变压器电能的输送教材

基础知识梳理一、变压器1．变压器的构造：如图所示，变压器是由_________和绕在铁芯上的_______________组成的．闭合铁芯两个线圈(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫_____线圈．(2)副线圈：与_____连接的线圈，也叫______线圈．2．变压器的原理：电流通过原线圈时铁芯中激发磁场，由于电流的______、_______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．___________是变压器工作的基础．3．理想变压器：没有________的变压器，即______功率等于__________功率．初级负载次级大小方向感应电动势互感现象能量损失输入输出P入＝P出U2I2＋U3I3＋…＋UnIn自耦变压器5．几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器高电压低电压大电流小电流电压互感器作用：将高压变为低压实际电压为电压表的读数乘铭牌的变压比U1=U2(U1/U2)接地是为了安全电流互感器作用：将大电流变为小电流，实际上是升压变压器。实际电流为电流表的读数乘铭牌的变流比I1=I2(I1/I2)接地是为了安全(1)变压器能否改变恒定电流的电压？提示：(1)不能．由变压器的原理可知恒定电流通过原线圈时不能产生变化的磁场，副线圈铁芯中的磁通量就不会变化，副线圈中就不会有感应电动势．(2)变压器能否改变交流电的频率？提示：不能．因为原、副线圈中磁通量的变化情况相．思考感悟理想变压器①没有能量损失②没有磁通量损失基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入＝P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流关系①只有一个副线圈：电流和匝数成反比②多个副线圈：由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和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和匝数比决定【特别提醒】(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据．(2)变压器的以上关系都是根据“口”字型的变压器推出的．如果变压器不是“口”字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系．【例1】

如图所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中n1接到220V的交流电源上，n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路．已知通过电阻R3的电流I3＝2A，电阻R2＝110Ω，求通过电阻R2的电流和通过原线圈的电流．1A

0.7AAB二、理想变压器动态分析问题1．匝数比不变的情况(如图)二、理想变压器动态分析问题1．匝数比不变的情况(如图)2．负载电阻不变的情况(如图)名师点睛：(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈相当于电源．(2)对理想变压器，要注意能量守恒定律的应用．3．分析动态问题的思路程序可表示为即时应用图10－2－5①保持P的位置不变，S由b切换到a②保持P的位置不变，S由a切换到b③S掷于b位置不动，P向上滑动④S掷于b位置不动，P向下滑动A．①③

B．①④C．②③

D．②④解析：选A.保持P的位置不变，S由b切换到a，副线圈匝数增加，输出电压增大，输出功率增大，则输入功率增大；S掷于b位置不动，P向上滑动，电阻减小，电流增大，输出电压不变，输出功率增大，输入功率增大．故①③说法正确．理想变压器的动态分析问题，大致有两种情况：一是负载电阻不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，输入和输出功率P1、P2随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况．不论哪种情况都要注意：1．根据题意弄清变量与不变量2．弄清变压器动态变化的决定关系(2)输入功率与输出功率的关系在理想变压器中，由于能量的损失忽略不计，其输入功率P1和输出功率P2相等，P1＝P2.理想变压器的输入功率P1决定于输出功率P2，即P2增大时，P1增大；P2减小时，P1减小．当变压器有多个副绕组时P1＝P2＋P3＋……【例2】

如图所示，理想变压器输入端PQ接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正确的是(

)A．当滑片c向b端移动时，变压器输入功率变大B．当滑片c向a端移动时，电流表A1的示数将减小，电压表V的示数不变C．当滑片c向b端移动时，电流表A2的示数将变大，电压表V的示数也变大D．滑片c不动，将开关S由1掷向2时，三个电表A1、A2、V的示数都变大D【反思】

关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：(1)负载电阻不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比变化而变化．(2)匝数比不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化．无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系——U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定．(2010·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AD1.(2010年高考重庆理综卷)一输入电压为220V，输出电压为36V的变压器副线圈烧坏．为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原线圈接到220V交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为1V．按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为(

)

A．1100,360

B．1100,180C．2200,180D．2200,360即时应用B

二、电能的输送(如下图所示)1．电压损失(1)ΔU＝U－U′(2)ΔU＝

IRI2R

2．如图所示，在某交流电路中，有一正在工作的理想变压器，原、副线圈的匝数分别为n1＝600匝、n2＝120匝，电源电压u＝311sin(100πt)V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝，为保证保险丝不被烧毁，则(

)A．负载功率不能超过44WB．副线圈中电流的最大值不能超过1AC．副线圈中电流的有效值不能超过1AD．副线圈中电流的有效值不能超过0.2AAC3．(2010·高考福建卷)中国已投产运行的1000kV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500kV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1000kV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(

)A1.一般电路模式(如下图所示)3．一般解题思路(1)画出输电线路图，将已知量和未知量标在图中相应位置；(2)以升压变压器和降压变压器原、副线圈为参考将输电线路划分为几个独立回路；(3)根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路电学量之间的关系；(4)根据升压、降压原、副线圈的电压、电流关系和功率关系列式求解．【特别提醒】几个回路的分析顺序要据题给条件而定，可按“发电机→升压变压器→输电线→降压变压器→用电器”分析，也可以从“用电器”到“发电机”的顺序分析．事实上，“输电线”部分往往是问题的突破口．【例3】

某小型发电站的发电机输出交流电压为500V，输出电功率为50kW，如果用电压为3Ω的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？497∶221∶10

200V

2×104W

(2010·高考浙江卷)某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW.现用500kV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2.0×105AB．输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻B三、麦克斯韦电磁场理论1．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生

，变化的电场能够在周围空间产生 ．电场磁场2．电磁场变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场．(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场(这种电场叫感应电场或涡旋电场，与由电荷激发的静电场不同．它的电场线是闭合的，它的存在与空间有无导体或闭合电路无关)，变化的电场能够在周围空间产生磁场．(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指的是相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等，或者说磁感应强度(或电场强度)对时间的变化率为一定值．(3)不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场．(4)振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．(5)变化的磁场产生的电场方向可以利用楞次定律来确定．●成功体验1．(2009·四川理综)关于电磁波，下列说法正确的是(

)A．雷达是用X光来测定物体位置的设备B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．变化的电场可以产生变化的磁场D1.电磁波与机械波的相同点(1)都具有周期性．(2)都具备波的特性，如反射、折射、干涉和衍射．(3)波长、波速、频率关系式相同，即v＝λf.2．电磁波与机械波的区别区别电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生纵、横波横波纵波或横波波速①在真空中等于光速(很大)

②在透明介质中传播速度比真空中小，且频率越大，波速越小①在空气中很小(如声波为340m/s)

②在固体、液体中传播速度比在空气中大，与频率无关介质需要不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能【特别提醒】(1)电磁场理论经常结合电磁感应现象考查；(2)利用电磁波进行信息传播和航天器、卫星的控制是本部分内容出现于计算题的命题方式，注意其传播速度等于光速，且在均匀介质或太空中沿直线传播．【例4】

1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论，他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度，1887年德国物理学家赫兹用