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变压器和电能的输送一、变压器的原理1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成．(1)原线圈：与交流电源相连的线圈． (2)副线圈：与负载相连的线圈．2．原理：变压器工作的基础是电磁感应现象．3．作用：改变交流电流的电压．三、常用的变压器——互感器1．分类：电压互感器(如图甲)和电流互感器(如图乙)．2．电压互感器：如图甲所示,原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表．互感器将高压变为低压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压．3．电流互感器：如图乙所示,原线圈串联在待测高电流电路中，副线圈接电流表．互感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流．四、理想变压器中的几个关系：1．电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的磁通量的变化率ΔΦΔt .如图根据法拉第电磁感应定律，原线圈中E 1＝n 1 ΔΦΔt ，副线圈中E 2＝n 2ΔΦΔt ，所以有E 1E 2＝n 1n 2. 2．电压关系(1)U 1U 2＝n 1n 2，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的．(2)据U 1U 2＝n 1n 2知当n 2>n 1时U 2>U 1，这种变压器称为升压变压器，当n 2<n 1时，U 2<U 1，这种变压器称为降压变压器．3．电流关系：根据P ＝UI ，由功率关系得：U 2I 2＝U 1I 1，所以I 1I 2＝U 2U 1，再由U 1U 2＝n 1n 2得，电流关系为：I 1I 2＝n 2n 1或n 1I 1＝n 2I 2.若有多个副线圈时，有P 1＝P 2＋P 3＋…，即U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…将U 1∶U 2∶U 3∶…＝n 1∶n 2∶n 3∶…代入得n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…4．功率关系：理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率．当副线圈为断路时，原线圈输入功率为零．对有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和．5．频率关系：变压器不能改变交变电流的频率．在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电．特别提醒：(1)变压器只能改变交流电压，若初级线圈加直流电压则次级线圈输出电压为零．(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值间的关系，对最大值也适用，但对某时刻的瞬时值其关系并不成立．五、变压器工作时的制约关系1．电压制约：输出电压U 2由输入电压U 1决定，即U 2＝n 2U 1/n 1.2．电流制约：原线圈中的电流I 1由副线圈中的输出电流I 2决定，即I 1＝n 2I 2/n 1.3．负载制约：(1)变压器副线圈中的功率P 2由用户负载决定，P 2＝P 负1＋P 负2＋…；(2)变压器副线圈中的电流I 2由用户负载及电压U 2确定，I 2＝P 2/U 2；(3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率，P 1＝P 2；即变压器的输入功率是由输出功率决定的．练习题：1．理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( )A ．交流电的频率B ．磁通量的变化率C ．功率D ．交流电的峰值2．对理想变压器，下列说法中正确的是( )A ．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B ．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C ．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D ．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零3.如图所示的理想变压器，原副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶2，U 1＝2202sin ωt V ，n 1＝1100匝，以下说法中正确的是( )A ．穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为1∶2B ．穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为0.2 2 VC ．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2 VD ．原、副线圈电动势的瞬时值之比为1∶24．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦式交流电源，副线圈接入“220 V,60 W ”灯泡一只，且灯泡正常发光．则( )A ．电流表的示数为32220AB．电源输出功率为1200 WC．电流表的示数为3220AD．原线圈两端电压为11 V5.(变压器的动态分析高考天津卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后( )A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变6．有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示，在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电，则( )A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小7.如图5－4－16，电路中有四个完全相同的灯泡，额定电压均为U，变压器为理想变压器，现在四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比n1∶n2和电源电压U1分别为( )A．1∶2 2U B．1∶2 4UC．2∶1 4U D．2∶1 2U8．如图5－4－18甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器．已知通过R1的正弦式交流电如图乙所示，则( )A．交流电的频率为0.02 HzB．原线圈输入电压的最大值为200 2 VC．电阻R2的电功率约为6.67 WD．通过R3的电流始终为零电能的输送一、降低输电损耗的两个途径1．由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导线中电流为I ，输电导线的电阻为R ，则输电导线上的功率损失为ΔP ＝I 2R2．减小输电导线上的功率损失的两种方法(1)减小输电导线上的电阻：由电阻定律R ＝ρl S可知，距离一定，选用电阻率ρ小的金属做导线，增大导线横截面积S 可减小电阻．(2)减小输电导线的电流：由P ＝UI 可知，当传输功率P 一定时，升高电压可以减小电流3．远距离输电基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压．二、输电线上的电压损失和功率损失1．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 .2．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 2RI 为输电电流，R 为输电线的电阻，ΔU 为输电线上损失的电压．特别提醒：(1)输电电压是指加在高压输电线始端的电压U ，损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU ＝IR .(2)输送功率是指高压输电线始端输出的电功率，损失功率是输电线上消耗的功率．二、远距离输电的几个基本关系电路(如图所示)1．功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 线＋P 32．电压、电流的关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3 U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线．3．输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线4．输电导线上损耗的电功率：P 线＝I 2线R 线，P 线＝(P 2U 2)2R 线．练习题：1．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的电流成正比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的电流成正比2.某变电站用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，下面选项正确的是( )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120C ．因P ＝U 2R，所以输电线上损失的功率增为原来的400倍 D ．若要使输电线上损失的功率不变，可将输电线的直径减为原来的14003.某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km 外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV 电压输电，则下列说法正确的是( )A ．输电线上输送的电流大小为2×105 AB ．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC ．若改用5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kWD ．输电线上损失的功率为ΔP ＝U 2/r ，U 为输电电压，r 为输电线的电阻3.中国已投产运行的1000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )A.P 4B.P 2C ．2PD ．4P 4．如图3甲为某水电站的电能输送示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶10，降压变压器的副线圈接有负载R ，升压、降压变压器之间的输电线路的电阻不能忽略，变压器均为理想变压器，升压变压器左侧输入如图乙所示的正弦式电压，下列说法正确的是( )图3A ．交变电流的频率为100 HzB ．升压变压器副线圈输出电压为22 VC ．增加升压变压器副线圈匝数可减少输电损失D ．当R 减小时，发电机的输出功率减小5．如图7为远距离输电的示意图，若电厂输出电压u 1＝2202sin(100πt )V ，则下列表述正确的是 ( )图7A ．U 1＜U 2，U 3＞U 4B ．U 1＝220 2 VC ．若U 2提高为原来的10倍，输电线上损失的功率为原来的1100D ．用户得到的交变电流频率为25 Hz。
第2讲变压器电能的输送[课标要求]1．通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系，知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。
2．了解发电机和电动机工作过程中的能量转化，认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。
考点一变压器的工作原理与基本关系1．构造和原理(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。
(2)原理：利用电磁感应的互感现象。
2．基本关系式(1)功率关系：P 1＝P 2。
(2)电压关系：只有一个副线圈时，U 1n 1＝U 2n 2；有多个副线圈时，U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…＝U n n n。
(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，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 。
(4)频率关系：f 1＝f 2(变压器不改变交变电流的频率)。
【高考情境链接】(2023·广东高考·改编)用一台理想变压器对电动汽车充电，该变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，输出功率为8.8kW ，原线圈的输入电压u ＝2202sin (100πt )V 。
判断下列说法的正误：(1)副线圈输出电压的最大值为1102V。
(×)(2)副线圈输出电压的有效值为440V。
(√)(3)副线圈输出电流的有效值为20A。
(√)(4)副线圈输出电流的频率为50Hz。
(√)1．变压器原、副线圈的物理量间的制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和原、副线圈匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和原、副线圈匝数比决定2．含有多个副线圈的变压器的电路分析副线圈有两个或两个以上时，一般从原、副线圈的功率相等入手。
利用P1＝P2＋P3＋…，结合原、副线圈电压关系、欧姆定律等分析。
3．变压器原线圈所在电路中含有负载问题的分析(1)将原线圈看作用电器，在原线圈电路中可应用串、并联电路规律、闭合电路的欧姆定律等。
高中物理-变压器、电能输送知识点基础知识一、变压器1．理想变压器的构造、作用、原理及特征构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器．作用：在输送电能的过程中改变电压．原理：其工作原理是利用了电磁感应现象．特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压．2．理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：，忽略原、副线圈内阻，有U1＝E1，U2＝E2另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有由此便可得理想变压器的电压变化规律为在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有P1=P2 而P1=I1U1 P2=I2U2于是又得理想变压器的电流变化规律为由此可见：(1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别．）(2)理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想条件下的新的表现形式．3、规律小结(1)熟记两个基本公式：即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。
②P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。
(2)原副线圈中过每匝线圈通量的变化率相等．(3)原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样(4)公式中，原线圈中U1、I1代入有效值时，副线圈对应的U2、I2也是有效值，当原线圈中U1、I1为最大值或瞬时值时，副线圈中的U2、I2也对应最大值或瞬时值．(5)需要特别引起注意的是：①只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：②变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。
高考物理| 变压器、电能输送知识点大放送（果断收藏）理想变压器是高中物理中的一个理想模型，它指的是忽略原副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器。
实际生活中，利用各种各样的变压器，可以方便的把电能输送到较远的地区，实现能量的优化配置。
在电能输送过程中，为了达到可靠、保质、经济的目的，变压器起到了重要的作用。
”基础知识一、变压器1．理想变压器的构造、作用、原理及特征构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器．作用：在输送电能的过程中改变电压．原理：其工作原理是利用了电磁感应现象．特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压．2．理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：，忽略原、副线圈内阻，有U1＝E1，U2＝E2另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有由此便可得理想变压器的电压变化规律为在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有P1=P2而P1=I1U1P2=I2U2于是又得理想变压器的电流变化规律为由此可见：（1）理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别．）（2）理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想条件下的新的表现形式．3、规律小结（1）熟记两个基本公式：即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。
②P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。
（2）原副线圈中过每匝线圈通量的变化率相等．（3）原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样（4）公式中，原线圈中U1、I1代入有效值时，副线圈对应的U2、I2也是有效值，当原线圈中U1、I1为最大值或瞬时值时，副线圈中的U2、I2也对应最大值或瞬时值．（5）需要特别引起注意的是：①只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：②变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。
变压器电能的输送⑵功率关系：P 入=卩出_②有多个畐U 线圈时， U 1|1= U 2I 2+ U 3I 3+-+ U n I n . 知识点二、 远距离输电1 .输电过程(如图10-2 — 2所示)图 10— 2— 22. 电压损失(1) A U = U — U ' (2) A U = IR 3. 功率损失 ,2 P 2 (1) A P = P — P '(2) A P = I 2R = Q)2R4. 减少输电线上电能损失的方法(1) 减小输电线的电阻 R 线：由只线=总知，可采用加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线. (2) 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1•在变电站里，经常要用交流电表监测电网上的强电流•所用的器材叫电流互感器，如下图所示中知识点一、 理想变压器1 .构造(如图10-2- 1所示)变压器由原线圈、畐U 线圈和闭合铁芯组成.2.基本关系(1)电压关系:U1 n1U2 n2. 铁芯⑶电流关系：①只有一个副线圈时:11 = n212 = n1.，能正确反映其工作原理的是（ ）【解析】 电流互感器的工作目的是把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少、副线圈的匝数多, 监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中.【答案】 A 2.（2012 •新课标全国高考）自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分•一升压式自耦调压变压器的 电路如图10- 2-3所示，其副线圈匝数可调•已知变压器线圈总匝数为 1900匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220V 的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时，负载R 上的功率为2.0kW.设 此时原线圈中电流有效值为11,负载两端电压的有效值为 U 2,且变压器是理想的，则 U 2和11分别约 为（）A . 380 V 和 5.3 AB . 380 V 和 9.1 AC . 240 V 和 5.3 AD . 240 V 和 9.1 A确，选项A 、C 、D 错误.【答案】 B3 .图10- 2 — 4是远距离输电的示意图，下列说法正确的是 （ ）A . a 是升压变压器，b 是降压变压器B . a 是降压变压器，b 是升压变压器C . a 的输出电压等于b 的输入电压D . a 的输出电压等于输电线上损失的电压 【解析】 远距离输电先升压，再降压，选项 压等于b 的输入电压与损失的电压之和，选项C 、D 均错.【解析】 根据理想变压器电压比关系U1 U2 n1n2,代入数据解得副线圈两端的电压有效值U 2= 380 V ,因理想变压器原、畐U 线圈输入和输出的功率相等，即P 入=P 出=U 1I 1，解得11 = 2 X103220 A &9.1 A ，选项B 正 a 的输出电【答案】A4 •如图10—2 —5所示，一理想变压器的原副线圈匝数比为1, 正弦交流电源的内阻不计，电阻R i = R2= 4 Q, R2消耗的功率为P2= 100 W，则()A • R i消耗的功率为100 WB • R1、R2中的电流之比为1 : 5C .原线圈两端电压的最大值为100 VD .交流电源的输出功率等于100 W【解析】由变压器的功率关系和R1、R2中的电流之比为1 : 5, R2中电流为1 A,消耗的功率为4 W,选项B正确，A错误；副线圈的输出电压为20 V，原线圈两端电压的有效值为100 V，最大值为141 V ,交流电源的输出功率等于两电阻消耗功率之和，为104 W，选项C、D 错误.【答案】B理想变压器基本关系的应用1•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、|1、|2均为有效值.2. 理想变压器的三个制约关系(1) 输入电压U1决定输出电压U2.⑵输出电流|2决定输入电流|1.(3) 输出功率P2决定输入功率P1.例题1.如图10—2—6所示，一理想变压器原线圈的匝数n1= 1100匝，副线圈的匝数n2= 220匝，交流电源的电压u= 220 .'2sin (100 n ) V, R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是()A .交流电的频率为100 HzB .电压表的示数为44 VC.电流表A1的示数大于电流表A 2的示数D .变压器的输入功率大于输出功率【解析】由交流电源的电压u = 220 '2sin (100 n) V，可得交流电的频率为50 Hz，选项A错误.变压器输入电压为220 V，由变压公式知变压器输出电压为44 V，电压表的示数为44 V，选项B正确.根据变压器电流关系知，电流表A1的示数小于电流表A2的示数，选项C错误.根据理想变压器功率关系知, 变压器的输入功率等于输出功率，选项D错误.【答案】B【迁移应用】1. (多选)如图10—2—7理想变压器原副线圈匝数之比为4 : 1,原线圈接入一电压为u = U0S in cot的交流电源，副线圈接一个R= 27.5 Q的负载电阻.若U0= 220 .2 V,«= 100 nrad/s，则下述结论正确的是()增大，则副线圈上的电流增大，所以原线圈上的电流也增大，故 A 错误; 只将的匝数减少，则副线圈上的电压减小，电流减小，所以原线圈的电流也减小，故 S2从4拨向3时，副线圈B 正确；只将S 3从闭合 改为断开时，畐U 线圈上的电阻增大，电流减小，所以原线圈的电流也减小，故C 正确；只将滑动变阻器 R 3滑动触头下移时，副线圈的电阻减小，则电流增大，原线圈的电流也增大，故D 错误.【答案】 BC 【迁移应用】 2.（ 多选）（2013 • 广末）用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题.如图10-2-9，理想变压器的副线圈1 B •副线圈中输出交流电的周期为 乔厂s 100 nC •原线圈中电流表的读数为 0.5 AD •原线圈中的输入功率为110 .-'2 W【解析】 副线圈中电压表读数为副线圈电压的有效值 周期等于原线圈中交流电源电压的周期T =弩=50 s , B 错.原线圈中的电流11=罟2 = R^2 = 0.5 A , C对•原线圈中的输入功率 P = U011 = 110 W , D 错.【答案】 AC 变压器的动态分析问题含有变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律（电压、电流、功率关 系）;二是要遵循欧姆定律.首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判定，具体问题具体分析.例题2.（选）如图10-2-8所示，变压器初级线圈接电压一定的交流电，在下列措施中，能使原线圈所接电流表示 数变小的是（）A .只将S 1从2拨向1B .只将S 2从4拨向3C .只将S 3从闭合改为断开D .只将滑动变阻器R 3的滑动触头下移【解析】 只将开关S 1从2拨向1时，原线圈的匝数变少，根据电压与匝数成正比，副线圈上的电压A .副线圈中电压表的读数为 55 V5= n2U0 = 55 V , A 对.副线圈中交流电的 p 2n1上，通过输电线连接两只相同的灯泡L i和L2，输电线的等效电阻为R,原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法正确的是()A .灯泡L i两端的电压减小B •电阻R两端的电压增大C •副线圈输出电压减小D •原线圈输入功率减小【解析】当开关S闭合时，输电线上电流增大，电阻R两端的电压增大，灯泡L i两端的电压减小,选项A、B 正确.副线圈输出电压不变，原线圈输入功率增大，选项C、D 错误.【答案】AB远距离输电问题1•输电线路的特点和组成为了减少远距离输电过程中的电能损失，一般采用高压输电的模式，先用升压变压器将电压升高，将电输送到用电区后，再用降压变压器将高电压变成用电器所需的电压值，如图10-2 —10为输电过程的示意图.图10- 2- 102. 输电过程的电压关系和功率关系(1) 输电过程的电压关系⑵输电过程功率的关系例题3.学校有一台应急备用发电机，内阻为 r = 14,降压变压器的匝数比为 4 : 1，输电线的总电阻为 R = 4 Q,全校22个教室，每个教室用“ 220 V 40 W ”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，如图10-2 — 11所示，求：(1) 发电机的输出功率多大？ (2) 发电机的电动势多大？ (3) 输电线上损耗的电功率多大？【解析】 (1)所有灯都正常工作的总功率为： 用电器总电流为l 2'= P2= 5280 A = 24 A.I2 '输电线上的电流 丨1‘= I R = l 2= = 6 A.4降压变压器上 U 2= 4U 2‘= 880 V. 输电线上的电压损失为 U R = |R R = 24 V. 因此升压变压器的输出电压为UJ = U R + U 2= 904 V.Q, 升压变压器匝数比为122 X 6 X 40 W = 5 280W.输入电流为I i = 4l i '= 24 A. 所以发电机的输出功率为P 出=U i |i = 5 424 W.(2) 发电机的电动势 E = U i + l i r = 250 V. (3) 输电线上损耗的电功率 P R = IRR = i44 W. 【答案】 (i)5 424W (2)250 V (3)i44 W 【迁移应用】3. ( 多 选 )某小型水电站的电能输送示意图如图 iO —2- i2所示，发电机的输出电压为 220V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原副线圈匝数分别为n i 、n 2.降压变压器原副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)•要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )图 i0— 2— i2B •通过升压变压器原、副线圈电流的频率不同C •升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率D •若n 2增大，则输电线上损失的电压减小【解析】 要使额定电压为220 V 的用电器正常工作， 斗V 巴，选项A 错误；通过升压变压器原、副n2 n3线圈电流的频率相同，选项 B 错误；由于输电线发热损失，升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入 功率，选项C 正确•若n 2增大，则输电线上电流减小，损失的电压减小，选项【答案】 CD失分点：交变电流和变压器综合分析不准确例题 (20ii •福建高输入电压为U i =U1'226 V.ni A.n2= n4 n3考)图i0—2—i3甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n i : n2 = 5 :D正确.甲1电阻R= 20Q, L i、L 2为规格相同的两只小灯泡，S i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S i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= 20 _：2sin(50 n) VB •只断开S2后，L i、L2均正常发光C •只断开S2后，原线圈的输入功率增大D .若S i换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W【失误原因分析】(i)不能根据图象信息正确得到瞬时值表达式.⑵含变压器的交变电路的动态分析出现失误.【解析】由图乙知周期为0.02 s,因此输入电压的表达式为u= 20 '2sin(i00 n) V , A错；只断开S2, L i、L2两端的电压小于额定电压，都不能正常发光，B错；只断开S2，负载电阻变大，功率变小，C错；S i换接到2后，据P = 出和9入=马得R消耗的功率为0.8 W，故选D.R U 出n2【答案】D【即学即用】(20i2 •福建高考)如图i0 —2-i4所示，理想变压器原线圈输入电压u= U m sin cot，畐U线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.O V i 和O V2是理想交流电压表，示数分别用U i和U2表示；o A i 和O A2是理想交流电流表，示数分别用l i和12表示•下列说法正确的是()A • l i和|2表示电流的瞬时值B • U i和U2表示电压的最大值C .滑片P向下滑动过程中，U2不变、l i变大D •滑片P向下滑动过程中，U2变小、l i变小【解析】交流电表的示数为有效值，故A、B两项均错误；P向下滑动过程中，R变小，由于交流U2 |i n2 n2 电源、原副线圈匝数不变，U i、U2均不变，所以|2= 变大，由石=：，得l i = 1I2变大，故C项正R0 + R l2 ni ni确，D项错误.【答案】C。
第2讲变压器电能的输送必备知识·自主排查一、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________、________组成的．(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫________线圈．(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫________线圈．2．工作原理：电磁感应的________．3．理想变压器原、副线圈基本量的关系(1)功率关系：P入＝________．(2)电压关系：＝________．(3)电流关系：只有一个副线圈时，＝________．4．几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示．(2)互感器①电压互感器(n1>n2)：把高电压变成________，如图丙所示．②电流互感器(n1<n2)：把大电流变成________，如图丁所示．二、远距离输电1．减少输电电能损失的两种方法(1)减小输电线的电阻：根据电阻定律R＝ρ，要减小输电线的电阻R，在保证输电距离不变的情况下，可采用减小材料的________、增大导线的________等方法．(2)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________．2．远距离高压输电的分析(1)输电过程(如图所示)(2)输送电流①I＝＝.②I＝.(3)电压损失①ΔU＝U－U′.②ΔU＝________．(4)功率损失①ΔP＝P－P′.②ΔP＝________＝________＝.,教材拓展1.[人教版选修3－2P44T2改编]有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的．如果变压器的原线圈是1 140匝，副线圈是()A.1 081匝B．1 800匝C．108匝D．8 010匝2．[沪科版选修3－2P75T3]一理想变压器如图所示，其原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路．当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表的示数是10 mA，那么电流表的示数是()A．40 mAB．0C．10 mAD．2.5 mA3．[人教版选修3－2P50T3改编]从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用110 V和11 kV两种电压输电．两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A．100∶1B．1∶100C．1∶10D．10∶1关键能力·分层突破考点一理想变压器的工作原理和基本关系1．基本关系(1)理想变压器无漏磁，故原、副线圈中的ΔΦ相同．线圈无电阻，因此无电压降，副线圈两端电压U2＝n2，套在同一铁芯上的线圈，有＝＝＝….(2)无电能损失，因此P入＝P出，无论副线圈是一个还是多个，总有U1I1＝U2I2＋U3I3＋…，将电压关系代入可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋….(3)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．2．基本关系式中物理量之间的决定关系制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2(当U1和匝数比不变时，不论负载电阻R变化与否，U2不会改变)功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入(可简记为“用决定供”) 电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1角度1变压器基本关系的应用例1.[2021·广东卷，7]某同学设计了一个充电装置，如图所示．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0.2 s，电压最大值为0.05 V．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.下列说法正确的是() A．交流电的频率为10 HzB．副线圈两端电压最大值为3 VC．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命题分析试题情境属于基础性题目，以新型交流发电机和变压器为素材创设学习探索问题情境必备知识考查交变电流的基本物理量、理想变压器的原理及变压规律关键能力考查理解能力、推理论证能力．理解交变电流各物理量间关系和变压器原理学科素养考查物理观念、科学思维．要求考生掌握相关物理量间关系的前提下解决问题角度2多个副线圈的变压器例2.[2021·河北卷，8] (多选)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中．理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2.当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I.不计线圈电阻，下列说法正确的是()A．通过电阻R2的电流为B．电阻R2两端的电压为C．n0与n1的比值为D．发电机的功率为命题分析试题情境属于基础性题目，以交流发电机和变压器为素材创设学习探索问题情境必备知识考查理想变压器、变压器各物理量的关系关键能力考查理解能力、推理论证能力．理解有两个副线圈的变压器的工作原理学科素养考查物理观念、科学思维．要求考生抓住同一铁芯上两副线圈磁通量及变化相等解决问题角度3理想变压器的动态分析例3.[2021·湖北模拟]如图所示，理想变压器原线圈接入有效正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻．在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中()A.电流表A1示数减小B．电流表A2示数增大C．原线圈输入功率先增大后减小D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大[思维方法]分析变压器动态问题的基本思路跟进训练1.L1和L2是高压输电的两条输电线，现要通过变压器测量L1和L2之间的电压，如图的四种电路连接正确的是()2．升流器是电力部门和工矿企业的电器设备做电流负载试验及温升试验的专用设备，其工作原理简化如图所示．某次外接调压器进行伏安特性试验，升流器第一级T1的自耦线圈滑头P位于线圈中点，T2为第二级升流器，T1、T2均为理想变压器，不计线路电阻．当采集负载R的电流值为ab输入端电流值的10倍时，则第二级升流器T2的匝数比为()A．1∶5 B．3∶1 C．4∶1 D．5∶1考点二远距离输电分析远距离输电问题的三个关键1．理清三个回路2．抓住两个联系(1)回路1和回路2的联系——升压变压器→基本关系：＝＝，P1＝P2.(2)回路2和回路3的联系——降压变压器→基本关系：＝＝，P3＝P4.3．明确三个重要关联式(联系两个变压器的纽带)(1)功率关联式：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔUI线＝R线＝.(2)电压关联式：U2＝ΔU＋U3.(3)电流关联式：I2＝I线＝I3.例 4.[2021·山东卷，9](多选)输电能耗演示电路如图所示．左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压有效值为7.5 V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10 Ω.开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为10 W；接2时，匝数比为1∶2，R上的功率为P.以下判断正确的是()A．r＝10 ΩB．r＝5 Ω命题分析试题情境属于基础性题目，以输电能耗演示电路为素材创设学习探索问题情境必备知识考查理想变压器、输电过程中功率损耗和电压损失关键能力考查理解能力、推理论证能力．理解远距离输电过程的特点学科考查物理观念、科学思维．要求考生应用恒定电流知识解决变压素养器和远距离输电问题，即知识的迁移跟进训练3.(多选)寒冷的冬天为清除高压电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：通过降低输电电压的方式除冰．若正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，输电线损耗功率为P，除冰时，输电线损耗功率需变为100P，则除冰时(设输电功率和输电线电阻不变)() A．输电电流为100I B．输电电流为10IC．输电电压为D．输电电压为4．小明分别按图1和图2电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用．其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡获得的电压相等，两次实验中()A．都接直流电源B．A两端的电压相等C．A损耗的功率相等D．图1中A的电流较大考点三交变电流在生产、生活中的应用(STSE问题)素养提升情境1疫情防控(多选)疫情中某新建病房的供电系统可简化为如图所示的电路图．图中a、b所接的电源的内阻为r＝1 Ω，电动势e随时间的变化关系为e＝325 sin 100πt(V)；Ⅰ等效为病房中的照明电路，其等效电阻为22 Ω；Ⅱ等效为病房中的紫外线消毒电路，其等效电阻为10.5 Ω；Ⅲ等效为医护人员使用的生活区照明电路，其等效电阻为44 Ω.下列说法正确的是() A．当S1、S2、S3都断开时，电压表读数为220 VB．当S1闭合，S2、S3都断开时，电流表读数为10 AC．当S2闭合，S1、S3都断开时，电压表读数为210 VD．当S1、S3都闭合，S2断开时，电流表读数为20 A情境2手机无线充电随着科技的不断发展，手机无线充电技术也是现在的一个热门话题，而手机的无线充电原理图可以简化为图甲所示，实际上相当于一个变压器．技术是不断革新的，现在市面上又出现了一个无线充电器同时给两台或多台手机充电的技术，实际上相当于一个有多个副线圈的变压器，如图乙所示．若无线充电器转换器(原线圈)中的线圈匝数用n1表示，两端电压用U1表示，电流用I1表示，输入功率用P1表示，两台手机电力接收线圈(两个副线圈)中的线圈匝数分别用n2、n3表示，两端电压分别用U2、U3表示，电流分别用I2、I3表示，输出功率分别用P2、P3表示，若不计原、副线圈磁通量损失，下面关于无线充电器转换器和手机中的线圈匝数、电压、电流、功率关系正确的是()A．n1＝n2＋n3B．＝＝C．＝＝D．＝＝情境3风力发电新能源风力发电作为新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机的输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线的电阻为10 Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(2)用户得到的电功率．第2讲变压器电能的输送必备知识·自主排查一、1．原线圈副线圈(1)初级(2)次级2．互感现象3．P出4．(2)低电压小电流二、1．(1)电阻率横截面积(2)输电电压2．(3)IR(4)I2R R教材拓展1．解析：由题意知U1＝380 V，U2＝36 V，n1＝1 140，则＝得n2＝n1＝108.选项C正确．答案：C2．答案：B3．解析：由题意知输电线上的电流I＝，则输电线的总电阻造成的电压损失ΔU＝IR ＝，故＝＝＝＝，故选项A正确．答案：A关键能力·分层突破例1解析：交流电的周期为0.2 s，频率f＝＝5 Hz，A错误；根据变压器原、副线圈的电压规律可知＝，由于原线圈的电压最大值为0.05 V，故副线圈的电压最大值为3 V，B正确；变压器的输入电压由螺线管与永磁铁相对运动产生，故输入电压与永磁铁的磁场强弱有关，C错误；理想变压器的输入功率等于输出功率，D错误．答案：B例2解析：电阻R1两端的电压U1＝IR1，由变压器电压规律有＝，解得U2＝，则通过电阻R2的电流I2＝＝I，A错误，B正确；由题意可知发电机电动势的最大值E m＝NBSω＝2NBL2ω，电动势的有效值E＝＝NBL2ω，由变压器的电压规律有＝，所以＝＝，C正确；变压器的输入功率等于输出功率，所以发电机的功率P＝P1＋P2＝，D错误．答案：BC例3解析：由于原线圈所接有效电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出有效电压恒定，变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，则由欧姆定律得I2＝，可知副线圈的电流逐渐减小，由＝可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小，A正确，B错误；原线圈的输入功率为P入＝U1I1，由于I1逐渐减小，则原线圈的输入功率逐渐减小，C错误；由于副线圈的电流逐渐减小，则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小，又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小，则由并联分流规律可知，流过定值电阻的电流逐渐减小，则由公式P R＝I2R可知，定值电阻R消耗的电功率逐渐减小，D错误．答案：A1．解析：通过变压器测量L1和L2之间的电压，变压器原线圈应并联在L1和L2之间，由于电压表量程较小，变压器应为降压变压器，原线圈匝数应大于副线圈匝数，选项A正确．答案：A2．解析：本题考查理想变压器的物理量关系．设ab端的电流为I1，第二级升流器T2的输入端电流为I2，采集负载R的电流为I3，根据理想变压器的原理可知，＝＝，联立解得＝，由于I3＝10I1，可得k＝5，D正确．答案：D例4解析：左侧变压器副线圈上的电压U2＝3×7.5 V＝22.5 V，当开关S接1时，电阻R上的电压，即右侧变压器的副线圈上的电压U4＝＝10 V，电流I4＝＝1 A，则右侧变压器原线圈上的电压U3＝×10 V＝20 V，电流I3＝×1 A＝0.5 A，则r＝＝5 Ω，B项正确；当开关S接2时，设导线上的输电电流为I，则右侧变压器副线圈上的电流为0.5I，由右侧变压器原、副线圈上的电压关系可知＝，解得I＝3 A，则R上的功率P＝(0.5I)2R＝22.5 W，D项正确．答案：BD3．解析：输电线上损失的功率P＝I2R，而P′＝100P＝R，所以I1＝10I，选项A错误，B正确；输电功率不变，即有UI＝U1I1，则U1＝，选项C错误，D正确．答案：BD4．解析：由于变压器只能改变交变电流，因此图2中不可能接直流电源，A错误；T2是降压变压器，根据＝＞1，由于流过两个灯的电流相等，可知图2中流过A的电流较小，加在图2中A两端的电压较低，图2中A消耗的功率较小，B、C错误，D正确．答案：D情境1解析：由电动势E随时间的变化关系e＝325 sin 100πt(V)可知，电动势有效值为E＝230 V．当S1、S2、S3都断开时，路端电压等于电源电动势，所以电压表读数为230 V，A错误；当S1闭合，S2、S3都断开时，外电路电阻R1＝22 Ω，由闭合电路欧姆定律可知，电流表读数为I1＝＝A＝10 A，B正确；当S2闭合，S1、S3都断开时，外电路电阻R2＝10.5 Ω，由闭合电路欧姆定律可知，电流表读数为I2＝＝A＝20 A，电压表读数为U＝E－I2r＝230 V－20×1 V＝210 V，C正确；当S1、S3都闭合，S2断开时，外电路为Ⅰ和Ⅲ电路并联，则外电路电阻R3＝Ω，由闭合电路欧姆定律可知，电流表读数为I3＝＝A＝14.7 A，D错误．答案：BC情境2解析：本题结合生活中的变压器的应用，对多个副线圈的变压器的问题进行考查，进一步帮助学生理解变压器的工作原理．变压器原、副线圈匝数之间无特定关系，A错误；原、副线圈磁通量变化率相同，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与线圈匝数成正比，则两端电压与线圈匝数成正比，B正确；原、副线圈如果没有能量损失，满足P入＝P出，单个副线圈的情况下，满足U1I1＝U2I2，所以＝＝，电流与匝数成反比，多个副线圈的情况下，也满足P入＝P出，即P1＝P2＋P3，U1I1＝U2I2＋U3I3，n1I1＝n2I2＋n3I3，所以C、D 错误．答案：B情境3解析：(1)输电线损失的功率P损＝P×4%＝100 kW×4%＝4 kW输电线上的电流I2＝＝A＝20 A升压变压器输出电压U2＝＝V＝5×103 V升压变压器原、副线圈匝数比＝＝＝电压损失U损＝I2R线＝20×10 V＝200 V降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝4 800 V降压变压器原、副线圈匝数比＝＝(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率P用＝P－P损＝P(1－4%)＝96 kW.答案：(1)1∶20240∶11(2)96 kW素养聚焦：本题以风力发电作为新能源设置问题情境．要求考生认识科学·技术·社会·环境的关系，树立保护环境并推动社会可持续发展的责任意识．。
