53 54 55 电感和电容对交变电流的影响变压器电能的输送.docx
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535455电感和电容对交变电流的影响变压器电能的输送
学大教育个性化教学辅导教案
学科：
任课教师：
学管老师：
授课时间：
姓名
年级
学校
总课时第课
教学
课题
电感和电容对交变电流的影响变压器电能的输送
教学
目标
1．理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。
2．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。
3．知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。
4．知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。
5．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。
6．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。
7．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。
8．知道降低输电损耗的两个途径。
9．了解电网供电的优点和意义。
难点
重点
重点：
1．电感、电容对交变电流的阻碍作用。
2．感抗、容抗的物理意义。
3．探究变压比和匝数比的关系。
4．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。
难点：
1．感抗的概念及影响感抗大小的因素。
2．容抗概念及影响容抗大小的因素。
3．探究变压比和匝数比的关系。
4．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。
课前
检查
作业完成情况：
优□良□中□差□建议__________________________________________
课前回顾
交变电流是如何产生的？
中性面的特点是什么？
正弦交流电的各相关物理量的公式是什么？
课堂教学过程
一、电感和电容对交变电流的影响
【知识要点】
1．电感对交变电流的阻碍作用
［课件演示］电阻、电感对交、直流的影响。
实验电路如下图甲、乙所示：
演示甲图，电键分别接到交、直流电源上，观察两次灯的亮度
灯的亮度相同，说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。
演示乙图，电键分别接到交、直流电源上，观察两次灯的亮度
电键接到直流上，亮度不变；接到交流上时，灯泡亮度变暗。
说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同。
线圈对直流电的阻碍作用只是电阻；而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外，还有电感.为什么会产生这种现象呢？
由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化。
电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。
感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。
线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就越大；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大。
线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。
（1）低频扼流圈
构造：
线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大。
作用：
对低频交变电流有很大的阻碍作用。
即“通直流、阻交流”。
（2）高频扼流圈
构造：
线圈绕在铁氧体芯上，线圈匝数少，自感系数小。
作用：
对低频交变电流阻碍小，对高频交变电流阻碍大。
即“通低频、阻高频”。
2．交变电流能够通过电容器
［课件演示］电容对交、直流的影响。
实验电路如图所示：
开关S分别接到直流电源和交变电流源上，观察现象
接通直流电源，灯泡不亮；接通交变电流源，灯泡亮了。
说明了直流电不能够通过电容器，交变电流能够“通过”电容器。
电容器的两极板间是绝缘介质，为什么交变电流能够通过呢？
用CAI课件展示电容器接到交变电流源上，充、放电的动态过程。
强调自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质，只是当电源电压升高时电容器充电，电荷向电容器的极板上集聚，形成充电电流；当电源电压降低时电容器放电，电荷从电容器的极板上放出，形成放电电流。
电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流通过了电容器。
3．电容器对交变电流的阻碍作用
［演示］电容器对交变电流的影响
将刚才实验电路中“1000μF，15V”的电容器去掉，观察灯泡的亮度，说明了什么道理？
灯泡的亮度变亮了。
说明电容器对交变电流也有阻碍作用。
物理上用容抗来表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。
容抗决定于电容器电容的大小和交变电流的频率.电容越大，在同样电压下电容器容纳电荷越多，因此充放电的电流越大，容抗就越小；交变电流的频率越高，充放电进行得越快，充放电电流越大，容抗越小.即电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小。
电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点。
（三）总结
1．由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势，阻碍电流变化，对交变电流有阻碍作用.电感对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示.线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大，即线圈有“通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征.
2．交变电流“通过”电容器过程，就是电容器充放电过程.由于电容器极板上积累电荷反抗自由电荷做定向移动，电容器对交变电流有阻碍作用.用容抗表示阻碍作用的大小.电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小.故电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征。
【实例探究】
电感对交变电流的影响
【例1】如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零。
电压表内阻无限大，交流电源的电压u=220
sin10πtV。
若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确的是（）
A．电流表示数增大
B．电压表示数减小
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
电感和电容对交变电流的影响
【例2】图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用。
【巩固练习】
1．．关于低频扼流圈，下列说法正确的是
A．这种线圈的自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用
B．这种线圈的自感系数很大，对低频电流有很大的阻碍作用
C．这种线圈的自感系数很大，对高频交流的阻碍作用比低频交流的阻碍作用更大
D．这种线圈的自感系数很小，对高频交流的阻碍作用很大而对低频交流的阻碍作用很小
2．在图所示电路中，u是有效值为200V的交流电源，C是电容器，R是电阻.关于交流电压表的示数，下列说法正确的是（）
A．等于220VB．大于220V
C．小于220VD．等于零
3．在图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻，下列说法中正确的是（）
A.L的作用是“通低频，阻高频”
B.C的作用是“通交流，隔直流”
C.C的作用是“通高频，阻低频”
D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比
4．如图所示，交变电流电压的瞬时表达式u=311sin157tV时，三个电流表的示数相同，若电源电压改为u′=sin314tV时，则（）
A．电流表
的示数减小
B．电流表
的示数增大
C．电流表
的示数不变
二、变压器
【知识要点】
1．变压器的原理
思考：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
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？
当一个线圈中通交变电流时，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？
下面我们通过课件演示实验来探究。
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
n1
n1
n2
n2
n2
副线圈匝数n2
n1
n1
2n1
n2
n2
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，I2I1。
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降压变压器，I2>I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。
（三）总结
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
【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.
【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6V的电池上，则副线圈两端电压为（）
A.36VB.6VC.1VD.0V
2．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0
C.两端电压为0D.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UB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=220V，F为熔断电流为I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻.
（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?
三、电能的输送
【知识要点】
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
。
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
。
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=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.
8、目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？
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。
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
10、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5×10.5W，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）
（三）总结
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
【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）
【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/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
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=
，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=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
4．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）
课堂
检测
听课及知识掌握情况反馈：
_________________________________________________________。
测试题（累计不超过20分钟）_____道；成绩______；教学需:
加快□;保持□;放慢□;增加内容□
课后
巩固
作业题;巩固复习;预习布置_____________________
组长
签字
教学组长签字：
教师
课后
赏识
评价
老师最欣赏的地方：
老师想知道的事情：
老师的建议：
【课后练习】
1.A关于电感对交变电流的影响，下列说法中正确的是
A.电感不能通直流电流，只能通交变电流
B.电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同
C.同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小
D.同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小.
2.A如
图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时
A.电容器电容增大B.电容器电容减小
C.电灯变暗D.电灯变亮
3.A两个相同的灯泡L1和L2，分别与两个相同的电容器C1和C2连接，如图所示.图中甲电路两端加恒定电压U1，乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2，则此两灯的发光情况是
A.L1灯比L2灯亮B.L1灯发光，L2灯不发光
C.L1灯不发光，L2灯发光D.两灯亮度相同
4.B如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是
A.L1、L2、L3亮度都不变B.L2变暗，L2不变、L3变亮
C.L1变暗、L2变亮、L3不变D.L1变亮、L2变暗、L3不变
5.B下列关于低频扼流圈和高频扼流圈的阻碍作用的说法中，正确的有
A.低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就更大
B.低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就较小
C.高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就更大
D.高频扼流圈对高频交流电有
很大的阻碍作用，对低频交
流电的阻碍作用就较小
6.B如图所示，某电子电路的输入端输入电流既有直流成分，又有交流低频成分和交流高频成分.若通过该电路只把交流的低频成分输送到下一级，那么关于该电路中各器件的作用，下列说法中正确的有
A.L在此的功能为通直流，阻交流，叫高频扼流
圈
B.C1在此的功能为通交流，隔直流，叫隔直电容
C.C2在此的功能为通高频、阻低频，叫做高频旁路电容
D.上述说法都不对
7.B对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有
A.当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
B.当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流
C.在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动
D.在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器
8.B如图所示为某电器中电路的一部分，当输入有直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后，在其输出端得
到可调大小的交流低频成分，那么有关各元器件的作用的说法中，正确的有
A.C1为高频旁路电容器，交流高频成分被该电容器短路
B.R为滑动变阻器，它的滑动片上下移动可以改变输出端电压的大小
C.C2为隔直电容器，交流低频成分通过该电容输出
D.C1的电容较大、C
2的电容较小
9.B如图所示，开关S与直流恒定电源接通时，L1、L2两灯泡的亮度相同，若将S与交变电源接通
A.L1和L2两灯泡亮度仍相同B.
L1比L2更亮些
C.L1比L2更暗些
D.若交变电源电压的有效值与直流电压相同，两灯与原来一样亮
10.B如图所示，L1、L2为两个相同的灯泡，开关S接通恒定直流电源时，灯泡L1发光，L2不亮，后将S与有效值和直流电压相同
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