2023年高考物理考试易错题：变压器 电能的输送（原卷版）

易错点27变压器电能的输送

错题纠正

例题1.（2022•江西高三模拟）如下图，理想变压器的原线圈接在有效值为100V的正弦交

流电源上，原、副线圈匝数比为2：1,定值电阻必、&、%的阻值分别为10。、20。、

20Q,电流表为理想交流电流表.以下说法正确的选项是（）

A.R的电功率为40W

B.电流表示数为1A

C.副线圈两端电压为20V

D.副线圈的输出功率为80W

例题2.如下图，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.以下说法

正确的选项是（）

A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，尺消耗的功率变大

B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大

C.当滑动变阻器的滑动触头尸向上滑动时，电流表A1示数变大

D.假设闭合开关S,则电流表A|示数变大，A2示数变大

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.

~U&

甲乙

图1

2.变压器的工作原理

⑴原理

互感现象是变压器工作的根底.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

U'n'

(1)只有一个副线圈：-=—；

U1n~

_U'U2U3

(2)有多个副线圈：

n'n-

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局部，就可以

降低电压，反之则可以升高电压，如图2所示.

二、输送电能的根本要求

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：指输电线路建筑和运行的费用低，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：尸=/V,/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：在输电距离肯定的情况下，为了减小电阻，应中选用电阻率小的金

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肯定的电功率，就

要提高输电电压.

I易混点:

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7肯定时，输入电压5决定输出电压。2，即

(2)功率制约：尸出决定尸入，「他增大，P入增大；尸出减小，尸入减小；尸出为O,P入为0.

(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比;肯定，且输入电压幼确定时，副线圈中的输

n1

MF

出电流/2决定原线圈中的电流八，即八=丁(只有一个副线圈时).

n'

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—JP出一尸入一人

(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

72—。出—P入T/卜

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3)

图3

P

△U=U—lT=Ir=—r.

U

2.输电线上的功率损失(如图4)

(l)AP=/2r,其中/为输电线上的电流，厂为输电线的电阻.

(2)AP=AU./或其中△。为输电线上的电压损失.

r

3.减少电压损失和功率损失的方法

(1)减小输电线的电阻厂，依据，可减小电阻率夕，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,但过粗的导线会多消耗金属材料，增加本钱，

同时给输电线的架设带来很大的困难.

⑵减小输电电流/,依据/=(,在输送功率尸肯定，输电线电阻厂肯定的条件下，输电电

压提高到原来的〃倍，输送电流可减为原来的L输电线上的功率损耗将降为原来的工.

nnz

三、解决远距离高压输电问题的根本方法

1.首先应画出远距离输电的电路图(如图4),并将已知量和待求量写在电路图的相应位置.

图4

2.理清三个回路：

回路1：Pi=5h

回路2：U2=\U+Uy,P2=AP+P3=/22R线+尸3，h=h

回路3：P4=U山.

3.常用关系

(1)功率关系：尸|=尸2,尸2=八尸+23,尸3=匕.

33

»l2工UC/n

(2)电压关系：—S=AU+5,77=^.

n1c/4z?4

1

J几2p〃4

(3)电流关系：石=-p，2=/线=，3，而=《•

P203A。

(4)输电电流：/线=两=定=获・

(5)输电线上损耗的电功率：

□At/n2

必=尸2一23=/线2夫线=—^―=△[/•/线

(6)输电线上的电压损失：

=

AUI线R线=。2—U%

举一反三

1.如下图，原、副线圈匝数比为100：1的理想变压器，6是原线圈的中心抽头，电压表和

电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为

“i=310sin314f(V),则()

A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1V

B.副线圈两端的电压频率为50Hz

C.当单刀双掷开关由。扳向6时，原线圈输入功率变小

D.当单刀双掷开关由a扳向6时，电压表和电流表的示数均变小

2.如下图为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压为U,用等效总电阻是/•的

两条输电线输电，输电线路中的电流是/”其末端间的电压为5,在输电线与用户间连有

一理想变压器，流入用户端的电流为&贝匹）

发

电

厂EZtir评

A.用户端的电压为下

B.输电线上的电压降为U

C.理想变压器的输入功率为//,♦

D.输电线路上损失的电功率为八。

3.（2023・广东卷・7）某同学设计了一个充电装置，如下图，假设永磁铁的往复运动在螺线管

中产生近似正弦式交流电，周期为0.2s,电压最大值为0.05V,理想变压器原线圈接螺线

管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1:60,以下说法正确的选项是（）

永磁铁

充电电路

螺线管

A.交流电的频率为10Hz

B.副线圈两端电压最大值为3V

C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关

D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率

易错题通关

一、单项选择题

1.图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电

压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为〃八n2,电压表为

理想交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发

电火花点燃燃气。开关闭合后，以下说法正确的选项是（）

B.假设没有转换器则变压器副线圈输出的是直流电

C.钢针和金属板间放电频率由转换器及变压器原、副线圈的匝数比共同决定

D.只有区＞100。才可以完成燃气灶点火

2.如下图，理想变压器副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L和输电线的等效电阻

为出。开始时，开关K断开，当K接通时，以下说法正确的选项是（）

A.副线圈两端的输出电压减小B.通过灯泡L的电流增大

C.原线圈中的电流增大D.变压器的输入功率减小

3.不计电阻的两组线圈就和〃分别绕在铁芯上，相互靠近如下图放置，两线圈匝数之比

为孙："2,图中。为电容器，V1和V2为理想电压表。假设端输入按正弦规律变化的电

压，以下说法正确的选项是（）

A.两线圈中电流均为0

B.电容器消耗的功率等于端的输入功率

C.电压表片和V2的读数之比为：*=丛

D.将一闭合导线框置于电容器两极板之间，线框中可能会产生电流

4.如下图，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW,发电机的电压5=250V,经变

压器升压后向远处输电，输电线总电阻尺线=8C,在用户端用降压变压器把电压降为

S=220V。已知输电线上损失的功率4=5kW,假设两个变压器均是理想变压器，以下

A.发电机输出的电流\=40AB.输电线上的电流%=625A

C.降压变压器的匝数比%：4=190:11D.用户得到的电流（=465A

5.输电能耗演示电路如下图。左侧升压变压器原、副线圈匝数比为1：3,输入电压为

7.5V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为1OC。开关S

接1时，右侧降压变压器原、副线圈匝数比为2：1,R上的功率为1OW；接2时，匝数比

为1：2,R上的功率为P。以下说法中正确的选项是（）

A.接1时，左侧升压变压器副线圈两端电压为S=2.5V

B.接1时，右侧降压变压器原线圈中的电流为A=2A

C.导线总电阻，-=100

D.接2时，R上的功率尸=22.5W

二、多项选择题

6.如下图，理想变压器的原、副线圈匝数比为1:5,原线圈两端的交变电压为

«=20>/2sin100^r（V）,颊泡在两端电压到达100V时开始发光，以下说法中正确的有

u

A.开关接通后，筑泡的发光频率为100Hz

B.开关接通后，电压表的示数为100&V

C.开关断开后，电压表的示数不变

D.开关断开前后，变压器的输入功率不变

7.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为1:4,此为热敏电阻(PTC),其电阻

随温度升高而增大，凡为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。当原线圈接如图乙所

A.原线圈两端电压的瞬时值表达式为"=30应sinlOOm(V)

B.电压表V2的示数为7.5V

C.&处温度升高时，电压表V2的示数增大

D.%处温度降低时，变压器原线圈的输入功率增大

8.如下图是远距离输电示意图，电站的输出电压U/=250V,输出功率P/=100kW,输电线

电阻R=8C。则进行远距离输电时，以下说法中正确的选项是()

升压变压器输电线降压变压器

A.假设电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大

B.假设电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小

C.输电线损耗比例为5%时，所用升压变压