第2講　變壓器　電能的輸送 講義

1、.第2講變壓器電能的輸送見學生用書P173微知識1 變壓器原理1構造和原理如下圖1主要構造：由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。2工作原理：電磁感應的互感現(xiàn)象。2理想變壓器的根本關系式1電壓關系：，假設n1n2，為降壓變壓器；假設n1n2，為升壓變壓器。2電流關系：，只適用于只有一個副線圈的情況。3互感器1電壓互感器，用來把高電壓變成低電壓。2電流互感器，用來把大電流變成小電流。特別提醒1假如變壓器沒有漏磁和能量損失，這樣的變壓器是理想變壓器。2變壓器只能改變交變電流的電流和電壓，不能改變恒定電流的電流和電壓。微知識2 電能的輸送1輸電損耗1功率損失：設輸電電流為I，輸電線的電阻為R，那么功率損失

2、為PI2R。2降低輸電損耗的兩個途徑。一個途徑是減小輸電線的電阻。由電阻定律R可知，在輸電間隔 一定的情況下，為減小電阻，應當用電阻率小的金屬材料制造輸電線。此外，還要盡可能增加導線的橫截面積。另一個途徑是減小輸電導線中的電流，由PUI可知，當輸送功率一定時，進步輸電電壓可以減小輸電電流。2遠間隔 輸電過程的示意圖如下圖對理想變壓器，各物理量的關系為P1P2，P2P損P3，P3P4P用。，U2U3U線，。n1I1n2I2，I2I線I3，n3I3n4I4。一、思維辨析判斷正誤，正確的畫“，錯誤的畫“×。1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。×2正常工作的變

3、壓器當副線圈與用電器斷開時，副線圈兩端無電壓。×3變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈輸入的電流隨之增大。4變壓器原線圈中的電流由副線圈中的電流決定。5高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗。二、對點微練1變壓器的工作原理及應用一電器中的變壓器可視為理想變壓器，它將220 V交變電流改變?yōu)?10 V。變壓器原線圈匝數(shù)為800，那么副線圈匝數(shù)為A200 B400C1 600 D3 200解析由變壓器變壓比，可知n2n1×800400，B項正確。答案B2遠間隔 輸電多項選擇在如下圖的遠間隔 輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的

4、電阻均不變。隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，以下說法正確的有A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大解析此題考察變壓器、遠間隔 輸電，意在考察考生的推理才能。設升壓變壓器的匝數(shù)比為N1，降壓變壓器的匝數(shù)比為N2，發(fā)電廠輸出電壓為U1，輸出功率為P1，那么升壓變壓器的輸出電壓為N1U1，輸電線中的電流為，輸電線損耗的功率為，降壓變壓器輸出電壓為，輸電線上損耗的功率占總功率的比例為，可見，當輸出功率P1增大時，比例增大，選項C、D正確。答案CD見學生用書P174微考點1理想變壓器根本關系的應用核|心|微|講1關于理想變壓器的四點說

5、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理想變壓器根本關系中的U1、U2、I1、I2均為有效值。2制約關系1電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定。2功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定。3電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定。典|例|微|探【例1】2019·北京如下圖，理想變壓器的原線圈接在u220sin100tV的交流電源上，副線圈接有R55 的負載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為21，電流表、電壓表均為理想電表。以下說法正確的選項是A原線圈的輸入功率為220 WB電流

6、表的讀數(shù)為1 AC電壓表的讀數(shù)為110 VD副線圈輸出交流電的周期為50 s【解題導思】1理想變壓器的電壓比和電流比與匝數(shù)的關系？答：電壓比，電流比。2副線圈輸出交變電流的頻率與原線圈中交變電流的頻率的關系？答：相等。解析電表的讀數(shù)均為有效值，因此在原線圈兩端電壓有效值為220 V，由理想變壓器原副線圈兩端電壓與線圈匝數(shù)成正比，因此副線圈兩端電壓有效值為110 V，應選項C錯誤；流過電阻R的電流為2 A，可知負載消耗的功率為220 W，根據(jù)能量守恒可知，原線圈的輸入功率為220 W，應選項A錯誤；由PUI可知，電流表的讀數(shù)為1 A，應選項B正確；由交變電流瞬時值表達式可知100，因此周期為T0

7、.02 s，應選項D錯誤。答案B1變壓器只能改變交流電壓和電流，不能改變直流電壓，不能改變交流電的頻率。2理想變壓器的原線圈和副線圈中功率相等，電流的關系是根據(jù)此關系推導出來的，當副線圈有多組時，也應該根據(jù)此關系推導。題|組|微|練1如下圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221，V和A均為理想電表，燈泡電阻RL6 ，AB端電壓u112sin100tV。以下說法正確的選項是A電流頻率為100 HzBV的讀數(shù)為24 VCA的讀數(shù)為0.5 AD變壓器輸入功率為6 W解析由2f得f50 Hz，A項錯誤；原線圈電壓有效值U112 V，由得U26 V，B項錯誤；I21 A，C項錯誤；P1P2U2I26

8、W，D項正確。答案D2多項選擇如下圖，一理想變壓器的副線圈為雙繞組，兩燈泡L1、L2規(guī)格完全一樣，額定電壓為5 V，原線圈中接入正弦式交變電壓u10sin100tV，假設只閉合開關S1，電流表示數(shù)為0.2 A，假設只閉合開關S2，燈泡L2恰好正常發(fā)光，電流表示數(shù)為1.25 A，那么A兩副線圈匝數(shù)比為n2n325B只閉合開關S1時，燈泡L1消耗的功率為2.5 WC假設兩開關同時閉合，電路消耗的總功率為14.5 WD假設兩開關同時閉合，燈泡L1比燈泡L2亮解析開關分別閉合時，n1I1n2I2、n1I1n3I3、I2、I3、，聯(lián)立得，A項對；由題知，得，所以只閉合開關S1時，燈泡L1兩端電壓為2 V

9、，通過的電流為1 A，消耗的功率為2 W，B項錯；假設兩開關同時閉合，滿足U1I10U2I2U3I3，代入數(shù)據(jù)得I10I1I11.45 A，即電路消耗的總功率為PU1I1014.5 W，C項對；假設兩開關同時閉合，通過兩燈泡電流與原來一樣，即燈泡L1比燈泡L2暗，D項錯。答案AC微考點2理想變壓器的動態(tài)分析核|心|微|講1匝數(shù)比不變的情況如圖1U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不管負載電阻R如何變化，U2也不變。2當負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化。3I2變化引起P2變化，P1P2，故P1發(fā)生變化。2負載電阻不變的情況如圖1U1不變，發(fā)生變

10、化，故U2變化。2R不變，U2改變，故I2發(fā)生變化。3根據(jù)P2，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1P2，故P1變化，P1U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化。典|例|微|探【例2】如下圖電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器?，F(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，那么以下說法正確的選項是A電壓表V1示數(shù)增大B電壓表V2、V3示數(shù)均增大C該變壓器起升壓作用D變阻器滑片是沿cd的方向滑動【解題導思】1變壓器原線圈兩端電壓由電源決定還是由副線圈所接電路決定？答：由所接電源決定。

11、2在副線圈和用電器構成的回路中副線圈能看成是無內阻的電源嗎？答：利用等效法可以把副線圈看成一無內阻的電源。解析對于理想變壓器，原線圈電壓決定副線圈電壓，所以V1、V2示數(shù)均不變，A、B項錯誤；A1、A2中電流與原、副線圈中電流一樣，由I1I2n2n1，可知n1n2，為降壓變壓器，C項錯誤；副線圈所連接的電路電壓不變，電流變大，那么電阻變小，即滑動變阻器沿cd的方向滑動，D項正確。答案D【反思總結】分析動態(tài)問題的思路題|組|微|練3如下圖的電路中，有一自耦變壓器，左側并聯(lián)一只理想電壓表V1后接在穩(wěn)定的交流電源上；右側串聯(lián)燈泡L和滑動變阻器R，R上并聯(lián)一只理想電壓表V2。以下說法正確的選項是A假設

12、F不動，滑片P向下滑動時，V1示數(shù)變大，V2示數(shù)變小B假設F不動，滑片P向下滑動時，燈泡消耗的功率變小C假設P不動，滑片F(xiàn)向下挪動時，V1、V2的示數(shù)均變小D假設P不動，滑片F(xiàn)向下挪動時，燈泡消耗的功率變大解析假設F不動，滑片P向下滑動時，滑動變阻器接入電路中的電阻變大，那么副線圈回路中總電阻變大，那么回路中電流減小，燈泡兩端電壓減小，功率變小，滑動變阻器兩端電壓變大，V2的示數(shù)變大，而原線圈兩端電壓不變，那么A項錯誤，B項正確；假設P不動，滑片F(xiàn)向下挪動時，根據(jù)理想變壓器特點可知原線圈兩端電壓不變，副線圈兩端電壓減小，那么副線圈回路中電流變小，燈泡L消耗的功率減小，電壓表V2的示數(shù)變小，C、

13、D項錯誤。答案B4多項選擇圖甲為理想變壓器的示意圖，其原、副線圈的匝數(shù)之比為41，電壓表和電流表均為理想電表。假設發(fā)電機向原線圈輸入圖乙所示的正弦交流電，圖中Rt為NTC型熱敏電阻阻值隨溫度升高而變小，R1為定值電阻。以下說法正確的選項是A交流電壓u的表達式為u36sin50t VBt0.01 s時，發(fā)電機線圈中穿過的磁通量最大CRt溫度升高時，變壓器的輸入功率變小DRt溫度升高時，電壓表的示數(shù)不變、電流表的示數(shù)變大解析原線圈接的是題圖乙所示的正弦交流電，由題圖知最大電壓為36 V，周期為0.02 s，故角速度是100 rad/s，u36sin100t V，故A項錯誤；t0.01 s時，感應電

14、動勢為0，線圈處于中性面位置，發(fā)電機線圈中穿過的磁通量最大，B項正確；Rt溫度升高時，副線圈中的電阻減小，由于原、副線圈電壓均不變，故電壓表示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大，故輸出功率變大，理想變壓器的輸入、輸出功率相等，故輸入功率變大，C項錯誤，D項正確。答案BD微考點3遠間隔 輸電核|心|微|講處理遠間隔 輸電問題的一般思路步驟1畫出電能輸送的原理草圖，如下圖。2以變壓器鐵芯為界限區(qū)分各個回路，各回路獨立，運用歐姆定律，分析回路中的電壓、電流和功率等問題。3各回路間通過變壓器的匝數(shù)比、電壓比、電流比和原、副線圈輸入功率與輸出功率一樣的關系相聯(lián)絡。4在計算輸電線上的功率損失時，思路應該是P損I2R

15、P送P用，絕對不能用P損。典|例|微|探【例3】圖為遠間隔 輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓uUmsint的交流電源，假設輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，那么該電阻上損失的電功率為A.B.C422rD422r【解題導思】1升壓變壓器的原線圈和副線圈兩端電壓各是多少？答：原線圈兩端電壓U1，副線圈兩端電壓U2U1。2輸電線電阻上消耗的功率如何計算？答：輸電線損失功率P損I2·2r，且I。解析電源提供的交流電最大值為Um，因此有效值U1，經過升壓變壓器，根據(jù)，得U2，輸電電流I，所以輸

16、電線上損失的功率PI2·2r422r，C項正確。答案C題|組|微|練5多項選擇如下圖的遠間隔 輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器且都有一個線圈可調，發(fā)電廠的輸出電壓及輸電線的電阻均不變。在用電頂峰期，隨著用戶耗電量的增大導致實際用戶電壓偏低，為使用戶電壓到達正常，以下說法正確的選項是AP1上調一點可使用戶電壓升高，線路損失減小BP1下調一點可使用戶電壓升高，線路損失增大CP2上調一點可使用戶電壓升高，線路損失增大DP2下調一點可使用戶電壓升高，線路損失減小解析根據(jù)變壓器原理，P1上調，n1增大，由可知U2減小，導致U3、U4都減小，故A項錯誤；P1下調，n1減小，U4

17、增大，I4增大，I3增大即輸電電流增大，那么由PI2R可知，線路損失增大，故B項正確；P2下調，U4減小，D項錯誤；P2上調，U4增大，線路損失增大，C項正確。答案BC6多項選擇如下圖，有一臺交流發(fā)電機E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠處用戶供電，輸電線的總電阻為R。T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4。設T1的輸入電壓U1一定，當用戶消耗的電功率變大時，那么AU2減小，U4變大BU2不變，U3變小CP1變小，P2變小DP2變大，P3變大解析此題考察遠間

18、隔 輸電及理想變壓器的根本知識，解決此題的關鍵是對變壓器的工作原理的掌握和閉合電路歐姆定律的應用。由理想變壓器輸出功率決定輸入功率可得，當用戶功率增大時，升壓變壓器的輸入功率必增大，即P1增大，輸入電壓U1為定值不變，升壓變壓器的匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故輸出電壓U2不變，由于P1增大，由P1U1I1P2U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由閉合電路歐姆定律：U3U2I2R，故U3減小，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，所以隨U3減小，U4減小，A、C項錯誤，B項正確；由于用戶功率增加，即P4增加，理想變壓器無功率損耗可得P3P4，功率P3也增加，故D項正確。答案BD見學生用書P176三種特殊

19、的理想變壓器模型素能培養(yǎng)1自耦變壓器高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器又稱調壓器，它只有一個線圈，其中的一部分作為另一個線圈，當交流電源接不同的端點時，它可以升壓也可以降壓，變壓器的根本關系對自耦變壓器均適用，如下圖。2互感器分為電壓互感器和電流互感器，比較如下：經典考題一自耦變壓器如下圖，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈。在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點順時針旋轉到N點的過程中AU2>U1，U2降低BU2>U1，U2升高C

20、U2<U1，U2降低DU2<U1，U2升高解析根據(jù)變壓器原、副線圈兩端電壓和原、副線圈匝數(shù)的關系式有，這里n2<n1，所以U2<U1。在將滑動觸頭從M點順時針旋轉到N點的過程中，n2變小，n1不變，而原線圈兩端電壓U1也不變，因此U2降低，選項C正確。答案C對法對題1有一種調壓變壓器的構造如下圖。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，C、D之間加上輸入電壓，轉動滑動觸頭P就可以調節(jié)輸出電壓。圖中A為交流電流表，V為交流電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，C、D兩端接正弦交流電源，變壓器可視為理想變壓器，那么以下說法正確的選項是A當R3不變，滑動觸頭P順時針轉動時，

21、電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小B當R3不變，滑動觸頭P逆時針轉動時，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小C當P不動，滑動變阻器滑動觸頭向上滑動時，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小D當P不動，滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時，電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)變大解析當R3不變，P順時針轉動時，nMN減小，由，知UMN減小，那么電壓、電流表讀數(shù)均減小，A項正確，同理知B項錯；當P不動時，匝數(shù)nMN不變，輸出電壓UMN不變，滑動觸頭向上滑動，R3阻值變大，根據(jù)串反并同，得電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小，C項錯誤，同理知D項也錯誤。答案A2如下圖，M、N為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線

22、示意圖，以下說法正確的選項是 A在乙圖中，線圈N4的導線一定比線圈N3的導線粗B甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表C甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表D甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表解析甲圖為電壓互感器、乙圖為電流互感器。由此判斷C項正確；乙圖中N3對應大電流，匝數(shù)少，可使用較粗導線繞制，減少能量損失。N4對應小電流，匝數(shù)多，相對N3來說，可使用較細導線繞制，故A項錯。答案C見學生用書P1761.多項選擇如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓一樣的燈泡a和b，當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。以下說法正確的選項是A原、副線圈匝數(shù)比為

23、91B原、副線圈匝數(shù)比為19C此時a和b的電功率之比為91D此時a和b的電功率之比為19解析因為兩燈泡額定電壓一樣且均正常發(fā)光，且輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍，所以理想變壓器的輸入、輸出電壓比為91，由理想變壓器變壓規(guī)律可知，原、副線圈的匝數(shù)比為91，A項正確，B項錯誤；由理想變壓器變流規(guī)律可知，原、副線圈的電流比為19，由電功率PUI可知，a和b的電功率之比為19，C項錯誤，D項正確。答案AD2多項選擇如下圖，發(fā)電機單匝線圈邊長為abacbdL0.2 m，在磁感應強度B T的勻強磁場中繞cd軸以角速度1 100 rad/s勻速轉動，c、d兩端點與變壓器相接，副線圈向“220 V,30 W燈泡L供電，假設燈泡均正常工作，變壓器視為理想變壓器，導線電阻不計，那么以下說法正確的選項是A變壓器的原副線圈的匝數(shù)比為15B線圈由圖示位置向紙外轉動，第一次轉到與紙面垂直的過程中在原線圈中產生逆時針方向的感應電流C線圈從圖示的位置轉過時，cd邊兩端電壓為UcdBL2D假設原線圈輸電線接220 A的熔絲，那么可使322盞白熾燈正常發(fā)光解析單匝線圈在勻強磁