第2講 變壓器 電能的輸送高考物理總復(fù)習(xí)新教材版

第6講變壓器電能的輸送

「教材閱讀指導(dǎo)］

(對應(yīng)人教版新教材選擇性必修第二冊頁碼及相關(guān)問題)

勵(lì)P59閱讀［科學(xué)漫步］。

P603；

懣［練習(xí)與應(yīng)用。T4O

提示：T3：1600OT4：副線圈。因?yàn)楦本€圈中電流大于原線圈中電流。

P62［思考與討論］,如何降低P損更有效？

提示：P損=尸八/一定，一變?yōu)樵瓉淼?，則P損變?yōu)樵瓉淼膅；一一定，/變

為原來的;，則P損變?yōu)樵瓉淼?所以減小輸電電流對降低輸電損耗更有效。用

戶的用電功率「一定的情況下，則應(yīng)提高輸電電壓。

10P65［練習(xí)與應(yīng)用］12。

提示：將輸電電壓U誤認(rèn)為輸電線上的電壓降。

BP67［復(fù)習(xí)與提高］B組T3。

220V—/i7?川/|小

提示：列出原、副線圈兩端的電壓關(guān)系、電流關(guān)系一直一=油，片==，

進(jìn)而求解。(1)66V;(2)1:9o

物理觀念問顧與重建|

物理觀念1理想變壓器

1.構(gòu)造：如圖所示。變壓器由回1閉合鐵芯和網(wǎng)繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組

成。

、芯

(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫網(wǎng)初級線圈。

(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫畫次級線圈。

2.工作原理：電磁感應(yīng)的廚互感現(xiàn)象。

3.理想變壓器的基本關(guān)系式

(1)功率關(guān)系：「入=「出。

⑵電壓關(guān)系：得琮。若〃1>〃2,為廚降壓變壓器;若〃1<〃2,為51升壓變

壓器。

(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)，*=畫筆；有多個(gè)副線圈時(shí)，〃山=〃2h

+〃3〃+…+rinlnc

物理觀念2遠(yuǎn)距離輸電

1.降低輸電損耗的兩個(gè)途徑

減少輸電損耗的理論依據(jù)：P損=產(chǎn)八

(1)減小輸電線的電阻：根據(jù)電阻定律r=p《，要減小輸電線的電阻乙在輸電

距離一定的情況下，可采用減小材料的叵1電阻率、增大導(dǎo)線的畫橫截面積的方

法。

(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)P=U/,要減小

電流，必須提高畫輸電電壓。

2.遠(yuǎn)距離高壓輸電的分析

(1)輸電過程(如圖所示)

(2)輸送電流

?1=~u=Tr~°

(3)電壓損失

①kU=U-U'o

②△。=畫女。

(4)功率損失

①"=P-P'O

②AP=|-05]/2r=[o6]f^2r=。

物理觀念3實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系L實(shí)驗(yàn)器材

可拆變壓器、低壓交流電源、兩只多用電表、導(dǎo)線若干、開關(guān)。

2.實(shí)驗(yàn)思路

保持原線圈輸入的電壓一定，先保持原線圈的匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù),

研究其對副線圈電壓的影響。然后再保持副線圈的匝數(shù)不變，研究原線圈的匝數(shù)

對副線圈電壓的影響。

3.畫出實(shí)驗(yàn)電路圖

畫出實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。電路圖上要標(biāo)出兩個(gè)線圈的匝數(shù)、原線圈欲加電

壓的數(shù)值。要事先推測副線圈兩端電壓的可能數(shù)值。

4.畫出數(shù)據(jù)記錄表格

記錄數(shù)據(jù)的表格如表1、表2所示。

表1：保持原線圈匝數(shù)小不變

n\

51V

n2

5/V

表2:保持副線圈匝數(shù)〃2不變

ni

Ui/V

〃2

5/V

Z必備知識夯實(shí)

-堵點(diǎn)疏通

1.變壓器不但可以改變交流電壓，也可以改變穩(wěn)恒直流電壓。（）

2.理想變壓器的基本關(guān)系式中，電壓和電流均為有效值。（）

3.高壓輸電的目的是增大輸電的電流。（）

4.在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸送過程中損失的功率越小。

（）

5.變壓器原線圈中的電流由副線圈中的電流決定。（）

6.變壓器副線圈兩端的電壓由原線圈兩端的電壓決定。（）

答案1.X2.V3.X4.X576.V

二對點(diǎn)激活

1.（人教版選擇性必修第二冊P60-T2改編）有些機(jī)床為了安全，照明電燈用的

電壓是36V,這個(gè)電壓是把380V的電壓降壓后得到的。如果變壓器的原線圈是

1140匝，副線圈是（）

A.1081匝B.1800匝

C.108匝D.8010匝

答案C

解析由關(guān)境得〃2=^^=108,故C正確。

2.（人教版選擇性必修第二冊》60F5改編）（多選）如圖是街頭變壓器通過降壓

給用戶供電的示意圖，變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，當(dāng)滑動(dòng)變阻器式的

滑片向下移動(dòng)時(shí)，下列說法正確的是（）

A.⑨讀數(shù)不變，0讀數(shù)不變

B.①讀數(shù)變大，①讀數(shù)不變

C.0讀數(shù)變大，?讀數(shù)變小

D.O讀數(shù)不變，⑻讀數(shù)不變

答案AC

解析輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，不變，所以⑨讀數(shù)不變，由卷=￡知，?

讀數(shù)不變，故A正確；滑動(dòng)變阻器R的滑片下移，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變

小，用戶電路總電阻變小，故耕賣數(shù)變大，小由，2決定，〃小=〃2/2,所以?讀數(shù)

變大，“變大，則R）分壓變大，故笆讀數(shù)變小，所以C正確，B、D錯(cuò)誤。

3.（人教版選擇性必修第二冊P65-T3改編）從發(fā)電站輸出的功率為220kW,輸

電線的總電阻為0.05Q,用220V和11kV兩種電壓輸電。兩種情況下輸電線上

由電阻造成的電壓損失之比為（）

A.50：1B.1：50

C.1：5D.5：1

答案A

解析輸電線上的電流/=￡,則輸電線上由電阻造成的電壓損失△〃=〃=

Pr上11X10350生人

=

U,故AU2=UI=2201'故選A°

4.（人教版選擇性必修第二冊R5T5改編）（多選）如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電示意

圖，其中水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為100kw,發(fā)電機(jī)的電壓為250V。通過升壓

變壓器升高電壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻為8Q,在用戶端用降壓變壓器把

電壓降為220Vo要求在輸電線上損失的功率控制為5kW（即用戶得到的功率為

95kW）0下列說法正確的是（）

A.輸電線上通過的電流為25A

B.降壓變壓器的輸入電壓為4000V

C.升壓變壓器的匝數(shù)比為七

D.降壓變壓器的匝數(shù)比為智

答案AC

解析輸電線上通過的電流==A=25A,A正確；輸電線

P

上損失的電壓U損=/2H=25X8V=200V,升壓變壓器的輸出電壓5=石=

100X103

—又一V=4000V,則降壓變壓器的輸入電壓。3=U2-U損=4000V-200V=

3800V,B錯(cuò)誤；升壓變壓器的匝數(shù)比￡=卷=端=七，C正確；降壓變壓器

L?3__3800_190n轉(zhuǎn)'口

的匝數(shù)比〃4--220一U，D錯(cuò)I天。

核心素養(yǎng)

考點(diǎn)1理想變壓器的工作原理和基本關(guān)系?

［科學(xué)思維梳理］

1.變壓器的工作原理

原、副線圈的0、/相同

2.基本關(guān)系

(1)無漏磁，故原、副線圈中的。相同。

(2)線圈無電阻，因此無電壓降，副線圈兩端電壓U2=〃2后。

(3)根據(jù)合等得，套在同一鐵芯上的線圈，有卷考=案=…。

(4)無電能損失，因止匕「入=尸出，無論副線圈是一個(gè)還是多個(gè)，總有t/i/i=Uih

+U3I3+…，將電壓關(guān)系代人可得n\l\=n2h+nj,h+…。

(5)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。

(6)理想變壓器基本關(guān)系中的U、/均為有效值。

3.基本關(guān)系式中物理量之間的決定關(guān)系

原線圈電壓a和匝數(shù)比決定副線圈電壓a(當(dāng)〃和匝數(shù)比不

電壓

變時(shí)，不論負(fù)載電阻用變化與否，a不會(huì)改變)

制約關(guān)

副線圈的輸出功率產(chǎn)出決定原線圈的輸入功率戶入(可簡記為

系功率

“用決定供”)

電流副線圈電流A和匝數(shù)比決定原線圈電流1\

例1(2020.全國卷111)(多選)在圖a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,Ri、R、R3均為固定電阻，R2

=10Q,&=20Q,各電表均為理想電表。已知電阻&中電流『2隨時(shí)間f變化的

正弦曲線如圖b所示。下列說法正確的是()

A.所用交流電的頻率為50Hz

B.電壓表的示數(shù)為100V

C.電流表的示數(shù)為1.0A

D.變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0W

［答案］AD

［解析］變壓器不改變交流電的頻率，故所用交流電的頻率等于電流心的頻

率，即/=彳=而二=5。Hz,A正確；通過&電流的有效值為/2=黃=1A,

根據(jù)歐姆定律可知，R2兩端的電壓即副線圈兩端的電壓，為。2=/2&=1X10V

=10V,根據(jù)理想變壓器的電壓規(guī)端=票，可知原線圈兩端的電壓為Ui=段5

=10X10V=100V,電壓表示數(shù)即電阻R1兩端的電壓，為Uv=Uo-Ui=22OV

-100V=120V,B錯(cuò)誤；電流表的示數(shù)即通過品的電流，為/A=^=$A=

0.5A,C錯(cuò)誤；變壓器傳輸?shù)碾姽β始锤本€圈電路的總功率，為尸=(/2+/A)S=

(1+0.5)X10W=15.0W,D正確。

［關(guān)鍵能力升華］

1.變壓器原線圈所在電路中含有負(fù)載問題的分析

(1)將原線圈看成用電器，在原線圈電路中可應(yīng)用串并聯(lián)電路規(guī)律、閉合電路

歐姆定律等。

(2)要求解原線圈電路中負(fù)載的電流、電壓和功率，一般需先求副線圈中的電

流，然后根據(jù)理想變壓器原、副線圈的電流關(guān)系求得原線圈電路中的電流，進(jìn)而

求解通過負(fù)載的電流。

原、副線圈的電流關(guān)系往往是解決問題的突破口。

2.含有多個(gè)副線圈的變壓器的電路分析

副線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，一般從原、副線圈的功率相等入手。利用Pi

=尸2+尸3+…，結(jié)合原副線圈電壓關(guān)系、歐姆定律等分析。

3.變壓器與二極管相結(jié)合的分析

當(dāng)副線圈回路中含有二極管時(shí)，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，二極管只有一

半時(shí)間導(dǎo)通，經(jīng)過二極管后的輸出電壓的有效值與副線圈兩端交流電壓的有效值

不相等，應(yīng)根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。

［對點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（自耦變壓器）（2021.湖南省株洲市高三二模）自耦變壓器被客運(yùn)專線以及重

載貨運(yùn)鐵路等大容量負(fù)荷的供電廣泛采用。圖為一種自耦變壓器的原理圖，現(xiàn)將

它作為升壓變壓器使用，且要使得用電器得到更高的電壓，則應(yīng)將（）

A.交流電源接在a、b兩個(gè)接線柱上，滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

B.交流電源接在a、b兩個(gè)接線柱上，滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

C.交流電源接在c、d兩個(gè)接線柱上，滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

D.交流電源接在c、d兩個(gè)接線柱上，滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

答案C

解析作為升壓變壓器，原線圈匝數(shù)比副線圈匝數(shù)少，所以交流電源接在c、

d兩個(gè)接線柱上。為了使用電器得到更高的電壓，應(yīng)增大副線圈匝數(shù)或減小原線

圈匝數(shù)，所以滑動(dòng)觸頭P應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)以減小原線圈匝數(shù)。故選C。

2.（含多個(gè)副線圈的變壓器）（多選）如圖，理想變壓器原線圈匝數(shù)為N,有兩個(gè)

接有阻值均為R的電阻的獨(dú)立副線圈甲、乙?，F(xiàn)測得線圈甲上的電流為人，線圈

乙上的電流為4原線圈電壓為U。貝火）

A.甲線圈匝數(shù)為方N

B.乙線圈匝數(shù)為總N

C.原線圈電流為L+12

、、衣+而

D.原線圈電流為一一R

答案AD

UN

解析甲線圈兩端電壓5=hR,根據(jù)理想變壓器原理五=而可得，甲線圈的

匝數(shù)為〃i=^N,同理可得乙線圈匝數(shù)為〃2=器孔故A正確，B錯(cuò)誤；設(shè)原線

八，月+近

圈中電流為/,由輸入功率等于輸出功率可得〃/=/初+/殂，解得/=一廠已故

C錯(cuò)誤，D正確。

3.（副線圈含二極管的變壓器）（2021.江蘇省徐州市高三下5月考前模擬）如圖

甲所示，為半波整流電路，在變壓器的輸出電路中有一只整流二極管，已知原、

副線圈的匝數(shù)比為11：1,電阻R=10Q,原線圈的輸入電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系

如圖乙所示，貝女）

A.電壓表V］的讀數(shù)為28V

B.電壓表V2的讀數(shù)為20V

C.電流表A的讀數(shù)為0.18A

D.原線圈的輸入功率P=20W

答案D

解析由圖乙可知，原線圈輸入電壓的有效值為Uo=220V,根據(jù)原、副線

圈匝數(shù)比與電壓比的關(guān)系有詈=器解得Ui啜Uo$X22OV=20V,所以電

壓表Vi的讀數(shù)為20V,A錯(cuò)誤；由于二極管具有單向?qū)щ娦?，只有半個(gè)周期有

電流，故有創(chuàng)產(chǎn)義得=$XT,解得5=1麗V,即電壓表V2的讀數(shù)為1即V,

B錯(cuò)誤；流過R的電流為/2=*=喀A=L4A,則原線圈的電流/°=。2=0.13

A,即電流表A的讀數(shù)為0.13A,C錯(cuò)誤；原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出

功率，即P0=Pi=R=20W,D正確。

考點(diǎn)2理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析fl

［科學(xué)思維梳理］

常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電

阻不變的情況。

1.匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)

力不變,負(fù)載R變化

(DUi不變，根據(jù)口=￡,輸入電壓Ui決定輸出電壓仿，可以得出不論負(fù)載

電阻R如何變化，5不變。

(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，/2變化，根據(jù)輸出電流A決定輸入電流九可以

判斷力的變化。

(3)/2變化引起P2變化，根據(jù)P=P2,可以判斷Pl的變化。

2.負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示)

Hi

⑴Ui不變，示發(fā)生變化，5變化。

(2)/?不變，S變化，上發(fā)生變化。

(3)根據(jù)P2=華和P|=P2,可以判斷P2變化，P1變化，因U1不變，故發(fā)

生變化。

3.分析動(dòng)態(tài)問題的步驟

(Jj"2"R巾裁Pi=I9U9

一~------------>/———~

U,決定2決定2決定2

決定1決定

例2（2021.福建高考）某住宅小區(qū)變壓器給住戶供電的電路示意圖如圖所

示，圖中R為輸電線的總電阻。若變壓器視為理想變壓器，所有電表視為理想電

表，不考慮變壓器的輸入電壓隨負(fù)載變化，則當(dāng)住戶使用的用電器增加時(shí)，圖中

各電表的示數(shù)變化情況是（）

A.Ai增大，V2不變，V3增大

B.Ai增大，V2減小，V3增大

c.A2增大，V2增大，V3減小

D.A2增大，V2不變，V3減小

［答案］D

［解析］不考慮變壓器的輸入電壓隨負(fù)載變化，即變壓器原線圈的輸入電壓

5=Uvi不變,根據(jù)粘琛可知，變壓器副線圈的輸出電壓U2=UV2不變；當(dāng)住

戶使用的用電器增加時(shí)，用電器的總電阻R用變小，由/2二石7丁可知，變壓器副

線圈的電流，2=/A2變大，而由43=。2-/27?可知UV3減小；由理想變壓器的規(guī)

律。/=。2/2可知，變壓器原線圈的電流h=小變大。綜合上述分析可知A1增

大，A2增大，V2不變，V3減小，故選D。

［關(guān)鍵能力升華］

原線圈含有用電器的動(dòng)態(tài)分析技巧

圖甲中當(dāng)R2變化時(shí)如何判斷原線圈中人的變化情況？我們可以把圖甲等效

畫成圖乙。

氏

哈&??&，聯(lián)立得:一）叫白招%

這樣若當(dāng)&變大時(shí)，知R變大，則Ui變大，八變小,方便極了！

［對點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（匝數(shù)比、負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)問題）（2021.河北省高三二輪復(fù)習(xí)聯(lián)考（一））（多選）

圖甲為疫情期間某醫(yī)院使用的應(yīng)急發(fā)電機(jī)，圖乙為它服務(wù)于應(yīng)急供電系統(tǒng)簡易原

理圖，不計(jì)發(fā)電機(jī)中矩形線圈的電阻，它工作時(shí)繞軸在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁

場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖中有一降壓變壓器，它的副線圈上有一滑動(dòng)觸頭P可上下移動(dòng)，

若用R）表示右側(cè)輸電線電阻，則下列說法正確的是（）

A.若發(fā)電機(jī)矩形線圈某時(shí)刻處于圖示位置，則矩形線圈此時(shí)磁通量變化最

快

B.若發(fā)電機(jī)矩形線圈穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)，流過R）的電流

將變小

C.當(dāng)用戶數(shù)目增多時(shí)，為使用戶電壓保持不變，滑動(dòng)觸頭P應(yīng)向下滑動(dòng)

D.若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速減為原來的一半，用戶獲得的功率也將減為原來的

一半

答案BC

解析圖乙中線圈位于中性面，磁通量變化率為0,A錯(cuò)誤。P向上滑動(dòng)時(shí),

〃2減小，5減小，根據(jù)歐姆定律可知/2也減小，B正確。當(dāng)用戶數(shù)目增多，總電

阻減小，副線圈電流會(huì)增大，品兩端電壓增大，用戶電壓減小，若使用戶電壓保

持不變，需要增大副線圈兩端的電壓，所以滑片應(yīng)往下滑，C正確。由Em=nBSco.

5照、￡=意及串聯(lián)電路電壓分配規(guī)律知，若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速減為原來的一

U21

半，則用戶電壓也減為原來的一半，由尸=元知用戶獲得功率減為原來的不D錯(cuò)

誤。

2.（原線圈電路含負(fù)載的動(dòng)態(tài)問題）（2021.湖南高考）如圖，理想變壓器原、副

線圈匝數(shù)比為〃1：〃2,輸入端。、。接入電壓有效值恒定的交變電源，燈泡L、

L2的阻值始終與定值電阻Ro的阻值相同。在滑動(dòng)變阻器R的滑片從a端滑動(dòng)到b

端的過程中，兩個(gè)燈泡始終發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是（）

A.Li先變暗后變亮，L2一直變亮

B.Li先變亮后變暗，L2一直變亮

C.L先變暗后變亮，L2先變亮后變暗

D.Li先變亮后變暗，L2先變亮后變暗

答案A

解析副線圈電路的總電阻為&=

(Ro+&p>(Ro+RPI)(R)+&p>(R)+Rp?

則滑動(dòng)變阻器R的滑片從a端滑

(Ro+RaP)+(Ro+Rpb)2Ro+R

到。端的過程中，副線圈電路的總電阻先增大后減?。辉€圈間的等效電阻為R

等,則等效電阻先增大后減??；由歐姆定律有/i=

U

,則人先減小后增大，Li先變暗后變殼；根據(jù)Ui=U-/iR）,S=滔/i,

/?（）+R等

5

可知副線圈兩端電壓5先增大后減??；通過L2的電流為人2=而右，R”逐漸

減小，則偽增大過程中心增大,仍減小過程中,通過島的電流為如=",

凡P逐漸增大，則加）逐漸減小，而/2==此時(shí)增大，貝1J任=/2-癡也增大，即

/L2一直增大，乙2一直變亮。故A正確。

考點(diǎn)3遠(yuǎn)距離輸電鐲

［科學(xué)思維梳理］

1.遠(yuǎn)距離輸電問題的分析方法

對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)f升壓變壓器f遠(yuǎn)距離輸電線f降壓變壓器

一用電器”這樣的順序，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”一步一步進(jìn)行分析。

2.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以下圖為例)

<——?

升壓變壓器降壓變壓器

(1)功率關(guān)系：P1=P2,P3=P4,P2=P^+P3O

⑵電壓、電流關(guān)系：瓦=￡=［，元=:=才02=△"+S,，2=，3=/線。

P，Palh-。3

⑶輸電電流：/線=瓦=,=R線。

(4)輸電線上損耗的電功率

產(chǎn)損=/線=&R線=(%)R線。

當(dāng)輸送的電功率一定時(shí)，輸電電壓增大到原來的〃倍，輸電線上損耗的功率

就減小到原來的點(diǎn)。

例3(2020.浙江7月選考)如圖所示，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Ui=250V,經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻

R線=8。，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為"=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，下列說法正確的是()

%__I1口

___jH

升壓變壓器降壓變壓器

A.發(fā)電機(jī)輸出的電流人=40A

B.輸電線上的電流/線=625A

C.降壓變壓器的匝數(shù)比〃3：〃4=190：11

D.用戶得到的電流/4=455A

［答案］C

［解析］根據(jù)電功率公式2=口，可知發(fā)電機(jī)輸出的電流外三=400A,A

錯(cuò)誤；輸電線上損失的功率P線=5kW,由P線=星火線,可得/25A,

故B錯(cuò)誤；降壓變壓器得到的功率即用戶得到的功率為丹=P-P線=95kW,則

用戶得到的電流/4=￡=M詈心432A,D錯(cuò)誤；根據(jù)理想變壓器電流與線圈

匝數(shù)成反比，可得窘介岑C正確。

［關(guān)鍵能力升華］

解決遠(yuǎn)距離輸電問題應(yīng)注意下列幾點(diǎn)

(1)畫出輸電電路圖。

(2)注意升壓變壓器副線圈中的電流與降壓變壓器原線圈中的電流相等。

(3)輸電線長度等于輸電距離的2倍。

(4)計(jì)算線損功率一般用P損=所/?線。

(5)分析遠(yuǎn)距離輸電的動(dòng)態(tài)問題時(shí)，可參照分析變壓器動(dòng)態(tài)問題的方法，將降

壓變壓器及負(fù)載整體(或升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器及負(fù)載整體)等效成一

個(gè)電阻，利用閉合電路的規(guī)律分析。

［對點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.(遠(yuǎn)距離輸電的計(jì)算)(2020?全國卷II)(多選)特高壓輸電可使輸送中的電能

損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)

從A處采用550kV的超高壓向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為AP,到達(dá)8

處時(shí)電壓下降了在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，

改用1100kV特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率變?yōu)锳P',到達(dá)8處時(shí)電壓

下降了。不考慮其他因素的影響，貝女)

,1,1

A.\p'=評B.=尹

,1,1

C.MJ'D.\U'=］△"

答案AD

解析輸電電壓為550kV時(shí)，輸電線上損耗的電功率損失的電

壓△"=￡「，當(dāng)輸電電壓變?yōu)?100kV,即變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，輸電線上損耗的

電功率變?yōu)?向2.「=^公。，損失的電壓變?yōu)?而/=24。，故A、D

正確。

2.（遠(yuǎn)距離輸電的動(dòng)態(tài)問題）（2021.廣東省肇慶市高三下第二次統(tǒng)一測試）一小

型水電站通過升壓變壓器和降壓變壓器給某生活區(qū)供電，發(fā)電機(jī)組輸出電壓恒定,

輸電線電阻R保持不變。該生活區(qū)夜晚用電量大于白天用電量，則夜晚與白天比

較（）

升壓變壓器降壓變壓器

A.發(fā)電機(jī)的輸出功率不變

B.用戶獲得的電壓升高

C.輸電線上損失的功率減小

D.降壓變壓器輸出電壓降低

答案D

解析生活區(qū)夜晚用電量大于白天用電量，所以對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的輸出功率夜

晚大于白天，A錯(cuò)誤；夜晚輸電線上電流比較大，輸電線上的電壓損失比較大，

所以用戶獲得的電壓變低，B錯(cuò)誤；夜晚輸電線上電流比較大，根據(jù)P損=尸火線,

輸電線上損失的功率變大，C錯(cuò)誤；夜晚輸電線上電流比較大，輸電線上的電壓

損失比較大，所以降壓變壓器輸入電壓降低，對應(yīng)的降壓變壓器輸出電壓也降低,

D正確。

考點(diǎn)4實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

［科學(xué)探究梳理］

1.實(shí)驗(yàn)操作步驟

(1)組裝可拆變壓器。

(2)按電路圖連接電路，注意原線圈一側(cè)接低壓交流電源。

(3)原、副線圈各取一定的匝數(shù)，閉合開關(guān)，用多用電表測出原、副線圈兩端

的電壓，將數(shù)據(jù)記入設(shè)計(jì)的表格。

(4)保持原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，用多用電表測出原、副

線圈兩端的電壓，將一系列數(shù)據(jù)記入設(shè)計(jì)的表格1。

(5)保持副線圈的匝數(shù)不變，多次改變原線圈的匝數(shù)，用多用電表測出原、副

線圈兩端的電壓，將一系列數(shù)據(jù)記入設(shè)計(jì)的表格2。

(6)先將兩個(gè)多用電表從電路中斷開，然后斷開交流電源的開關(guān)，拆除電路。

(7)將多用電表的選擇開關(guān)置于交流電壓最大量程擋或“OFF”位置，整理器材。

2.分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

原、副線圈上的電壓之比近似等于它們的匝數(shù)之比。

3.誤差分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有嚴(yán)格遵從實(shí)驗(yàn)結(jié)論所述規(guī)律，是因?yàn)?/p>

(1)實(shí)驗(yàn)變壓器工作時(shí)存在多種損耗：

①變壓器線圈通過電流時(shí)會(huì)發(fā)熱；

②鐵芯在交變磁場的作用下會(huì)發(fā)熱；

③交變電流產(chǎn)生的磁場不可能完全局限在鐵芯內(nèi)。

(2)多用電表的讀數(shù)存在誤差等。

4.實(shí)驗(yàn)操作的注意事項(xiàng)

(1)連接電路后要由同組的幾位同學(xué)分別獨(dú)立檢查，并經(jīng)過確認(rèn)。只有這時(shí)才

能接通電源。

(2)為了保證人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V;即

使這樣，通電時(shí)也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。

(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋試

測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。

⑷先拆除多用電表，再斷開開關(guān)，以免燒壞電表。

例4(2021?北京市通州區(qū)高三一模)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“探究變壓器原、

副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。

(1)下列實(shí)驗(yàn)器材必須要用的有(選填字母代號)。

A.干電池組B.學(xué)生電源

C.多用電表D.直流電壓表

E.滑動(dòng)電阻器F.條形磁體

G.可拆變壓器(鐵芯、兩個(gè)已知匝數(shù)的線圈)

(2)下列說法正確的是_____(選填字母代號)。

A.為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)

B.要研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，應(yīng)該保持原線圈電壓、匝數(shù)不

變，改變副線圈的匝數(shù)

C.測量電壓時(shí)，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷?/p>

進(jìn)行測量

D.變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈

(3)該同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到了如下表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表中小、“2分別為原、副

線圈的匝數(shù)，⑦、。2分別為原、副線圈的電壓，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得到的實(shí)

驗(yàn)結(jié)論是：____________________________________________________________

實(shí)驗(yàn)次數(shù)九1/匝〃2/匝Ui/Vt/2/V

1160040012.12.90

280040010.24.95

340020011.95.92

［答案1⑴BCG(2)BC(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比

等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即守境

［解析］(1)實(shí)驗(yàn)中，必須要用學(xué)生電源提供交流電；學(xué)生電源本身可以調(diào)節(jié)

電壓，無需滑動(dòng)變阻器；需要用多用電表測量交流電壓；本實(shí)驗(yàn)不需要用條形磁

體，須用可拆變壓器來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；綜上所述，需要的實(shí)驗(yàn)器材為B、C、Go

(2)為確保實(shí)驗(yàn)安全，應(yīng)該使輸出電壓小于輸入電壓，則實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝

數(shù)大于副線圈匝數(shù)，故A錯(cuò)誤；要研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，應(yīng)該保

持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，進(jìn)而測得副線圈電壓，找出相應(yīng)

關(guān)系，故B正確；為了保護(hù)電表，測量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程擋試測，大

致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量，故C正確；變壓器的工作原理是電磁

感應(yīng)現(xiàn)象，若不計(jì)各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁

場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到傳遞磁場能的作用，不是靠鐵芯導(dǎo)電來傳輸電能，故

D錯(cuò)誤。

(3)通過數(shù)據(jù)分析可得，在誤差允許的范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于原、

副線圈的匝數(shù)之比，即裔堪。

［關(guān)鍵能力升華］

(1)只有理解實(shí)驗(yàn)原理及人身和器材的安全要求，才能正確選擇實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)

計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。

(2)本實(shí)驗(yàn)用的是多用電表的交流電壓擋，應(yīng)復(fù)習(xí)多用電表的有關(guān)知識。

(3)對本實(shí)驗(yàn)作數(shù)據(jù)分析和誤差分析時(shí)，要注意可拆變壓器與理想變壓器的區(qū)

別。

［對點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

在“探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，

(1)為了確保實(shí)驗(yàn)的安全，下列做法正確的是o

A.為了人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過12V

B.連接好電路后，可不經(jīng)檢查電路是否正確，直接接通電源

C.因?yàn)槭褂秒妷狠^低，通電時(shí)可用手直接接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱

D.為了多用表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋試測

(2)某同學(xué)在完成上述實(shí)驗(yàn)后，采用如圖甲所示的電路測量變壓器原線圈的電

阻(阻值較小)，為保證電路中各元件安全，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，首先應(yīng)斷開(填

選項(xiàng)字母)。

A.導(dǎo)線AB.導(dǎo)線B

C.開關(guān)CD.導(dǎo)線D

(3)如圖乙,當(dāng)左側(cè)線圈間接入12V交變電壓時(shí)，右側(cè)線圈“0”“4”接

線柱間輸出的電壓可能是

A.6VB.4.3V

C.2.1V

答案(1)D(2)A(3)C

解析(1)為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V,

故A錯(cuò)誤；連接好電路后，要先檢查電路是否正確，然后再接通電源，B錯(cuò)誤；

為了保證人體安全，即使使用電壓較低，通電時(shí)，也不可直接用手接觸裸露的導(dǎo)

線、接線柱，故C錯(cuò)誤；為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，應(yīng)先

用最大量程擋試測，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量，故D正確。

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先把電壓表從電路中斷開，否則在斷開開關(guān)瞬間，線圈由

于自感會(huì)產(chǎn)生較高的電壓燒毀電壓表，故應(yīng)先斷開導(dǎo)線A,故A正確。

(3)當(dāng)左側(cè)線圈間接入12V交變電壓時(shí),設(shè)左側(cè)線圈的匝數(shù)為16〃，

右側(cè)線圈接“0”“4”接線柱時(shí)，右側(cè)線圈的匝數(shù)為4〃，其中“為某一個(gè)常數(shù)；理想

變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系為：*=如果是理想變壓器，則

“0”“4”接線柱間輸出的電壓是3V,實(shí)驗(yàn)中考慮到漏磁、繞組導(dǎo)線中產(chǎn)生的焦耳熱

等因素，所以“0”“4”接線柱間輸出的電壓要小于3V,故A、B錯(cuò)誤，C正確。

課時(shí)作業(yè)

一、選擇題（本題共8小題，其中第1?6題為單選，第7?8題為多選）

永磁鐵

1.（2021.廣東高考）

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)充電裝置，如圖所示。假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)在螺線管中

產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2s,電壓最大值為0.05V。理想變壓器原線圈

接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1：60o下列說法正確的是

（）

A.交流電的頻率為10Hz

B.副線圈兩端電壓最大值為3V

C.變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強(qiáng)弱無關(guān)

D.充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率

答案B

解析交流電的周期為T=02s,則頻率為/=1；=5Hz,故A錯(cuò)誤；由正弦

式交流電有效值與峰值的關(guān)系有UlmIhmflh,由理想變壓器電壓與

匝數(shù)的關(guān)系可知卷=低，聯(lián)立解得副線圈兩端電壓的最大值為U2m=^Sm=3V,

故B正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，永磁鐵磁場越強(qiáng)，螺線管中產(chǎn)生的感

應(yīng)電動(dòng)勢最大值越大，則變壓器的輸入電壓越大，故c錯(cuò)誤；由理想變壓器的特

點(diǎn)可知，充電電路的輸入功率等于變壓器的輸入功率，故D錯(cuò)誤。

2.（2021.北京市懷柔區(qū)高三下零模）圖甲是某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的原理圖。轉(zhuǎn)換

器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交流電壓,并加在一理想變壓器的原線圈上，

變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為"1、〃2,電壓表為理想交流電表。當(dāng)變壓器副線

圈電壓的瞬時(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花點(diǎn)燃?xì)怏w。開

關(guān)閉合后，下列說法正確的是（）

A.電壓表的示數(shù)為5V

B.若沒有轉(zhuǎn)換器則變壓器副線圈輸出的是直流電

c.若念志才則可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)庠铧c(diǎn)火

D.穿過原、副線圈的磁通量之比為1:1

答案D

解析根據(jù)題圖乙可知，變壓器輸入的電壓有效值為所以電壓

表示數(shù)為9V,故A錯(cuò)誤；若沒有轉(zhuǎn)換器，原線圈中輸入直流電，原、副線圈

中的磁通量不變，副線圈中不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，故B錯(cuò)誤；當(dāng)變壓器的輸出電壓

的有效值為。2〉需V時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)庠铧c(diǎn)火，所以根據(jù)變壓器電壓與匝數(shù)成

正比可得低=卷＜擊，即當(dāng)￡＜患時(shí)便可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)庠铧c(diǎn)火，故C錯(cuò)誤；根據(jù)

理想變壓器的原理可知，原、副線圈中的磁通量是相同的，所以穿過原、副線圈

的磁通量之比為1：1,故D正確。

3.（2021?山東省荷澤市高三下二模）一個(gè)變壓器帶有兩個(gè)副線圈，電路如圖。

原線圈匝數(shù)〃1=1100匝，輸入電壓U=220V,一個(gè)副線圈匝數(shù)〃2=110匝，另

一個(gè)副線圈電壓S=36V,R2=10Q,R3=72C。下列說法正確的是（）

A.匝數(shù)〃3=120匝

B.電阻R2的電壓仿=22V

C.電阻R2的電流約為匕=1.56A

D.變壓器輸入功率為66.4W

答案C

解析原、副線圈電壓與匝數(shù)成正比，可得伴=胃，解得〃3=180匝，A錯(cuò)

誤；由升=低可得”2側(cè)副線圈輸出電壓S'=22V,二極管具有單向?qū)щ娦裕?/p>

由電流的熱效應(yīng)可得與［曰+0=賽］，解得5=116V,則流過電阻R2的電

流/2=M^L56A,B錯(cuò)誤，C正確；變壓器的輸入功率等于輸出功率，可得P入

U彳

=(72-/2+^=42.2W,D錯(cuò)誤。

4.(2021.天津市高三學(xué)業(yè)水平等級性考試模擬六)如圖所示為某實(shí)驗(yàn)室研究遠(yuǎn)

距離輸電的模擬裝置。理想變壓器的匝數(shù)比〃1：，/2=加：〃3,交變電源的電動(dòng)勢e

=5()V2sinlOMV),「為輸電線的電阻，貝女)

A.閉合開關(guān)后，燈泡兩端的電壓為50V

B.閉合開關(guān)后，通過燈泡電流的頻率為10Hz

C.依次閉合開關(guān)Si、S2、S3,輸電線消耗的電功率越來越大

D.依次閉合開關(guān)Si、S2、S3,在此過程中燈泡Li越來越亮

答案C

解析升壓變壓器的輸出電壓為S=降壓變壓器的輸入電壓為5=

U2-U,；降壓變壓器的輸出電壓為。4=%，解得。4=然。2-a)=鬻5-%|

=U\-^lJr<Ux,而《=喀V=50V,A錯(cuò)誤；變壓器不改變交變電流的頻率,

所以通過燈泡電流的頻率為./?=/=若Hz=5Hz,B錯(cuò)誤；依次閉合開關(guān)Si、

S2、S3,則降壓變壓器及其負(fù)載的等效電阻減小，升壓變壓器輸出電壓不變，根

據(jù)歐姆定律可知流過輸電線的電流增大，則輸電線消耗的電功率增大，輸電線損

耗的電壓升高，則降壓變壓器的輸入電壓5減小，輸出電壓S也減小，所以

燈泡L兩端電壓降低，亮度降低，C正確，D錯(cuò)誤。

5.(2021?山東省濟(jì)寧市一模)“新疆準(zhǔn)東一安徽皖南"±1100kV特高壓直流

輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平

最先進(jìn)的輸電工程，輸電容量1200萬千瓦。輸電線路流程可簡化為：

若直流輸電線電阻為10Q,不計(jì)變壓器與整流等造成的能量損失，直流變交

流時(shí)，有效值不會(huì)變大。當(dāng)輸電線路電流為5X103A時(shí)，下列說法正確的是()

A.輸電功率為

B.輸電導(dǎo)線上損失的功率為2.5X108w,損失的電壓為50kV

C.降壓變壓器匝數(shù)比為11：5

D.若保持輸送功率不變，用550kV輸電，用戶得到的功率比1100kV輸電

時(shí)減少IX1()9w

答案B

解析由P=U/可得，輸電功率為P=UI=1100kVX5X103A=5.5X109W,

故A錯(cuò)誤；輸電線上損失的功率為△P=/2/?=(5*1。3A)2X10Q=2.5X108W,

損失的電壓為△U=/H=5X103AX10Q=50kV,故B正確；因?yàn)檩旊娋€存在電

壓損失，所以降壓變壓器的輸入電壓為t/i=t/-At/=1100kV-50kV=1050kV,

所以降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為m：〃2=Ui：(72=1050kV：500kV=21：

10,故C錯(cuò)誤；當(dāng)輸電線路的電壓為t/o=55OkV時(shí)，輸電電流為1。弋=

55X109W

^50kV=104A1輸電線損失的功率為△PO=/8H=(1O4A)2X1OQ=1()9W,所

以用550kV輸電時(shí)，輸電線損失的功率比1100kV輸電時(shí)損失的功率多AP，=

APo-AP=109W-2.5XIO8W=7.5X108W,即用550kV輸電時(shí)用戶得到的功率

比1100kV輸電時(shí)減小7.5X108W,故D錯(cuò)誤。

6.（2021.湖北高考）如圖所示，理想變壓器原線圈接入電壓恒定的正弦交流

電，副線圈接入最大阻值為2H的滑動(dòng)變阻器和阻值為H的定值電阻。在變阻器

滑片從。端向。端緩慢移動(dòng)的過程中（）

A.電流表Ai示數(shù)減小

B.電流表A2示數(shù)增大

C.原線圈輸入功率先增大后減小

D.定值電阻R消耗的功率先減小后增大

答案A

解析由于原線圈所接電壓恒定，匝數(shù)比恒定，故變壓器副線圈的輸出電壓

恒定，變阻器的滑片從。端向〃端緩慢移動(dòng)的過程中，由數(shù)學(xué)知識可知，變壓器

副線圈所接的電阻值逐漸增大，則副線圈的電流/2逐漸減小，由腎=與可知變壓

器原線圈的電流1\也逐漸減小，A正確，B錯(cuò)誤；原線圈的輸入功率為P入=UM,

由于人逐漸減小，則原線圈的輸入功率逐漸減小，C錯(cuò)誤；由于副線圈的電流逐

漸減小，定值電阻與變阻器右半部分并聯(lián)的總電阻減小，則并聯(lián)部分電壓減小，

則由公式PR=與可知，定值電阻R消耗的功率逐漸減小，D錯(cuò)誤。

7.（2021?山東高考）輸電能耗演示電路如圖所示。左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)

比為1：3,輸入電壓為7.5V的正弦交流電。連接兩理想變壓器的導(dǎo)線總電阻為

心負(fù)載R的阻值為10。。開關(guān)S接1時(shí)，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2:1,

R上的功率為10W;接2時(shí)，匝數(shù)比為1：2,R上的功率為P。以下判斷正確的

是（）

A.r=10QB.r=5Q

C.P=45WD.尸=22.5W

答案BD

解析根據(jù)理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系可知，左側(cè)變壓器次級

電壓U2=j^Ui=[X7.5V=22.5Vo當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，右側(cè)變壓器原、副線圈匝

no?U2

數(shù)比￡=[,根據(jù)P=R可知，電阻R兩端的電壓即右側(cè)