第二节变压器
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道变压器的构造，了解变压器的工作原理；
（2）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。
2、过程与方法:在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。
3、情感态度与价值观
（1）使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的；
（2）培养学生实事求是的科学态度。
教学重点：探究变压比和匝数比的关系。
教学难点：探究变压比和匝数比的关系。
教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。
教学手段：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡。
教学过程：
（一）引入新课
在实际应用中，常常需要改变交流的电压。大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电
电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。
（二）进行新课
1、变压器的原理
思考与讨论：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
问题1：两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？
答：当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。 变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。
一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。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。 变压器的结构示意图和符号，如下图所示：
互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U 1，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。
问题2：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n 1不变，分别取副线圈匝数n 2=21
n 1，n 1，2 n 1，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n 2不变，分别取原线圈匝数n 1=2
1
n 2，n 2，2 n 2，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。 1实验次数
1
2
3
4
5
6
原线圈匝
数n 1 n 1
n 1 n 1
n 2 n 2 n 2
副线圈匝数n 2
21n 1 n 1
2 n 1
2
1n 2 n 2
2 n 2
副线圈输
出电压U 2
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。
答：电压与匝数的关系
2
1
2
1n n U
U =
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。
2
1
2
1n n U
U =
，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。
问题3：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？ 答：因为理想变压器没有能量损失，所以P 出=P 入
问题4：若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I 1与I 2有什么关系？ 据P 出=U 2I 2，P 入=U 1I 1及P 出=P 入得：U 2I 2=U 1I 1 则：
1
2
1221n n U U I I == 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 n 2＞n 1，降压变压器 n 2＜n 1。升压变压器，I 2I 1。
问题5：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？ 答：因为升压变压器，I 2I 1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。
三、几种常用的变压器 1．自耦变压器
（1）自耦变压器的示意图如图17－4－2所示．
图17－4－2
（2）特点：铁芯上只绕有一个线圈．
（3）用途：可升高电压，也可降低电压．如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图17－4－2甲）；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图17－4－2乙）．
2．调压变压器
（1）构造：线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上，如图17－4－3所示．
图17－4－3
（2）变压方法：AB 之间加上输入电压U 1，移动滑动触头P 的位置就可以调节输出电压U 2．
3．互感器
（1）用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流． （2）分类： ①电压互感器
如图17－4－4所示，用来把高电压变成低电压．它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表．根据电压表测得的电压U 2和铭牌上注明的变压比（U 1/U 2），可以算出高压电路中的电压．为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地．
图17－4－4 图17－4－5
②电流互感器
如图17－4－5所示，用来把大电流变成小电流．它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表．根据电流表测得的电流I 2和铭牌上注明的变流比（I 1/I 2）可以算出被测电路中的电流．如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地．
问题全解
问题1：变压比、变流比公式的适用范围．
理想变压器各线圈两端电压与匝数成正比的关系式
21
21n n U U =，不仅适用于原、副线圈只有
一个的情况．而且适用于有多个副线圈的情况．这是因为理想变压器的磁通量是全部集中在铁芯内的，因此穿过每组线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比．在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压就等于线圈中产生的电动势，
故每组线圈两端电压都与匝数成正比．可见公式2
1
21n n
U U =是普遍适用的关系式，既适用于原、
副线圈间电压的计算．也适用于任意的两个副线圈间电压的计算，但理想变压器原、副线
圈中电流与匝数成反比的关系式
12
21n n I I =只适用于原、副线圈各有一个的情况，一旦有两个或
多个副线圈时，该关系式便不适用．这种情况下，可应用理想变压器输入功率和输出功率
相等的关系列出关系式U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋U n I n来确定电流间的关系．
问题2：变压器能否改变直流电压？
变压器是利用电磁感应原理来改变电压的装置．要产生感应电动势，必有磁通量发生变化．当原线圈加上交流电时，原线圈产生的交变的磁通量通过副线圈时就产生感应电动势；若原线圈中通以恒定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了．
但是，若在原线圈中通以方向不变而大小变化的脉冲电流，同样也可以达到变压的目的．汽车、摩托车就是内设一个特殊开关，产生脉冲电流送入变压器中，获得高电压来提供汽油机的点火电压的．
问题3：变压器与滑动变阻器变压的不同．
变压器的工作原理是电磁感应，一般应接交流，能使交流电压升高或降低．滑动变阻器工作原理是串联电阻分压，可接交流或直流，但只能使电压降低．
问题4：原、副线圈用粗细不同导线绕制的原因．
变压器由两个线圈组成：一个为原线圈，另一个为副线圈．这两个线圈的电压不同．作为高压线圈的匝数多、通过的电流小，根据焦耳定律和节材原则，应用较细的导线绕制；作为低压线圈的匝数少、通过的电流大，根据焦耳定律和节能原则，应当用较粗的导线绕制．因此，我们打开变压器时看到两个线圈粗细不同，用粗导线绕制的线圈为低压线圈，用细导线绕制的线圈为高压线圈．
问题5：变压器能否改变交流电的频率？
对变压器，当加在原线圈上的交变电压发生一个周期变化时，原线圈中的交变电流就发生一个周期变化，铁芯中产生的交变磁通量也发生一个周期变化，副线圈中产生的交变电动势（电压）也发生一个周期变化，因此，变压器只能改变交流电的电压及电流，不能改变交流电的频率．
问题6：变压器是否一定能改变交流电的电压？
变压器要工作，必须穿过副线圈的磁通量发生变化．如果穿过副线圈的磁通量不变，则变压器不能工作（变压）．
如图17－4－6所示，原线圈导线采用“双线绕法”．（1）若b、d相接，a、c作为电压输入端，两线圈中形成的磁通量任何时刻方向相反，若彼此作用互相抵消，穿过的磁通量为零，没有电磁感应现象，此时，“交流不变压”．（2）b、c相接，a、b作为输入端，两线圈中形成的磁通量方向相同，作用相互加强，此时两线圈的效果相当于一个匝数为两线圈匝数之和的单个线圈，能变压．（3）若a、c相接，b、d相接后分别接上交流电源，相当于两匝数相等（仅讨论此情况）的线圈并联，电压跟匝数的关系与单个线圈相同（对副线圈同理可讨论）．
图17－4－6
综上分析：变压器不一定都能改变交流电的电压．
例题 1.输送10kw的电功率，采用400V的电压输电，线路的电阻为10欧姆，求：线路损失的电压和功率，用户得到的电压和功率是多
少？
例题2、输送10kw,400v的交流电，采用10KV的高压输电，线路的电阻为10欧姆，求：（1）升压变压器的匝数比。（2）如果降压变压器的匝数比为45:1那么，线路损失的电压和功率，用户得到的电压和功率为多少？
例题3、有一台阻止为1欧姆的发电机，供给给一学校照明用电，如图所示。生压变压器原。副线圈匝数比为为4:1，输电线的总电阻为4欧姆。全校共有22个班，每班有“220V，40W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则：
（1）发电机的电动势为多大？
（2）发电机的输出功率为多大？
（3）输电效率为多少？
2、实例探究
理想变压器基本规律
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
理想变压器的综合应用
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。
5、巩固练习
1、理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6 V的电池上，则副线圈两端电压（）
A.36 V
B.6 V
C.1 V
D.0 V
2、当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）
A.负载电阻为0
B.输出电流为0
C.两端电压为0
D.输出功率为0
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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U B为多少?
8、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=220 V，F为熔断电流为I0=1。0 A的保险丝，负载为一可变电阻。
（1）当电阻R=100 Ω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？
第三节电能的远距离传输
三维教学目标
1、知识与技能
（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。
2、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。
3、情感、态度与价值观
（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。教学难点：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。
教学方法：自学讨论法、阅读法、讲解法。
教学手段：多媒体课件
（一）引入新课
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，思考问题。
（二）进行新课
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
S
l
，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49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
2
1
。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4
1
。
（7）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。
设发电机的输出功率为P ，则功率损失为 ΔP =I 22
R ，用户得到的功率为P 用=P -ΔP ，输电线路上的电压损失为：ΔU =I 2R ，则U 3=U 2-ΔU 。
（8）目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？ 有110 kV 、220 kV 、330 kV ，输电干线采用500 kV 的超高压，西北电网正在建设750kV 的线路。
（9）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。
2、电网供电
（1）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。 例 某交流发电机输出功率为5×10。5 W ，输出电压为U =1。0×10。3 V ，假如输电线的总电阻R=10 Ω，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 =380 V 。
（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）
3、课堂总结、点评
通过本节学习，主要学习以下问题：
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=I 2
r=
r
U
2损
，其中（I =
U
P 总）。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。
4、实例探究 高压输电的优点
例1、远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV 线路。采用高压输电的优点是 （ ）
A.可节省输电线的铜材料
B.可根据需要调节交流电的频率
C.可减少输电线上的能量损耗
D.可加快输电的速度
远距离输电的过程
例2、某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW ，输出电压 250 V ，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8 Ω，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220 V 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）
5、巩固练习
1、在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是 （ ） A.使输电线粗一些 B.减短输电线长度 C.减少通电时间 D.采用高压输电
2、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，则下列说法中正确的是 （ ）
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/n 2
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n 2
倍
3、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.因为热功率P =
R
U 2
，所以应降低输送电压，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 =I 2
R ，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
4、发电厂发电机的输出电压为U 1，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U 2，则输电导线上损耗的功率可表示为 （ ） A.
R
U 21
B.R
U U 221)( C.I 2R D.I （U 1-U 2）
微型专题5 变压器的动态分析 远距离输电 一、选择题 考点一 变压器电路的动态分析 1.如图1所示，理想变压器原线圈输入电压u ＝U m sin ωt ，副线圈电路中R 0为定值电阻，R 是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U 1和U 2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I 1和I 2表示.下列说法正确的是( ) 图1 A.I 1和I 2表示电流的平均值 B.U 1和U 2表示电压的最大值 C.滑片P 向下滑动过程中，U 2不变、I 1变大 D.滑片P 向下滑动过程中，U 2变小、I 2变大 答案 C 解析 电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A 、B 错误.根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1 U 1， U 1不变，U 2不变，滑片P 向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，由闭合回路欧姆定律知I 2变大，根据I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2 n 1 I 2，I 1变大，故C 正确，D 错误. 2.(多选)为保证用户电压稳定在220 V ，变电所需适时进行调压，图2甲为变压器示意图.保持输入电压u 1不变，当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压.某次检测得到用户电压u 2随时间t 变化的曲线如图乙所示.以下说法正确的是( ) 图2 A.u 2＝1902sin (50πt ) V B.u 2＝1902sin (100πt ) V
C.为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当下移 D.为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当上移 答案 BD 解析 由电压u 2随时间t 变化的曲线可知，用户电压的最大值是190 2 V ，周期是2×10－2 s ，所以u 2＝1902sin (100πt ) V ，A 错误，B 正确；根据n 1n 2＝U 1 U 2 ，n 1减小，U 2增大，因此为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当上移，C 错误，D 正确. 3.如图3所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为 R 的输电线对用电器供电，设两个灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的滑片P 向N 移动，会出现的现象是( ) 图3 A.电流表的示数变大，灯泡L 1、L 2均变暗 B.电流表的示数变小，灯泡L 1、L 2均变暗 C.电流表的示数变大，灯泡L 1变亮，L 2变暗 D.电流表的示数不变，灯泡L 1变暗，L 2变亮 答案 C 解析 副线圈输出电压不变，滑动变阻器的滑片P 向N 移动的过程中，并联部分电阻减小，副线圈中的电流增大，但因为灯泡L 2两端的电压减小，所以通过灯泡L 2的电流减小，又因为总电流增大，所以通过灯泡L 1的电流增大，即灯泡L 1变亮，灯泡L 2变暗.副线圈上的电流增大，根据I 1＝n 2n 1 I 2可知，输入电流变大，电流表的示数变大. 4.(多选)如图4所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线的等效电阻为R .开始时，开关S 断开.当开关S 接通时，以下说法中正确的是 ( ) 图4 A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小 B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压增大 C.通过灯泡L 1的电流减小
2019-2020学年高中物理第二章交变电流第7节远距离输电教案粤教 版选修3 本节教材分析 三维目标 一、知识目标 1、知道“便于远距离输送”是电能的优点之一．知道输电的过程．了解远距离输电的原理． 2、理解各个物理量的概念及相互关系． 3、充分理解；；中的物理量的对应关系． 4、知道什么是输电导线上的功率和电压损失和如何减少功率和电压损失. 5、理解为什么远距离输电要用高压. 二、能力目标 1、培养学生的阅读和自学能力． 2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的思考． 3、通过远距离输电原理分析，具体计算及实验验证的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算和实验． 三、情感目标 1、通过对我国远距离输电挂图展示，结合我国行政村村村通电报导及个别违法分子偷盗电线造成严重后果的现象的介绍，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民． 2、教育学生节约用电，养成勤俭节约的好习惯． 教学重点 (1)理论分析如何减少输电过程的电能损失。 (2)远距离输电的原理。 教学难点 远距离输电原理图的理解。 教学建议
1、对于电路上的功率损失，可根据学生的实际情况，引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论． 2、讲解电路上的电压损失，是本教材新增加的．目的是希望学生对输电问题有更全面、更深人和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面．但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深人讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析．教学中要注意掌握好分寸． 3、学生常常容易将导线上的电压损失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论．可引导学生进行讨论，澄清认识．这里要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，形快而实慢． 4、课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好．希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法．新课导入设计 导入一 幻灯显示 ①为什么要进行远距离输电？ ②输电过程主要考虑什么问题？ ③为什么输电过程有电能损失？ ④减少电能损失有什么方法，各适用于什么情况？ 在学生个别提问相互补充的基础上完整答案如下 ①由于电站、电厂利用能源的特殊性，它发出的电常常要输送给距离甚远的用户。 ②在输电过程中输送效率的高低成了我们的首要问题，当然是效率越高越好。 ③由于输电导线有电阻，且又有电流通过，根据焦耳定律Q＝I2Rt输电过程中必有一部分电能转化为内能，显然这种损耗越小，输送的效率就越高。 导入二 讲述：前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机我们可以大量地生产电能．比如，葛洲坝电站通过发电机把水的机械能为电能，发电功率可达271.5万千瓦，这么多的电能当然要输到用电的地方去，今天，我们就来学习输送电能的有关知识．
1 远距离输电问题的处理思路及基本关系 1．远距离输电的处理思路 对高压输电问题，正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量．按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析． 2．远距离高压输电的几个基本关系(以图1为例 ) 图1 (1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P 损＋P3. (2)电压、电流关系：U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3，U2＝ΔU ＋U3，I2＝I3＝I 线． (3)输电电流：I 线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R 线 . (4)输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线·ΔU ＝I2线R 线＝(P2U2)2R 线． 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的1n2 . 对点例题 发电机输出功率为100 kW ，输出电压是250 V ，用户需要的电压是220 V ，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)画出此输电线路的示意图； (2)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比； (3)用户得到的电功率是多少？ 解题指导 (1)输电线路的示意图如图所示， (2)输电线损耗的功率P 线＝100×4% kW ＝4 kW ， 又P 线＝I22R 线 所以输电线电流I2＝I3＝ P 线R 线 ＝20 A 原线圈中输入电流I1＝P U1＝100 000250 A ＝400 A 所以n1n2＝I2I1＝20400＝120 这样U2＝U1n2n1＝250×20 V ＝5 000 V U3＝U2－U 线＝5 000 －20×10 V ＝4 800 V
专题复习：远距离输电电路的分析与计算 适用学科物理适用年级高二 适用区域人教版课时时长（分钟）60分钟 知识点1.高压输电 2.远距离输电线路的基本构成 教学目标一．知识与技能 1. 了解交变电流从变电站到用户的输电过程． 2．知道远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理．3．知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算二．过程与方法 通过高压输电的计算分析，掌握电能损失和计算
三．情感态度价值观 通过高压输电的计算，体验电能转化为内能的思想教学重点远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关 教学难点对简单的远距离输电线路进行定量计算
教学过程 一、复习预习 理想变压器的特点及规律 1．理想变压器的特点 2．电动势关系 3．电压关系 4．功率关系 5．电流关系 理想变压器的制约关系和动态分析 1．电压制约 2 . 电流制约 3．负载制约4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
二、知识讲解 课程引入： 电能从发电厂到远方用户的传输过程，可用下图表示，其中r表示输电线的总电阻，I表示输电线上的电流．用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？
考点/易错点1 输电线上的电压损失和功率损失 1．输电电流 输电电压为U ，输电功率为P ，则输电电流I ＝P U . 2．电压损失 输电线始端电压U 与输电线末端电压U ′的差值． ΔU ＝U －U ′＝IR. 3．功率损失 远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率 (1)ΔP ＝I 2R (2)ΔP ＝I ΔU (3)ΔP ＝ΔU 2R
交变电流远距离输电 1．一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中下列哪个物理量不一定相等的是( ) A．交变电流的频率B．电流的有效值 C．电功率D．磁通量的变化率 2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( ) A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1 B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1 D．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1 3．(2012·高考海南卷)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12 V、 6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端，当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和 电流表(可视为理想的)的示数分别是( ) A．120 V,0.10 A B．240 V,0.025 A C．120 V,0.05 A D．240 V,0.05 A 4．(2012·高考重庆卷)如图所示，理想变压器的原线圈接入u＝11 0002sin 100πt(V)的交变电压，副线圈通过电阻r＝6 Ω的导线对“220 V、880 W”的电器R L供电，该电器正常工作．由此可知( ) A．原、副线圈的匝数比为50∶1 B．交变电压的频率为100 Hz C．副线圈中电流的有效值为4 A D．变压器的输入功率为880 W 5．(2011·高考福建卷)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1， 电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接 正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭 合，此时L2正常发光．下列说法正确的是( ) A．输入电压u的表达式u＝202sin (50πt) V B．只断开S2后，L1、L2均正常发光 C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W 6．(2013·江苏南京市模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶ 1，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R＝10 Ω， 其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则 下列说法中正确的是( ) A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 V B．当单刀双掷开关与a连接且t＝0.01 s时，电流表示数为零 C．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大 D．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25 Hz 7．(2013·海淀区期末)如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器 T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和 输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电 压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的
远距离输电 1．利用如图13-10所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2=1∶100，交流电流表A 的示数是50 mA ，则 A.被测电路的电流有效值为0.5 A B.被测电路的电流平均值为0.5 A C.被测电路的电流最大值为A 25 D.原副线圈中的电流同时达到最大值 2.如图所示,把电阻R 、电感线圈L 、电容器C 分别串联一个灯泡后并联在电路中.接入交流电源后，三盏灯亮度相同.若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，则下列判 断正确的是( ) A.灯泡L1将变暗 B.灯泡L2将变暗 C.灯泡L3将变暗 D.灯泡亮度都不变 3.在电能输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一定，则在输电线上损耗的电功率 A ．和输送电线上电压的平方成反比 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 ．和输送电流成正比 4.远距离输送交流电都采用高压输电．我国正在研究用比330 k V 高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是( )． A ．可节省输电线的材料 B ．可根据需要调节交流电的频率 C ．可减小输电线上的能量损失 D ．可加快输电的速度 5．关于远距离输电，下列表述正确的是( )． A ．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B ．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C ．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D ．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 6.某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P 0，输电电压为U ，输电导线的总电阻为R 线．则下列说法正确的是( )． A ．输电线上的电流I ＝U R B ．输电线上的电流I ＝P 0U C ．输电线上损失的功率P ＝? ?? ??P 0U 2·R 线 D ．输电线上损失的功率P ＝U 2R 线 7.一个小水电站，输出的电功率为20 kW ，输电线总电阻为0.5 Ω，如果先用400 V 电压输送，后又改用2 000 V 电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是( )． A ．减少50 W B ．减少1 200 W C ．减少7.68×106 W D ．增大7.68×106 W 8.如图所示为远距离输电线路的示意图：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是A ．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B ．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定 C ．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大 D ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 9.某发电厂原来用电压为U 1的交流电输电，后改用变压比为1∶50的升压器将电压升高为U 2后输电，输送的电功率保持不变．若输电线路的电阻为R 线，则下列说法中正确的是( )． A ．由公式I ＝P U 2可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的150 B ．由公式I ＝U 2R 线 可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍
《交变电流，远距离输电教学案例评析》案例评析 王守玉 这次培训对我来说是锻炼与提升的机会，我学到了许多东西，它让我品尝着教学案例与评价带给我的那份收获与思考。教学的成败得失，感受最深的有以下几个方面： 一、深刻理解课标要求，把握上课精神。要上好一节课，首先要认真去学习、领悟上课理念，只有这样上课才能更有科学性、实效性和针对性。一节成功的物理课应该具备“新”“趣”“活”“实”等特点 二、在业务上教师要加强自身修养，强化教育理论和专业知识的学习，及时更新自己的知识存量，增强自身课前准备的体会。高中教师应当切实了解学生已经掌握了那些知识，认真分析学生已有的知识水平，选择恰当的教学方法，达到使学生把旧知识同化成新知识的目的。 三、新课程背景下的教学策略，要以学生为主老师为辅，多做实验，在实验中与学生共同探讨出结论，如课例中的“交流电实验”教学于实验相结合，配合相应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点及其规律。 四、教学手段的选择。师生互动是组织教学的手段之一，是一种不可忽视的启发式教学手段。它的好处是使学生本来处于被动地接受知识的局面得到改变。全体学生关注的目标从教师的位置转移到回答
疑问的学生身上，并且，教师的设置疑问如果恰到好处，必然会引起学生的兴趣，提高学生大脑兴奋程度。例如实验中教师通过引导学生画图分析交变电流变化一个周期，电流变化规律，在教学的过程中不断的向学生渗透物理的分析思维方法。 总得来说，通过这次培训听了《交流电远距离输电》的案例，它丰富了我的教学经验和教学方法，给我的教学工作带来了很大的帮助。若以后能多有这一些培训，可以选择多样的课题，丰富我们老师的教学经验，或者请优秀教师开公开课，让我们听课者评课，大家互相探讨，这样觉得更有意义，更有价值。
45讲 理想变压器远距离输电 【教学目标】 1.理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算. 2.能够对变压器进行动态分析. 3.会分析计算远距离输电问题． 【教学过程】 ★重难点一、理想变压器基本关系的理解及应用★ 1.理想变压器基本关系的理解及应用 (1)电压：变压器原、副线圈的电压之比为U2U1＝n2n1；当变压器有多个副线圈时，n1U1＝n2U2＝n3 U3＝…。 (2)功率：理想变压器的输入、输出功率为P 入＝P 出，当变压器有多个副线圈时，P 1＝P 2＋P 3＋…。 (3)电流：由I ＝U P 知，对只有一个副线圈的变压器有I2I1＝n1n2，当变压器有多个副线圈时有n 1I 1 ＝n 2I 2＋n 3I 3＋…。 3.关于理想变压器的四点注意 (1)变压器不能改变恒定电流。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量，所以没有能量损失。 (4)理想变压器没有磁通量损失，磁通量全部集中在铁芯中。
【典型例题】一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V 的正弦交流电源上，如图1021所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U ，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k ，则 ( ) A ．U ＝66 V ，k ＝91 B ．U ＝22 V ，k ＝91 C ．U ＝66 V ，k ＝31 D ．U ＝22 V ，k ＝31 【答案】 A 【解析】 设原、副线圈中的电流分别为I 1、I 2，则I2I1＝n1n2＝31，故k ＝I22R I12R ＝91。设原线圈两 端的电压为U 1，则U U1＝n2n1＝13，故U 1＝3U ，而原线圈上电阻分担的电压为31U ，故3U ＋3U ＝ 220 V ，解得U ＝66 V 。选项A 正确。 ★重难点二、理想变压器的动态分析★ 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。 1．匝数比不变的情况(如图所示) (1)U 1不变，根据U2U1＝n2n1，输入电压U 1决定输出电压U 2，可以得出不论负载电阻R 如何变 化，U 2不变。 (2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，根据输出电流I 2决定输入电流I 1，可以判断I 1的变化。 (3)I 2变化引起P 2变化，根据P 1＝P 2，可以判断P 1的变化。 2．负载电阻不变的情况(如图所示)
远距离输电 前面我们学习了电磁感应现象和交流电发电机，我们就可以大量地生产电能，以供民用和企业生产使用。 比如，葛洲坝电站通过发电机把水的机械能转化为电能，发电功率可达271.5万千瓦。可这么多的电能当然要输到用电的地方去，下面我们来研究电能的输送有关知识。 电能的输送 问题：发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？ 如：葛洲坝电站发出的电是怎样输送到武汉、上海等地的呢？ 答案是，通过电线输送的。而且是，通过架设很高的（考虑危险性）、很粗的高压电线输送的，这是为什么呢？ 因为电能的输送电能损失很大。电能为何损失呢？ 电能的输送电能损失 如果不考虑升压变压器与降压变压器的使用，电能按照发电厂的电压进行输送，那么，最基本的输送电能模式如图所示：
由于发电厂和用电端距离很远，比如陕北榆林发电供京津冀地区使用，线路特别长。我们根据电阻与电阻率关系式： 可知，总的电阻非常大，因此会有很大的能量（功率）损失，转化为电线上的焦耳热。 不难得出损耗的功率为： 根据欧姆定律可知，输电线上还会有很大的电压降低。 输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电阻大不能忽略。 电流通过很长的导线要发出大量的热，如：河南平顶山至湖北武昌的高压输电线电阻约400欧，如果通的电流是100安，每秒钟导线发热就是400万焦耳。这些热都散失到大气中，白白损失了电能。所以，输电时，必须设法减小导线发热损失。 为什么采用高压输电 问题：如何减小导线发热（能量消耗）呢？
由焦耳定律的公式Q=I2Rt，减小发热Q有以下三种方法： 一是减小输电时间t， 二是减小输电线电阻R， 三是减小输电电流I。 哪种方法能被实际使用呢？第一种方法等于停电，没有实际价值。第二种方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。适用的超导材料还没有研究出来。排除了前面两种方法，就只能考虑第三种方法了。 从焦耳定律公式Q=I2Rt可以看出，第三种办法是很有效的：电流减小一半，损失的电能就降为原来的四分之一。通过后面的学习，我们将会看到这种办法也是很可行的。 因此，减小电能的损失，必须减小输电电流。 但从另一方面讲，输电就是要输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义。 怎样才能满足上述两个要求呢？根据公式P=UI，要使输电电流I减小，而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。 所以说通过高压输电可以保证在输送功率不变，减小输电电流来减小输送电的电能损失。输送电能流程
3.4变压器3.5高压输电 教学目标：1.进一步理解变压器原理及规律.2.熟练应用变压器原、副线圈的决定因素解决动态分析问题.3.熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题． 重点：进一步理解变压器原理及规律 难点：熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题 教学过程： 基础点 知识点1 理想变压器 1．构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 (1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。 2．原理：电流磁效应、电磁感应。 3．理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：P 入＝P 出。 (2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2 ，若n 1＞n 2，为降压变压器； 若n 1＜n 2，为升压变压器。 (3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1 ；有多个副线圈时仍有P 入＝P 出，据P ＝UI 可推出，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n ，n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…＋n n I n 。 (4)频率关系：不变。 4．几种常用的变压器 (1)自耦变压器——调压变压器，如图A 、B 所示。
(2)互感器????? 电压互感器：把高电压变成低电压， 如图C 所示。电流互感器：把大电流变成小电流， 如图D 所示。 知识点2 远距离输电 1．减少输电电能损失的两种方法 (1)理论依据：P 损＝I 2R 。 (2)减小输电线的电阻：根据电阻定律R ＝ρl S ，要减小输电线的电阻R ，在保证输电 距离情况下，可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法。 (3)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据P ＝UI ，要减小电流，必须提高输电电压。 2．输电过程示意图 3．输电电流 (1)I ＝P U ；(2)I ＝U －U ′R 。 4．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q ＝I 2Rt 。 5．电压损失 (1)ΔU ＝U －U ′；(2)ΔU ＝IR 。 6．功率损失 (1)ΔP ＝P －P ′；(2)ΔP ＝I 2R ＝??? ?P U 2R 。 重难点 一、理想变压器原理和基本关系 1．变压器的工作原理 2．理想变压器的基本关系
高中物理 【变压器 远距离输电】典型题 1．如图所示，半径为L ＝1 m 的金属圆环，其半径Oa 是铜棒，两者电阻均不计且接触良好．今让Oa 以圆心O 为轴，以角速度ω＝10 rad/s 匀速转动，圆环处于垂直于环面、磁感应强度为B ＝2 T 的匀强磁场中．从圆心O 引出导线，从圆环上接出导线，并接到匝数比为n 1∶n 2＝1∶4的理想变压器原线圈两端．则接在副线圈两端的理想电压表的示数为 ( ) A ．40 V B ．20 V C ．80 V D ．0 解析：选D ．由于Oa 以圆心O 为轴，以角速度ω＝10 rad/s 匀速转动，产生恒定的感应电动势，变压器铁芯中磁通量不变，接在副线圈两端的理想电压表的示数为0，选项D 正确． 2.在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝22∶1，原线圈接u 1＝2202sin 100πt (V)的交变电流，电阻R ＝10 Ω，电流表、电压表均为理想电表，则( ) A ．电压表的读数为10 2 V B ．电流表的读数为22 A C ．电阻R 消耗的功率为10 2 W D ．变压器的输入功率为10 W 解析：选D ．输入电压的有效值为U 1＝E m 2 ＝220 V ，根据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝10 V ，故选项A 错误；电流表的示数为I 2＝U 2R ＝1 A ，故选项B 错误；电阻消耗的功率为P 2＝U 2I 2＝10 W ，故选项C 错误；理想变压器的输入电功率等于副线圈回路负载消耗功率，故选项D 正确． 3.如图所示，理想变压器原、副线圈中分别接有电阻R 1、R 2，R 1＝R 2＝10 Ω，原、副
高二物理《远距离输电》天天练2012/3/9 1．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，输电线末端的电压为U2，下面选项表示输电导线上损耗的功率的是() A.U12 R B. (U1－U2)2 R C．I2R D．I(U1－U2) 2．关于电能输送的以下分析，正确的是() A．由公式P＝U2/R知，输电电压越高，输电线上功率损失越少 B．由公式P＝U2/R知，输电导线电阻越大，输电线上功率损失越少 C．由公式P＝I2R知，输电电流越大，输电导线上功率损失越大 D．由公式P＝UI知，输电导线上的功率损失与电流成正比 3．远距离输电线路的示意图如图所示．若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是 A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定 C．当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大 D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 4．远距离输电，原来用电压U0输电，在输电线上损失的电功率为P0，现在要使输电线上损失的电功率减小到原来的1/10，则输电电压应为() A．100 U0 B.10U0 C．U0/10 D．U0/100 5．一台交流发电机产生u＝220·sin 100πt V的交流电压，其内阻不计，经过变压器变压后通过总电阻r＝2 Ω的长导线给彩灯供电，如 图所示.60只彩色小灯泡并联在电路中，每 只灯泡都是“6 V,0.25 W”，灯泡均正常 发光．(其余电阻不计) 试求：(1)发电机的输出功率； (2)降压变压器原、副线圈匝数比；
电能的输送 一、教学目标 1?了解远距离输电的原理 2. 理解U 输、U 线、U 用、P 输、P 线、P 用、I 输、I 线、I 用 概念及相互关系。 二、重点、难点、疑点及解决办法 1. 重点 （1） 理论分析如何减少输电过程的电能损失。 （2） 远距离输电的原理。 2. 难点 远距离输电原理图的理解。 彬”“。”] 3. 疑点 P = U p =UI P = I 2 R 的对应关系理解 R 4. 解决办法 通过自学、教师讲解、例题分析、实验演示来逐步突破重点、难点、疑点。 三、 教具准备 可拆式变压器（2台）、导线若干（其中两根阻值约与小电珠相等 ）、小电珠（2 . 5V 、0.3A ）、 学生电源 四、 教学步骤 1.布置学生进行课前预习， 并事先给出预习过程应解决的问题 幻灯显示 ① 为什么要进行远距离输电？ ② 输电过程主要考虑什么问题？ ③ 为什么输电过程有电能损失？ ④ 减少电能损失有什么方法，各适用于什么情况？ 在学生个别提问相互补充的基础上完整答案如下 ① 由于电站、电厂利用能源的特殊性，它发出的电常常要输送给距离甚远的用户。 ② 在输电过程中输送效率的高低成了我们的首要问题，当然是效率越高越好。 ③ 由于输电导线有电阻，且又有电流通过，根据焦耳定律 Q= I2Rt 输电过程中必有一 部分电能转化为内能，显然这种损耗越小，输送的效率就越高。 ④ Q= I2Rt 如何减小输电时的 Q A t 是要确保的，通过减少 t 来减少Q 线是没有意义的。 B. R 二*减少R 有以下三种途径。 a. 缩短I 由于两地距离确定、没有实际意义。 b. 增大S 受经济及架设条件限制只限短距离输电采用。 c. 减少p 换用银那么也受经济条件约束，也是不现实的，效果也不明显。若正在研究 的超导材料能批量生产且价格便宜，倒是可以采用。 TJ 2 3.充分理解P=T P = I 2 瓦P = UI 中的物理量的对应关系。
输电过程（如图所示） 、输送电流 P ⑴ 1 =U ； 三、输电导线上的能量损失和电压损失： 主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为 Q= U2Rt. 1、电压损失：（1） △ U = U- U ; （2） △ U= IR. P 2、功率损失：⑴△ P = P - P'; (2) △ P = (U )2R 3、降低输电损耗的两个途径 ⑴减小输电线的电阻，由电阻定律 R = p S 可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻， 应采 用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积. ⑵ 减小输电导线中的输电电流，由 P = UI 可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减 小输电电流. 四、 远距离输电的处理思路 对高压输电问题，应按“发电机一升压变压器一远距离输电线一降压变压器一用电器” ，或按 从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析. 五、 远距离高压输电的几个基本关系（以图为例） (1) 功率关系：Pi = B, P3 = P4，P2= P 损+ R. Ui ni 12 U3 n3 14 (2) 电压、电流关系：U =n =匚，U = n = h ， U2=A U + U3，12= 13= I 线. P2 P3 U2- U3 ⑶输电电流：I 线=U = U3=IT. P 2 ⑷ 输电线上损耗的电功率：P 损=I 线A U = I 线R 线=（辽）粽线. 在远距离输电问题中，计算线路功率的损耗时 应用P 损=I 线R 线，其原因是I 线可以由公式P 输入 U 线 =I 线U 输入求出，而P 损=U 线I 线和P 损= 则不常用，其原因是在一般情况下，U 线不易求出，且易将 R 线 U 线和U 输入相混而造成错误. 第四节 远距离输电 l tr Jr / L/P 曄不变器 A L ! ■
第2讲 变压器 电能的输送 1.如图所示，理想变压器有两个副线圈，L 1、L 2是两盏规格为“8 V ,10 W”的灯泡，L 3、L 4是两盏规格为“6 V ,12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U 1＝220 V 时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n 1＝1100匝，求： (1)副线圈的匝数n 2、n 3? (2)电流表的读数？ 2. (多选)如图所示，理想变压器输入端接在电动势随时间变化、内阻为r 的交流电源上，输出端接理想电流表及阻值为R 的负载，变压器原、副线圈匝数的比值为 r ∶R 。如果要求负载上消耗的电功率最大，则下列说法正确的是( AB ) A ．交流电源的效率为50% B ．电流表的读数为 E m 22Rr C ．负载上消耗的热功率为E 2m 4r D ．该交流电源电动势的瞬时值表达式为e ＝ E m sin100πt V 考点2 理想变压器的动态分析
常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。 1．匝数比不变的情况(如图所示) (1)U 1不变，根据 U 1U 2＝n 1 n 2 ，输入电压U 1决定输出电压U 2，可以得出不论负载电阻R 如何变化，U 2不变。 (2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，根据输出电流I 2 决定输入电流I 1，可以判断I 1的变化。 (3)I 2变化引起P 2变化，根据P 1＝P 2，可以判断P 1的变化。 2．负载电阻不变的情况(如图所示) (1)U 1不变，n 1 n 2发生变化，U 2变化。 (2)R 不变，U 2变化，I 2发生变化。 (3)根据P 2＝U 22 R 和P 1＝P 2，可以判断P 2变化时，P 1发生变化，U 1不变时，I 1发生变化。 3．分析动态问题的步骤 3.有一种调压变压器的构造如图所示。线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上，C 、D 之间加上输入电压，转动滑动触头P 就可以调节输出电压。图中为交流电流表， 为交流电压表， R 1、R 2为定值电阻，R 3为滑动变阻器，C 、D 两端接正弦交流电源，变压器可视为理想变压 器，则下列说法正确的是 ( A ) A ．当R 3不变，滑动触头P 顺时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小 B ．当R 3不变，滑动触头P 逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小 C ．当P 不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变小，电压表读数变小 D ．当P 不动，滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流 表的读数变大，电压表的读数变大 4.[2017·湖南长沙模拟](多选)如图，一理想变 压器
第二节变压器 三维教学目标 1、知识与技能 （1）知道变压器的构造，了解变压器的工作原理； （2）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。 2、过程与方法:在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。 3、情感态度与价值观 （1）使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的； （2）培养学生实事的科学态度。 教学重点：探究变压比和匝数比的关系。 教学难点：探究变压比和匝数比的关系。 教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。 教学手段：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡。 教学过程： （一）引入新课 在实际应用中，常常需要改变交流的电压。大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电 电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。 （二）进行新课 1、变压器的原理 思考与讨论： 按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
问题1：两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？ 答：当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。 变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。 一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。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。 变压器的结构示意图和符号，如下图所示： 互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U 1，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。 问题2：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n 1不变，分别取副线圈匝数n 2=2 1n 1，n 1，2 n 1，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n 2不变，分别取原线圈匝数n 1= 21n 2，n 2，2 n 2，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。 U ＝6V 实验次数 1 2 3 4 5 6 原线圈匝数n 1 n 1 n 1 n 1 n 2 n 2 n 2 副线圈匝 数n 2 21n 1 n 1 2 n 1 2 1n 2 n 2 2 n 2
2.7 远距离输电 每课一练1（粤教版选修3-2） 1．(双选)远距离输送交流电都采用高压输电．我国正在研究用比330 kV 高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是( ) A ．可节省输电线的材料 B ．可根据需要调节交流电的频率 C ．可减小输电线上的能量损失 D ．可加快输电的速度 2．(双选)在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么( ) A ．输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B ．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大 C ．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D ．输电线路上损失的功率跟输电线上电流成正比 3．某用电器离供电电源的距离为L ，线路上的电流为I ，若要求线路上的电压降不超过U ，已知输电线的电阻率为ρ，该输电线的横截面积最小值是( ) A.ρL R B.2ρLI U C.U ρLI D.2UL Iρ 4．在远距离输电时，若输送的功率不变，使输出电压升高为原来的n 倍，则输电线路上因电阻而产生的电能损失将变为原来的( ) A ．n 2倍 B ．n 倍 C.1n 2 D.1 n 5．(双选)在如图3所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( ) 图3 A ．升压变压器的输出电压增大 B ．降压变压器的输出电压增大 C ．输电线上损耗的功率增大 D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 6．(双选)某农村水力发电站的发电机输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器．降低电压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时( ) A ．升压变压器的副线圈的电压变大 B ．高压输电线路的电压损失变大 C ．降压变压器的副线圈上的电压变大 D ．降压变压器的副线圈上的电压变小 7．(双选)某发电站用11 kV 交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R .现若用变压器将电压升高到220 kV 送电，下面哪个选项正确( ) A ．因I ＝U R ，所以输电线上的电流增为原来的20倍 B ．因I ＝P U ，所以输电线上的电流减为原来的1 20
第五节电能的输送 ●本节教材分析 这节教材是学生前面所学知识综合运用解决实际问题的一个典型例子.通过本节的学习，要注意培养和提高学生运用物理知识分析、解决实际问题的能力.教材写得比较详细、通俗，可让学生阅读课本，然后提出一些问题引导学生思考、讨论.在内容的处理上，应注意以下几个方面： 1.对于电路上的功率损失，可引导学生自己从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论. 2.讲解电路上的电压损失，是本节教材新增加的.目的是希望学生对输电问题有更全面、更深入和更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面.但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深入讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析. 3.学生常常容易将导线上的电压损失ΔU=U-U′与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论.要通过具体的例子，可引导学生进行讨论，澄清认识.要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的思考，否则会事倍功半，似快而实慢. 4.课本中讲了从减少损失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好.希望帮助学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法.节后设的阅读材料《直流输电》既可以开阔学生眼界，也可以增加知识. ●教学目标 一、知识目标 1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程. 2.知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失. 3.知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失. 4.理解远距离输电要用高压. 二、技能目标 培养学生阅读、分析、综合和应用能力. 三、情感态度目标 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P与U损失. ●教学难点 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. ●教学方法 自学讨论法. ●教学用具 可拆变压器（2台）、长导线、学生电源、小灯泡、投影仪、CAI课件. ●课时安排 1课时 ●教学过程 一、引入新课 ［师］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