2024版高考物理一轮总复习专题十一交变电流第2讲变压器电能的输送课件

第2讲变压器、电能的输送一、理想变压器1.构造：如图所示，变压器是由闭合________和绕在铁芯上的两个________组成的.

(1)原线圈：与__________连接的线圈，也叫________线圈.

(2)副线圈：与________连接的线圈，也叫________线圈.

铁芯

线圈

交流电源

初级

负载

次级

2.原理：电磁感应的____________.

互感现象

P入＝P出

二、电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P'，用户的电压为U'，输电线总电阻为R.

IRI2R

横截面积

电阻率小

输电电压

(1)变压器对直流电没有变压作用.(2)当副线圈与用电器断开时，无电流通过副线圈，但副线圈两端仍存在电压.(3)采用增加导线的横截面积来减少输电线的电阻方法效果有限，因为加大输电线的横截面积会增加材料的使用量，而且输电线的重力增大给架设线路带来困难.1.[变压器匝数比]理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，下列说法正确的是(

)A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等，但穿过每匝线圈的磁通量并不相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D.正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1【答案】D2.[变压器原理]如图所示，P是电压互感器，Q是电流互感器，如果两个互感器的变压比和变流比都是50，电压表的示数为220V，电流表的示数为3A，则输电线路中的电压和电流分别是(

)A.11000V，150A B.1100V，15AC.4.4V，16.7A D.4.4V，0.06A【答案】A

4.[变压器动态变化]如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a，b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2A，电流表A2的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是(

)A.电压表V1示数增大B.电压表V2、V3示数均增大C.该变压器起升压作用D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动【答案】D

【解析】电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，两线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，B错误；理想变压器满足U1I1＝U2I2，则U1ΔI1＝U2ΔI2，因ΔI2＞ΔI1，故U2＜U1，变压器为降压变压器，C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，D正确.

2.原、副线圈中物理量之间的决定关系(1)电压决定关系：输入电压U1决定输出电压U2.(2)电流决定关系：输出电流I2决定输入电流I1.(3)功率决定关系：输出功率P2决定输入功率P1.(4)频率关系：原、副线圈中电流的频率相同.例1

(2021年广东卷)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0.2s，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，下列说法正确的是(

)A.交流电的频率为10HzB.副线圈两端电压最大值为3VC.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【答案】B

2.(2022年山东卷)如图所示的变压器，输入电压为220V，可输出12V、18V、30V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos(100πt)V.单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1V.将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12W.下列说法正确的是(

)A.n1为1100匝，Um为220VB.BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4AC.若将R接在AB两端，R两端的电压为18V，频率为100HzD.若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5A，周期为0.02s【答案】D

3.(2022年湖北卷)(多选)近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示.发射线圈的输入电压为220V、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为50匝.若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其他损耗，下列说法正确的是(

)A.接收线圈的输出电压约为8VB.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同【答案】AC

考点2理想变压器的动态分析[能力考点]1.匝数比不变的情况

2.负载电阻不变的情况

例2如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同.在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是(

)A.L1先变暗后变亮，L2一直变亮B.L1先变亮后变暗，L2一直变亮C.L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗【答案】A

1.(2022年湖南卷)如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源.定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端.理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I.下列说法正确的是(

)A.保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变B.保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大C.保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大D.保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小【答案】B

2.(2022年揭阳联考)(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1、R3为定值电阻，R2为NTC型热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为70V的电容器，所有电表均为理想电表.下列判断正确的是(

)A.单刀双掷开关与A连接时，若传感器R2所在处温度升高，则A1的示数变大，A2的示数减小B.单刀双掷开关与B连接时，副线圈两端电压的频率为25HzC.当单刀双掷开关由A→B时，电容器C不会被击穿D.其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍【答案】AC

考点3远距离输电[能力考点]1.理清三个回路远距离输电网的基本结构如图所示.在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是连接不同回路的桥梁.

3.掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将电能输送给线圈1(n1)，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户.

1.(2022年华师附中测试)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【答案】B

小实验*探究变压器电压与线圈匝数的关系1.实验步骤(1)如图所示，把两个线圈套到可拆变压器的铁芯上.一个线圈作为原线圈，连到学生电源的交流输出端.另一个作为副线圈，两端可以不接用电器.(2)闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量两个线圈两端的电压，测量时，先用量程比较大的交流电压挡，例如交流50V挡，如果电压读数表明实际电压不太大，可以改用较小一级的电压挡.测量完毕时断开学生电源的开关.(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录下每次的两个电压值.(4)保持电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值.

例4在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.(1)以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号).

(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；原线圈与副线圈对调后，当U'1＝8V时，U'2＝32V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是__________.

变式

(2022年南京模拟)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验.(1)以下给出的器材中，本实验需要用到的有__________.(填选项字母)

ABCD(2)下列说法正确的是__________.

A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12VD.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好(3)实验中，可拆变压器如图所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成，硅钢片应平行于平面__________.

A.abcd B.abfe C.abgh D.aehd(4)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的________(填“平均”“有效”或“最大”)值；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为__________.

甲

乙(5)若用匝数N1＝400匝和N