新高考物理一轮复习易错题练习—易错点27 变压器 电能的输送（含解析）.docVIP

易错点27变压器电能的输送

易错总结

一、变压器的原理电压与匝数的关系

1．变压器的构造

变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图1甲、乙所示．

图1

2．变压器的工作原理

(1)原理

互感现象是变压器工作的基础．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，所以铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流．

(2)原理图解

3．变压器原、副线圈中的电压关系

(1)只有一个副线圈：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)；

(2)有多个副线圈：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…

4．自耦变压器

铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图2所示．

图2

二、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．

三、降低输电损耗的两个途径

1．输电线上的功率损失：P＝I2r，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．

解题方法

一、理想变压器的制约关系和动态分析

1．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eq\f(n1,n2)一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝eq\f(n2U1,n1).

(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eq\f(n1,n2)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＝eq\f(n2I2,n1)(只有一个副线圈时)．

2．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

1．输电线上的电压损失(如图1)

图1

ΔU＝U－U′＝Ir＝eq\f(P,U)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＝eq\f(?ΔU?2,r)，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

(1)减小输电线的电阻r，根据r＝ρeq\f(L,S)，可减小电阻率ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也可增大导线的横截面积S，但过粗的导线会多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．

(2)减小输电电流I，根据I＝eq\f(P,U)，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的eq\f(1,n)，输电线上的功率损耗将降为原来的eq\f(1,n2).

三、解决远距离高压输电问题的基本方法

1．首先应画出远距离输电的电路图(如图2)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．

图2

2．理清三个回路：

回路1：P1＝U1I1

回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3

回路3：P4＝U4I4.

3．常用关系

(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.

(2)电压关系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4).

(3)电流关系：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，I2＝I线＝I3，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3).

(4)输电电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(ΔU,R线).

(5)输电线上损耗的电功率：

ΔP＝P2－P3＝I线2R线＝eq\f(?ΔU?2,R线)＝ΔU·I线．

(6)输电线上的电压损失：

ΔU＝I线R线＝U2－U3.

【易错跟踪训练】

1．（2021·全国高三专题练习）有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1140匝，副线圈是（）

A．1081匝 B．180