(二)变压器

一、知识点击：

1．变压器的构造： 原线圈（初级线圈）、副线圈（次级线圈）和铁芯组成。

2．变压器的工作原理： 对于理想变压器：P1=P2 U1:U2=n1:n2 I1:I2=n2:n1 3．远距离输电：

由于输电导线电阻R线的存在，输电过程中不可避免地存在电能损耗P损=I2R线。减小输电线路中的电流I，是减少输电过程中电能损耗最有效的方法，由P=UI知，提高输电电压，则可减小输电电流，所以远距离输电要用高压。 二、能力激活：

题型一：变压器的工作原理：

示例1：理想变压器的原线圈接220V的交流电源，在副线圈接一个“6V,12W”的灯泡。当灯泡正常发光时，变压器的输入功率为多大？这时原线圈的电流为多大？

[分析]变压器的输出功率由输入功率决定。所以，灯泡正常发光时，变压器的输入功率就是12W，而对于理想变压器而言，线圈的输出电流与输入电流之比与线圈的匝数成反比。 [解析] 变压器的输入功率为12W，这时原线圈的电流I=P/U=12/220A=55Ma. 题型二：远距离输电：

示例2：有一小型交流发电机F，能产生正弦交变电动势，其内阻r =1Ω，在该发电机处安装一台原、副线圈的匝数比为n1:n2=1:4的理想变压器A，在用户（均为电灯用户）处安装一台原、副线圈匝数比为n3 : n4 = 4:1的理想变压器B。这两台变压器间的距离L=2km，所用输电铜导线的电阻率为ρ=1.75×10-8Ωm，导线的横截面积为S=17.5mm2。用户共有“220V,40W”的电灯55盏。为了使全部电灯正常发光，发电机的电动势的峰值应是多大？（设其它供电线路电阻不计）

[分析]本题求解的关键是明白输电回路结构，然后可用理想变压器的特点及闭合回路欧姆定律求解。

[解析] 输电线电阻R=ρ

2L22000=1.75×10-8×=4Ω 6S17.510降压变压器副线圈上电压U4=200V 降压变压器原线圈上电压U3=

n3U4=4×220=880V n4用户消耗总功率P4=55×40=2200W

降压变压器副线圈中电流I4=P4/U4=10A

降压变压器原线圈中电流I3=P3/U3=P4/U3=2.5A 输电线上损失的电压UR=I3R=10V

2输电线上损失的功率P损=I3R=25W

升压变压器器副线圈上电压U2=U3+UR=890V

升压变压器原线圈上电压U1=

n1U2=890/4=222.5V n2升压变压器输入、输出的电功率P1=P2=P3+P损= P4+P损=2225W 升压变压器原线圈上的电流I1=P1/U1=10A 发电机的电动势E=U1+I1r=222.5+10=232.5V 发电机电动势的峰值Em=2E=328.8V

题型三：水力发电：

示例3：一条河的水流量为4m3/s，落差为5m，现在利用水流的能量来发电。若使用的发电机的效率为50﹪，发电机输出的电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许损失功率为输出功率的5﹪，求：

（1）输电线上输送的电压为多少？

（2）若用户所需电压为220V，降压变压器的匝数比应是多少？

[分析]水力发电是利用水的势能转化为电能。本题可先用能量转化再用远距离输电求解。 [解析]（1）水的势能转化为电能：Pt=ηmgh P=50﹪×4×1×103×10×5W=1×105W P损=5﹪×P=I2R U=P/I=2.8×103V （2）U出=U- I2R

n1:n2= U用: U出=12：1 三、小试身手：

1．如图理想变压器原、副线圈匝数之比nl∶n2=4∶ l，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连成闭合回路．当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，电流表Al的读数是12mA，那么电流表A2的读数是 ( )

A．0； B．3mA； C．48mA； D．与R值大小无关。 2．如图理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，原、副线圈回路中有三个完全相同的电灯，当输人端加交变电压Ul时，Ll灯正常发光，那么接在副线圈两端的灯L2的功率 ( )

A．一定小于额定功率； B．一定大于额定功率； C．一定等于额定功率； D．无法确定。

3．一台变压器有两个次级线圈，它的初级线圈接在220V的电源上，一个次级线圈的电压为6V，输出电流为2A，匝数为24匝；另一个次级线圈的电压为250V，输出电流为200mA．求：

(1)250V线圈的匝数，初级线圈的匝数； (2)初级线圈的输入功率． 4．如图所示是一个交流发电机的示意图．线框abcd处于匀强磁场中，已知ab=bc=10cm.B=1T，线圈匝数n=100，线圈电阻r=5Ω，外电路负载电阻R=5Ω，线圈以600r／min的转速匀速转动，求： (1)电流表和电压表的读数；

(2)从如图示位置开始经过1／60s时感应电动势的瞬时值为多少? (3)从如图所示位置开始转过30°角的过程中的平均感应电动势值为多

少?

四、生活中的物理：

人为什么会触电？

人为什么会触电？由于人的身体能传电，大地也能传电，如果人的身体碰到带电的物体，电流就会通过人体传入大地，于是就引起触电。但是，如果人的身体不与大地相连（如穿了绝缘胶鞋或站在干燥的木凳上），电流就不成回路，人就不会触电，正如自来水一样，关了水龙头，水就无法流通。

人触电死亡的原因是：当通过人体的电流超过人能忍受的安全数值时，肺便停止呼吸，心肌失去收缩跳动的功能，导致心脏的心室颤动，“血泵”不起作用，全身血液循环停止。血液循环停止之后，引起细胞组织缺氧，在10～15秒种内，人便失去知觉；再过几分钟，人的神经细胞开始麻痹，继而死亡。

人触电伤害程度的轻重，与通过人体的电流大小、电压高低、电阻大小、时间长短，电流途经、人的体质状况等有直接关系。

与电流大小的关系：当通过人体的电流为1毫安（即千分之一安培）时，人有针刺感觉；10毫安时，人感到不能忍受；20毫安时，人的肌肉收缩，长久通电会引起死亡；50毫安以上时，即使通电时间很短，也有生命危险。

与电压高低的关系：电压越高越危险。我国规定36伏及以下的安全电压。超过36伏，就有触电死亡的危险。

与电阻大小的关系：电阻越大，电流越难以通过。一般人体的电阻约为10000欧姆左右，但如果在出汗或手脚湿水时，人体电阻可能降到400欧姆左右，此时触电就很危险。如果赤脚站在稻田或水中，电阻就很小，一旦触电，便会死亡。

与时间长短的关系：触电时间越长，危险性越大。因为触电者无法摆脱电源时，肌肉收缩能力会很快下降，进而心力衰竭，窒息，昏迷休克，乃至死亡。经验证明，对一般低压触电者的抢救工作，如果耽误的时间起过15分钟，便很难救活。与电流途径的关系：触电时电流在人体内通过是取最短途径的。如要是人站在地上左手单手触电，电流就经过身躯的心，肺再经左脚入地，这是最危险的途径。如果是双手同时触电，电流途径是由一只手到另一只手，中间要通过心肺，这也是很危险的。如果是一只脚触电，电流途径是由这只脚流入，另一只脚流出，危险性同样有，但对人体的伤害，要比以上两种途径轻一些。但是，无论是哪种途径，只要电流经过人体的时间稍长，都会造成死亡。