高考物理一輪復(fù)習(xí)第十二章第2節(jié)變壓器電能的輸送課件

第2節(jié)變壓器電能的輸送一、理想變壓器兩個(gè)線圈

1.變壓器的構(gòu)造：如圖12-2-1所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的____________組成的.構(gòu)造圖符號(hào)圖12-2-1

(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級(jí)線圈. (2)副線圈：與________連接的線圈，也叫次級(jí)線圈. 2.變壓器的原理：電流通過(guò)原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng)，由于電流的________、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化.變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生__________，所以盡管兩個(gè)線圈之間沒(méi)有導(dǎo)線相連，副線圈也能夠輸出電流.互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ).大小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)負(fù)載

3.理想變壓器及其基本關(guān)系.理想變壓器(1)沒(méi)有“銅損”(線圈電阻為零，不發(fā)熱)(2)沒(méi)有“鐵損”(鐵芯中無(wú)渦流，不發(fā)熱)(3)沒(méi)有“漏磁”(磁通量全部集中在鐵芯中)(續(xù)表)P出n1n2n2n1率P損＝I2R線＝________，可知P損∝.二、遠(yuǎn)距離輸電I2R線電阻輸電電壓

1.根據(jù)P損＝__________，降低輸電損耗有兩種方法：

(1)減小輸電線的________. (2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸送功率一定的情況下，根據(jù)P＝UI，要減小電流，必須提高_(dá)_________. 2.遠(yuǎn)距離輸電的功率損失. (1)輸送功率一定時(shí)，線路電流I＝_____，輸電線上損失的功

1U2

PUP2R線

U2(2)遠(yuǎn)距離輸電中的功率關(guān)系：P輸＝P損＋P用.【基礎(chǔ)自測(cè)】1.判斷下列題目的正誤.(1)理想變壓器的基本關(guān)系式中，電壓和電流均為有效值.(

)(2)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率.()(3)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失.()(4)高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗.(

)(5)在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越大.()答案：(1)√

(2)×

(3)√

(4)√

(5)√

2.(多選，2023年廣東湛江二模)變壓器是輸配電的基礎(chǔ)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、城市社區(qū)等領(lǐng)域.某理想變壓器的簡(jiǎn)化模型如圖12-2-2所示，原線圈所接交流電源電壓的有效值不變，電流表和電壓表均為理想電表，若副線圈所接的負(fù)載電阻的阻值變大，則下列說(shuō)法正確的是()圖12-2-2

B.電源的輸出功率減小D.負(fù)載的電功率變大A.電壓表的示數(shù)變大C.電流表的示數(shù)變小答案：BC

3.如圖12-2-3甲所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1，RT

為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R1

為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流電表.原線圈所接電壓u隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示.下列說(shuō)法正確的是()甲乙圖12-2-3A.變壓器輸入、輸出功率之比為4∶1B.變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度之比為4∶1C.u隨t變化的規(guī)律為u＝51sin(50πt)VD.若熱敏電阻RT

的溫度升高，則電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大答案：D4.(2022年天津卷)低壓鹵素?zé)粼诩彝ル娐分惺褂脮r(shí)需要變壓器降壓.若將“12V50W”的交流鹵素?zé)糁苯油ㄟ^(guò)變壓器(視為理想變壓器)接入電壓為220V的交流電后能正常工作，則()B.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為55∶3C.流過(guò)鹵素?zé)舻碾娏鳛?.24AD.鹵素?zé)舻碾娮铻?68Ω解析：鹵素?zé)羯蠘?biāo)記的額定電壓12V即為鹵素?zé)魞啥说碾妷?/p>

非線性元件，電阻隨著電壓不同而改變，D錯(cuò)誤.

答案：B熱點(diǎn)1理想變壓器原理和基本關(guān)系[熱點(diǎn)歸納]1.理想變壓器的工作原理.2.理想變壓器的各量的制約關(guān)系.

考向1基本關(guān)系的應(yīng)用

【典題1】(2022年北京卷)某理想變壓器的原線圈接在220V的正弦交流電源上，副線圈輸出電壓為22000V，輸出電流為300mA.該變壓器()A.原、副線圈的匝數(shù)之比為100∶1B.輸入電流為30AD.原、副線圈交流電的頻率之比為1∶100變壓器不會(huì)改變交流電的頻率，故原、副線圈交流電的頻率之比為1∶1，D錯(cuò)誤.

答案：B方法技巧關(guān)于理想變壓器的四點(diǎn)說(shuō)明(1)變壓器不能改變直流電壓.(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率.(3)理想變壓器本身不消耗能量.(4)理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2

均為有效值.

考向2變壓器原線圈與用電器串聯(lián)的問(wèn)題

【典題2】(多選，2023年山東泰安二模)在如圖12-2-4甲所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2為定值電阻，且R2＝6Ω，R3為電阻箱.當(dāng)R3＝4Ω時(shí)，電阻R2

兩端電壓U2

隨時(shí)間變化的正弦曲線如圖乙所示.下列說(shuō)法正確的是()甲乙

圖12-2-4A.電阻R1

的阻值為100ΩB.電阻R1

的阻值為200ΩC.當(dāng)R3＝4Ω時(shí)，變壓器的輸出功率最大D.當(dāng)R3＝0Ω時(shí)，變壓器的輸出功率最大

答案：AD

考向3變壓器原線圈與用電器并聯(lián)的問(wèn)題

【典題3】如圖12-2-5所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶4，a、b兩端接到交流電源上，R1、R2為阻值相同的定值電阻.下列說(shuō)法正確的是()圖12-2-5答案：C匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況熱點(diǎn)2理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析常見(jiàn)的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電阻不變的情況.(續(xù)表)

考向1匝數(shù)比不變的情況

【典題4】(2022年廣東惠州調(diào)研)一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為311∶11，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖12-2-6甲，副線圈接如圖乙電路，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，下列說(shuō)法正確的是()甲乙圖12-2-6A.副線圈輸出電壓的頻率為200HzB.副線圈輸出電壓的有效值為11VC.P向右移動(dòng)時(shí)，變壓器原、副線圈的電流都增加D.P向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸入功率減小解析：由圖像可知，交流電的周期為T＝0.02s，變壓器不改50Hz，A錯(cuò)誤.原線圈的電壓的最大值為U1m＝311V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知U1m∶U2m＝n1∶n2＝311∶11，可得副線圈電壓B錯(cuò)誤.原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比，原、副線圈的匝數(shù)不變，輸入電壓不變，則副線圈兩端的電壓不變，P右移，滑動(dòng)變阻功率增加，則變壓器的輸入功率也增加.由P＝UI可知變壓器原、副線圈的電流都增加，C正確，D錯(cuò)誤.

答案：C思路導(dǎo)引由圖像得到周期、頻率、原線圈電壓的有效值，然后根據(jù)匝數(shù)比得到負(fù)線圈電壓的有效值，原副線圈匝數(shù)比不變的情況下，原副線圈的電流按相同的變化趨勢(shì)變化，由副線圈電阻的變化得到電流的變化和功率的變化，然后推及原線圈.

考向2匝數(shù)比變化的情況

【典題5】(2022年廣東深圳二模)如圖12-2-7，是某風(fēng)力發(fā)電節(jié)能路燈的電路簡(jiǎn)化圖.風(fēng)速為v時(shí)，交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為e＝2v·sinωt(V)，能感應(yīng)風(fēng)速大小的調(diào)節(jié)器(不消耗副線圈電路的電能)可以控制變壓器副線圈的滑片P上下移動(dòng)，使燈泡始終保持額定電壓正常發(fā)光，下列說(shuō)法正確的是()圖12-2-7A.風(fēng)速變大時(shí)，流過(guò)燈泡的電流變大B.風(fēng)速變大時(shí)，滑片P將向上移動(dòng)C.風(fēng)速變大時(shí)，變壓器的輸入電壓變大D.風(fēng)速變大時(shí)，變壓器的輸出電壓變大

解析：調(diào)節(jié)器可以控制變壓器副線圈的滑片P上下移動(dòng)，使燈泡始終保持額定電壓正常發(fā)光，所以風(fēng)速變大時(shí)，流過(guò)燈泡的電流不變，變壓器的輸出電壓不變，A、D錯(cuò)誤.由題意知e＝2v·sinωt(V)，所以風(fēng)速變大時(shí)，交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)變大，則變壓器的輸入電壓變大，C正確.由變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系U1U2＝n1n2可知，輸入電壓U1增大，輸出電壓U2不變，原線圈匝數(shù)n1

不變時(shí)，副線圈匝數(shù)n2

應(yīng)減小，則滑片P向下移動(dòng)，B錯(cuò)誤.

答案：C方法技巧含有變壓器的動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題的解題思路

熱點(diǎn)3常見(jiàn)的變壓器

1.自耦變壓器.

自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，它只有一個(gè)線圈，其中的一部分作為另一個(gè)線圈，當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí)，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用，如圖12-2-8所示.甲

乙圖12-2-8種類電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在交流電路中2.互感器.互感器分為電壓互感器和電流互感器，比較如下表所示：種類電壓互感器電流互感器副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯兂尚‰娏骼玫墓絀1n1＝I2n2(續(xù)表)

【典題6】如圖

12-2-9所示為某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖.發(fā)電站輸出的電壓U1

不變，升壓變壓器輸出電壓為U2，降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U3和U4.為了測(cè)高壓電路的電壓和電流，在輸電線路的起始端接入電壓互感器和電流互感器，若不考慮變壓器和互感器自身的能量損耗，所有的電表均為理想電表，則()圖12-2-9A.①為電流表，②為電壓表B.U2>U3C.僅將滑片Q下移，則輸電線損耗功率減少D.凌晨時(shí)分，用戶家的燈將變得更暗

解析：由題圖可知①接在火線和零線之間，為電壓表，②接在同一條線上，測(cè)得是電流，為電流表，A錯(cuò)誤.由于輸電線上有電壓降，所以U2>U3，B正確.僅將滑片Q下移，則輸電電壓U2增大，R不變，所以輸電電流I2增大，而輸電線損耗功率為ΔP＝，所以輸電線損耗功率增大，C錯(cuò)誤.凌晨時(shí)分，降壓變壓器的輸出端用電量減少，電路中的電流減小，則輸電線上的電壓降減小，則降壓變壓器的輸入電壓增大，用戶家的燈得到的電壓變大，將變得更亮，D錯(cuò)誤.答案：B

【典題7】(2023

年浙江金華聯(lián)考)如圖12-2-10為可調(diào)壓式自耦變壓器，在電壓U1保持不變的情況下，滑片P順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)適當(dāng))角度，滑片P′向上移動(dòng)適當(dāng)距離，則( A.U2將增大

B.U2

將不變

C.定值電阻R0

的熱功率減小

D.流經(jīng)定值電阻R0的電流不變圖12-2-10解析：由題意可知，滑片P順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)適當(dāng)角度，則副線圈兩端電壓與原線圈兩端電壓及匝數(shù)比有關(guān)，與副線圈電路的總電阻的大小無(wú)關(guān)，A、B錯(cuò)誤.副線圈兩端電壓U2減小，滑片P′向上移動(dòng)適當(dāng)距離，可知滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻增大，則副線圈回路的總電阻增大，副線圈回路中電流減小，流經(jīng)定值電阻R0

的電流減小，由P＝I2R0

可知，定值電阻R0

的熱功率減小，C正確，D錯(cuò)誤.

答案：C熱點(diǎn)4遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題[熱點(diǎn)歸納]1.理清三個(gè)回路(如圖12-2-11所示).圖12-2-11

回路1：發(fā)電機(jī)回路.該回路中，通過(guò)線圈1的電流I1

等于發(fā)電機(jī)中的電流I機(jī)；線圈1兩端的電壓U1等于發(fā)電機(jī)的路端電壓U機(jī)；線圈1輸入的電功率P1等于發(fā)電機(jī)輸出的電功率P機(jī).

回路2：輸送電路.I2＝I3＝I線，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3.

回路3：輸出電路.I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用.

2.抓住兩個(gè)聯(lián)系.

3.掌握兩種損耗.

【典題8】如圖12-2-12所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P＝100kW，發(fā)電機(jī)的電壓U1＝250V，經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻R線＝8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220V.已知輸電線上損失的功率P線＝5kW，假設(shè)兩個(gè)變壓)器均是理想變壓器，下列說(shuō)法正確的是(

圖12-2-12A.發(fā)電機(jī)輸出的電流I1＝40AB.輸電線上的電流I線＝625AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝190∶11D.用戶得到的電流I4＝455A25A，故B錯(cuò)誤.降壓變壓器原、副線圈得到的功率為P4＝P－P線＝95kW，根據(jù)理想變壓器電流與線圈匝數(shù)成反比關(guān)系，可得

答案：C方法技巧輸電線路功率損失的計(jì)算方法(1)P損＝P－P′，P為輸入功率，P′為用戶所得功率.(4)P損＝ΔUI線，ΔU為輸電線路上損失的電壓，I線為輸電線路上的電流.

特殊的變壓器模型 模型一含有兩個(gè)副線圈的變壓器

副線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，一般從原、副功率相等入手.由于電壓與匝數(shù)仍然成正比，副線圈的用電器為純電阻時(shí)，應(yīng)用額定功率，而原線圈的功率應(yīng)用P1＝U1I1，之后根據(jù)P1＝P2

求解相關(guān)量.

【典題9】(2023

年山東濟(jì)南開(kāi)學(xué)考)如圖12-2-13所示，理想變壓器上有三個(gè)線圈1、2、3，對(duì)應(yīng)的匝數(shù)分別為n1、n2、n3.線圈1連接交流電源和一個(gè)小燈泡，線圈2串聯(lián)兩個(gè)小燈泡，線圈3連接一個(gè)小燈泡.四個(gè)小燈泡完全相同且均正常發(fā)光，則線圈1、2、3的匝數(shù)n1∶n2∶n3

的比值為()圖12-2-13A.3∶1∶1B.2∶1∶1C.3∶2∶1D.4∶2∶1

解析：設(shè)每個(gè)燈泡額定電壓為U，額定電流為I，由于四個(gè)小燈泡完全相同且均正常發(fā)光，則I1＝I2＝I3＝I，線圈2串聯(lián)兩個(gè)小燈泡，線圈3連接一個(gè)小燈泡，燈泡都正常發(fā)光，U2＝2U3＝2U，＝3∶2∶1，n1∶n2∶n3＝3∶2∶1，選C.答案：