《南方新课堂·高考总复习》物理 第十二章 第2节 变压器 电能的输送配套课件

第2节变压器电能的输送一、理想变压器两个线圈

1.变压器的构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的____________组成的.构造图符号

(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________连接的线圈，也叫次级线圈.

2.变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的________、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化.变化的磁场在副线圈中产生__________，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流.互感现象是变压器工作的基础.大小感应电动势负载

3.理想变压器及其基本关系.理想变压器(1)没有“铜损”(线圈电阻为零，不发热)(2)没有“铁损”(铁芯中无涡流，不发热)(3)没有“漏磁”(磁通量全部集中在铁芯中)(续表)P出n1n2n2n1率P损＝I2R线＝________，可知P损∝.二、远距离输电I2R线电阻输电电压

1.根据P损＝__________，降低输电损耗有两种方法：

(1)减小输电线的________.

(2)减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高__________.

2.远距离输电的功率损失.

(1)输送功率一定时，线路电流I＝_____，输电线上损失的功

1U2

PUP2R线

U2(2)远距离输电中的功率关系：P输＝P损＋P用.【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效值.(

)(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.()(3)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.()(4)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗.(

)(5)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大.()答案：(1)√

(2)×

(3)√

(4)√

(5)√

2.(多选，2024年河南卷)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来.车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流.磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示.将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转)过90°时，线圈中( A.电流最小B.电流最大D.电流方向由Q指向PC.电流方向由P指向Q答案：BD

3.如图甲所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，RT

为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1

为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示.下列说法正确的是(

)甲乙A.变压器输入、输出功率之比为4∶1B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为4∶1C.u随t变化的规律为u＝51sin(50πt)VD.若热敏电阻RT

的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大答案：D

4.(2024年广东梅州三模)呼吸机是治疗疾病的重要设备，其核心元件为呼吸机马达(即电动机).图为某品牌呼吸机马达的技术参数，用图示交流电源通过理想变压器给马达供电，使其正常工作.则()呼吸机马达技术参数：供电电压：24V空载转速：443000rpm空载电流：0.2A额定转速：30000rpm额定负载力矩：10N·m额定电流：1.9A额定输出功率：32WA.马达内线圈的电阻为12ΩB.马达正常工作时理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶6C.该交流电源的电压有效值为311VD.该交流电源每秒内电流方向变化50次答案：B热点1理想变压器原理和基本关系[热点归纳]1.理想变压器的工作原理.2.理想变压器的各量的制约关系.

考向1基本关系的应用 【典题1】(多选，2024年海南卷)电动汽车充电站变压器输入电压为10kV，输出电压为220V，每个充电桩输入电流16A，设原副线圈匝数分别为n1、n2，输入正弦交流电的频率为50Hz，则下列说法正确的是(

)A.交流电的周期为0.02sB.原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶500C.输出的最大电压为220VD.若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2kW答案：AD方法技巧关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压.(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.(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2

均为有效值.

考向2变压器原线圈与用电器串联的问题

【典题2】(多选，2023年山东泰安二模)在如图甲所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2为定值电阻，且R2＝6Ω，R3为电阻箱.当R3＝4Ω时，电阻R2

两端电压U2

随时间变化的正弦曲线如图乙所示.下列说法正确的是(

)甲乙A.电阻R1

的阻值为100ΩB.电阻R1

的阻值为200ΩC.当R3＝4Ω时，变压器的输出功率最大D.当R3＝0Ω时，变压器的输出功率最大

答案：AD

考向3变压器原线圈与用电器并联的问题

【典题3】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1∶4，a、b两端接到交流电源上，R1、R2为阻值相同的定值电阻.下列说法正确的是()答案：C匝数比不变的情况负载电阻不变的情况热点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.(续表)

考向1匝数比不变的情况

【典题4】(2022年广东惠州调研)一理想变压器原、副线圈的匝数比为311∶11，原线圈输入电压的变化规律如图甲，副线圈接如图乙电路，P为滑动变阻器的滑片，下列说法正确的是()甲乙A.副线圈输出电压的频率为200HzB.副线圈输出电压的有效值为11VC.P向右移动时，变压器原、副线圈的电流都增加D.P向右移动时，变压器的输入功率减小解析：由图像可知，交流电的周期为T＝0.02s，变压器不改50Hz，A错误；原线圈的电压的最大值为U1m＝311V，根据电压与匝数成正比可知U1m∶U2m＝n1∶n2＝311∶11，可得副线圈电压B错误；原、副线圈电压之比等于匝数之比，原、副线圈的匝数不变，输入电压不变，则副线圈两端的电压不变，P右移，滑动变阻功率增加，则变压器的输入功率也增加.由P＝UI可知变压器原、副线圈的电流都增加，C正确，D错误.

答案：C思路导引由图像得到周期、频率、原线圈电压的有效值，然后根据匝数比得到负线圈电压的有效值，原副线圈匝数比不变的情况下，原副线圈的电流按相同的变化趋势变化，由副线圈电阻的变化得到电流的变化和功率的变化，然后推及原线圈.

考向2匝数比变化的情况

【典题5】(2022年广东深圳二模)如图，是某风力发电节能路灯的电路简化图.风速为v时，交流发电机的电动势表达式为e＝2v·sinωt(V)，能感应风速大小的调节器(不消耗副线圈电路的电能)可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动，使灯泡始终保持额定电压正常发光，下列说法正确的是()A.风速变大时，流过灯泡的电流变大B.风速变大时，滑片P将向上移动C.风速变大时，变压器的输入电压变大D.风速变大时，变压器的输出电压变大

解析：调节器可以控制变压器副线圈的滑片P上下移动，使灯泡始终保持额定电压正常发光，所以风速变大时，流过灯泡的电流不变，变压器的输出电压不变，A、D错误;由题意知e＝2v·sinωt(V)，所以风速变大时，交流发电机的电动势变大，则变压器的输入电压变大，C正确;由变压器原副线圈电压与匝数关系U1U2＝n1n2可知，输入电压U1增大，输出电压U2不变，原线圈匝数n1

不变时，副线圈匝数n2

应减小，则滑片P向下移动，B错误.

答案：C方法技巧含有变压器的动态电路问题的解题思路

热点3常见的变压器

1.自耦变压器.

自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示.甲

乙种类电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中2.互感器.互感器分为电压互感器和电流互感器，比较如下表所示：种类电压互感器电流互感器副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式I1n1＝I2n2(续表)

【典题6】如图所示为某小型发电站高压输电示意图.发电站输出的电压U1

不变，升压变压器输出电压为U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4.为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则()A.①为电流表，②为电压表B.U2>U3C.仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率减少D.凌晨时分，用户家的灯将变得更暗

解析：由题图可知①接在火线和零线之间，为电压表，②接在同一条线上，测得是电流，为电流表，A错误；由于输电线上有电压降，所以U2>U3，B正确；仅将滑片Q下移，则输电电压U2增大，R不变，所以输电电流I2增大，而输电线损耗功率为ΔP＝，所以输电线损耗功率增大，C错误；凌晨时分，降压变压器的输出端用电量减少，电路中的电流减小，则输电线上的电压降减小，则降压变压器的输入电压增大，用户家的灯得到的电压变大，将变得更亮，D错误.答案：B

【典题7】(2023

年浙江金华联考)如图为可调压式自耦变压器，在电压U1保持不变的情况下，滑片P顺时针转过适当)角度，滑片P′向上移动适当距离，则(

A.U2将增大

B.U2

将不变

C.定值电阻R0

的热功率减小

D.流经定值电阻R0的电流不变解析：由题意可知，滑片P顺时针转过适当角度，则副线圈两端电压与原线圈两端电压及匝数比有关，与副线圈电路的总电阻的大小无关，A、B错误；副线圈两端电压U2减小，滑片P′向上移动适当距离，可知滑动变阻器接入电路的电阻增大，则副线圈回路的总电阻增大，副线圈回路中电流减小，流经定值电阻R0

的电流减小，由P＝I2R0

可知，定值电阻R0

的热功率减小，C正确，D错误.

答案：C热点4远距离输电问题[热点归纳]1.理清三个回路(如图所示).

回路1：发电机回路.该回路中，通过线圈1的电流I1

等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机.

回路2：输送电路.I2＝I3＝I线，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3.

回路3：输出电路.I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用.

2.抓住两个联系.

3.掌握两种损耗.

【典题8】(2024

年湖南卷)根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位.某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示.已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0.当用户端接一个定值电阻R时，R0

上消耗的功率为P.不计其余电阻，下列说法正确的是()A.风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0

上消耗的功率为4PB.输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0

消耗的功率为4PC.若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0

上消耗的功率为8PD.若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P

解析：如图所示为等效电路图.设降压变压器的原、副线圈匝数比为k∶1，则输电线上的电流为，转子在磁场中转动时产生的电动势为e＝NBSωsinωt，当转子角速度增加一倍时，升压变压器原、副线圈两端电压都增加一倍，输电线上的电流变为I2′＝2I2，故R0

上消耗的电功率变为原来的4倍，A正确；升压变压器副线圈匝数增加一倍，副线圈两端电压增加一倍，输电线上的电流增加一倍，故R0

上消耗的电功率变为原来的4倍，C错误；若R0阻值增加一倍，输电线路上的答案：A方法技巧输电线路功率损失的计算方法(1)P损＝P－P′，P为输入功率，P′为用户所得功率.(4)P损＝ΔUI线，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为输电线路上的电流.

特殊的变压器模型 模型一含有两个副线圈的变压器

副线圈有两个或两个以上时，一般从原、副功率相等入手.由于电压与匝数仍然成正比，副线圈的用电器为纯电阻时，应用额定功率，而原线圈的功率应用P1＝U1I1，之后根据P1＝P2

求解相关量.

【典题9】(多选，2024年广