）

A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍

C.负载电阻变为原来的2倍D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍

4．用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流

A．增加原线圈的匝数B．增加副线圈的匝数

C．减小负载电阻R的数值D．增加负载电阻R的数值

5．在图所示的电路中，理想变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（）

A.L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作

C.L1和L2中只有一个能正常工作

D.条件不足，无法判断

6．如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?

7．如图中所示，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为熔断电流为I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻，问：

（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的阻值应不小于多少?

变压器输出的电功率不能超过多少?

5．5电能的输送

1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。

2．知道降低输电损耗的两个途径。

3．了解电网供电的优点和意义。

（二）过程与方法

通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力

1．培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。

2．介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。

教学重点

找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。

理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。

自学讨论法、阅读法、讲解法。

教学手段：

多媒体课件

人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？

这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题

1．降低输电损耗的两个途径

（1）输送电能的基本要求是什么？

输送电能的基本要求是：

可靠、保质、经济。

可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。

保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。

经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。

（2）远距离大功率输电面临的困难是什么？

在输电线上有功率损失。

（3）输电线上功率损失的原因是什么？

功率损失的表达式是什么？

降低输电损耗的两个途径是什么？

由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。

这是输电线上功率损失的主要原因。

设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=I2r

根据功率损失的表达式ΔP=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：

其一是减小输电线的电阻；

其二是减小输电电流。

（4）如何减小输电线的电阻呢？

根据电阻定律可知r=ρ

，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：

①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。

太粗不可能，既不经济又架设困难。

（5）如何减小输电线中的电流呢？

阅读并回答教材44页“思考与讨论”中的问题。

在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。

（6）以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？

举例说明。

采用高压输电。

在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的

。

在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的

2．实际输电模型

大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？

而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？

在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压。

投影片展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。

如下图所示。

（注：

输电电压指图中U2，输电电流指图中I2）

设发电机的输出功率为P，则功率损失为ΔP=I22R

用户得到的功率为P用=P-ΔP.

输电线路上的电压损失为：

ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU.

目前，我国常用的远距离输电采用的电压有110kV、220kV、330kV，输电干线采用500kV的超高压，西北电网正在建设750kV的线路。

【例题】某交流发电机输出功率为5×

10.5W，输出电压为U=1.0×

10.3V，假如输电线的总电阻R=10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380V.

（1）画出输电线路的示意图（下图）。

（标明各部分的符号）

（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？

（使用的变压器是理想变压器）。

思考：

是不是输电电压越高越好？

为什么？

不是。

电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。

实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。

3．电网供电

采用电网供电的优点是什么？

可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。

同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。

1．降低输电损耗的两个途径：

减小线路电阻和减小输电电流。

减小输电电流是最有效的途径。

远距离输电线路上，P损=I2r=

，其中（I=

）。

采用高压输电可以达到减小输电电流的目的。

2．电网供电的优点

（四）巩固练习

1．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则（）

A．输电线上的电流变为原来的n倍B．输电线上的电压损失变为原来的1/n2

C．输电线上的电功率损失变为原来的1/n

D．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍

2．下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（）

A．由P=

知，应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗

B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗

C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗

D．以上说法均不正确

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

A．

B．

C．I2RD．I（U1-U2）

4.某小型水电站发电机输出的电功率为100kW，输出电压250V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？

（理想变压器）

交变电流单元复习

一、知识梳理

1．交变电流的产生：

线圈在匀强磁场中绕_______于磁场的轴匀速转动，产生按_______规律变化的电流。

线圈转至中性面时，穿过线圈的磁通量______，而感应电动势________。

2．表征交变电流的物理量：

周期T，频率f，关系_________；

峰值：

Em、Im、Um；

有效值：

E、I、U

3．正弦交变电流的变化规律：

瞬时值表达：

e=______________，i=______________，u=____________

Em=__________；

正弦交变电流有效值与峰值的关系：

E=__________，I=____________，U=_____________

4．电感电容对交变电流的影响：

电感作用：

________________________；

电容作用：

________________________

5．理想变压器：

原理：

______________；

原副线圈输入输出功率的关系：

__________；

电压与匝数的关系：

_________；

电流与匝数的关系：

只有一个副线圈时，___________；

有多个副线圈时，________________

6．远距离输电：

导线上的功率损失

_________________；

导线上的电压损失

______________

二、专题讲练

专题一交变电流的四值

交变电流的四值是指：

瞬时值、峰值、有效值、平均值

1、瞬时值：

反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：

，

应当注意必须从中性面开始。

生活中用的市电电压为220V，其峰值为______V，频率为____HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=__________V。

针对练习1、有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60

V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？

针对练习2、交流发电机的线圈从平行磁场的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°

时交流电压的瞬时值为_________V。

2．峰值：

它是瞬时值的_____值，它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，

______（转轴垂直于磁感线）。

电容器接在交流电路中，则交变电压的峰值不能超过电容器的耐压值。

针对练习3、一只氖管的起辉电压为50V，把它接在u=50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为（）

A．0.02sB．0.01sC．0.015sD．0.005s

3、有效值：

交变电流的有效值是根据电流的______规定的：

让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的____相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。

正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：

_______，

_________

对于非正弦交变电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。

通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指________。

用电器上所标电压、电流值也是指______。

在计算交变电流通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用_________。

针对练习4、通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。

求该交变电流的有效值I。

4、平均值：

它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。

其量值可用法拉第电磁感应定律

·

来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有

计算平均值切忌用算术平均法即

求解。

平均值不等于有效值。

针对练习5、如图所示，求线圈由图示位置转过60°

角的过程中，通过线圈某一横截面的电量。

针对练习6、交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。

当线圈由图中实线位置匀速转动90°

到达虚线位置过程中，求：

⑴通过R的电荷量q为多少？

⑵R上产生电热QR为多少？

⑶外力做的功W为多少？

专题二感抗和容抗（统称电抗）

1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。

2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。

针对练习7、左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。

左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；

右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。

那么C1、C2中哪个该用大电容？

哪个该用小电容？

针对练习8、对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）

A．双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大

B．双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大

C．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大

D．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小

专题三理想变压器

1．理想变压器的电压变化规律为U1/U2＝________

2．输入输出功率关系：

________

3．只有一个副线圈的理想变压器的电流变化规律I1/I2＝__________

4．变压器的电压决定电压；

电流决定电流；

功率决定功率

针对练习9、理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。

n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。

针对练习10、在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。

如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是（）

针对练习11、如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?

针对练习12、如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则

A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大

B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小

C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大

D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大

专题四远距离输电

远距离输电的示意图如图所示：

包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。

并按照规范在图中标出相应的物理量符号。

一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1′,n2、n2′，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。

从图中应该看出功率之间的关系是：

P1=P1′，P2=P2′，P1′=Pr=P2。

电压之间的关系是：

电流之间的关系是：

可见其中电流之间的关系最简单，

中只要知道一个，另两个总和它相等。

因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。

输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。

分析和计算时都必须用

，而不能用

针对练习13、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。

有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。

求：

⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r。

⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？

针对练习14、发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：

（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.

（2）画出此输电线路的示意图.

（3）用户得到的电功率是多少？

针对练习15、学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R=4Ω，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：

⑴发电机的输出功率多大？

⑵发电机的电动势多大？

⑶输电线上损耗的电功率多大？