2023版高考物理一轮总复习第十二章第2节变压器电能的输送课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习第十二章第2节变压器电能的输送课件，共60页。PPT课件主要包含了理想变压器，两个线圈，构造图，图12-2-1，感应电动势，n1n2，n2n1，远距离输电，I2R线，输电电压等内容，欢迎下载使用。
1.变压器的构造：如图 12-2-1 所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的____________组成的.
(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈.(2)副线圈：与________连接的线圈，也叫次级线圈.2.变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的________、方向在不断变化，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.互感现象是变压器工作的基础.
3.理想变压器及其基本关系.
1.根据 P损＝__________，降低输电损耗有两种方法：
(1)减小输电线的________.
(2)减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下，根据 P＝UI，要减小电流，必须提高__________.
2.远距离输电的功率损失.
(1)输送功率一定时，线路电流 I＝________，输电线(2)远距离输电中的功率关系：P 输＝P 损＋P 用.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效
)(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变
(3)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中
(4)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热
(5)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程
答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)√
2.如图 12-2-2 所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V
60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则(
B.电源输出功率为 1200 W
3220D.原线圈端电压为 11 V
解析：由灯泡正常发光，可知副线圈电压为 220 V，
错误；又因输入功率等于输出功率，P1＝P2＝60 W，B 错
误；电流表读数为有效值，原线圈中电流 I1＝
A，A 错误，C 正确.
3.如图 12-2-3 甲所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为 4∶1，RT 为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压 u 随时间 t 按正弦规律变化，如图乙所示.下列说法
A.变压器输入、输出功率之比为 4∶1
B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为 4∶1C.u 随 t 变化的规律为 u＝51sin (50πt) V
D.若热敏电阻 RT 的温度升高，则电压表的示数不变，
4.(多选，2021 年广东广州四校联考)寒冷的冬天为清除高压电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：通过降低输电电压的方式除冰，若正常供电时，高压线上输电电压为 U，电流为 I，输电线损耗功率为 P，除冰时，输电线损耗功率需变为 100P，则除冰时(设输电功率和输电线
B.输电电流为 10IU10
A.输电电流为 100IU100答案：BD
热点 1 理想变压器原理和基本关系[热点归纳]
1.理想变压器的工作原理.
2.理想变压器的各量的制约关系.
考向 1 基本关系的应用【典题 1】(2020 年山东卷)图 12-2-4 甲中的理想变压器原、副线圈匝数比 n1∶n2＝22∶3，输入端 a、b 所接电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所示.灯泡 L 的电阻恒为15 Ω，额定电压为 24 V.定值电阻 R1＝10 Ω、R2＝5 Ω，滑动变阻器 R 的最大阻值为 10 Ω.为使灯泡正常工作，滑动
变阻器接入电路的电阻应调节为(
欧姆定律可知分压为 24 V，则通过灯泡的电流，即副线圈
规律可知，R1 和 R2 、R 构成的并联电路部分的分压为 U＝
U2 －UL ＝30 V－24 V＝6 V，通过 R1 的电流为 I1 ＝
A＝0.6 A，通过 R2 、R 的电流为 I2 ＝IL －I1 ＝1.6 A－
0.6 A＝1 A，R2、R 的分压为 U＝I2(R2＋R)，解得滑动变阻
方法技巧 关于理想变压器的四点说明：(1)变压器不能改变直流电压.
(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变
(3)理想变压器本身不消耗能量.
(4)理想变压器基本关系中的 U1、U2、I1、I2 均为有效
考向 2 变压器原线圈与用电器串联的问题【典题 2】(多选，2021 年广西模拟)b、c 是额定电压均为 U0 的两个完全相同小灯泡，与小灯泡 a(额定电压为2U0)分别与理想变压器相接，如图 12-2-5 所示，当 MN 两端的输入电压为 6U0 的交流电时，三盏小灯泡恰好正常发
光，则下列说法正确的是(
A.原、副线圈的匝数比为 4∶1B.原、副线圈的匝数比为 2∶1
C.此时 a 和 b 的电功率之比为 1∶1D.此时 a 和 b 的电功率之比为 2∶1
解析：输入电压为 6U0，由题可知灯泡 a 两端电压为2U0，则原线圈的电压为4U0，b、c 能正常发光，则副线圈
可知原、副线圈的匝数比为4∶1，故A 正确，B 错误；根
流之比为 1∶4，再根据 Ib＝Ic＝
＝2I1，那么灯泡 a 的功
率 Pa＝2U0I1，灯泡 b 的功率 Pb＝U0×2I1＝2U0I1，可知此时 a 和 b 的电功率之比为 1∶1，故 C 正确，D 错误.答案：AC
A.副线圈两端电压是电源电压的
C.R1 上的电功率是 R2 上电功率的
考向 3 变压器原线圈与用电器并联的问题【典题 3】如图 12-2-6 所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 1∶4，a、b 两端接到交流电源上，R1、R2 为阻值相同的
定值电阻.下列说法正确的是(
14B.流过 R1 的电流是流过 R2 电流的 4 倍116D.R1 上的电功率是 R2 上电功率的 16 倍
热点 2 理想变压器的动态分析
常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数
比不变的情况和负载电阻不变的情况.
考向 1 匝数比不变的情况【典题 4】(2021 年北京开学考)如图 12-2-7 所示，理想变压器输入电压保持不变.若将滑动变阻器的滑动触头
向上移动，下列说法正确的是(A.电表 A1 的示数增大B.电表 A2 的示数减小C.电表 V1、V2 的示数都不变D.电表 V1、V2 的示数都增大
解析：输入电压不变，匝数比不变，输出电压就不变，滑动变阻器滑片向上移动，其接入电路的阻值变大，副线圈中的电流就减小，A2 示数减小，原线圈电流也减小，则A1 示数也减小；V1 示数不变，则次级电压不变，而 R0 电压变小，则 V2 示数变大，B 正确，ACD 错误；故选 B.
考向 2 匝数比变化的情况【典题 5】(2021 年广东佛山摸底考)如图 12-2-8 所示，矩形线圈 abcd 与理想变压器原线圈组成闭合电路.线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的 bc 边匀速转动，磁场只分布在 bc 边的左侧，ab 边长 L1，bc 边长 L2，磁感应强度大小为 B，转动角速度为ω，匝数为 N，线圈电阻不计.下列
A.线圈转动至图示位置时，线圈中产生的感应电动势
B.线圈转动过程中，电压表的示数为 NBL1L2ωC.只增大 ab 边长度，灯泡 L 变亮
D.将原线圈抽头 P 向上滑动时，灯泡 L 变亮
解析：由题图可知，线圈转动至图示位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，感应电动势最小为零，A 错误；感应电动势的最大值 Em＝NBL1L2ω，
势的有效值变大，变压器原线圈电压变大，副线圈电压变
大，灯泡两端电压变大，灯泡实际功率变大，灯泡变亮，C 正确；将原线圈抽头 P 向上滑动时，变压器原线圈匝数n1 变大，副线圈匝数 n2 不变，原线圈电压 U1 不变，由变
端电压变小，灯泡实际功率变小，灯泡变暗，D 错误.答案：C
方法技巧 含有变压器的动态电路问题的解题思路：
热点 3 常见的变压器1.自耦变压器.自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图 12-2-9 所示.
互感器分为电压互感器和电流互感器，比较如下表所
【典题 6】(2021 年辽宁丹东模拟)如图 12-2-10 所示是一降压式自耦变压器的电路，其副线圈匝数可调.该理想变压器的原线圈接 u＝380 sin 100πt(V)的交变电压，副
线圈通过电阻 r＝2 Ω的导线对“220 V器 R 供电，该用电器正常工作.由此可知(A.原、副线圈的匝数比为 19∶11B.交变电压的频率为 100 HzC.副线圈中电流的有效值为 2 AD.变压器的输入功率为 440 W
440 W”的用电)图 12-2-10
解析：用电器的电流 IR＝
＝2 A，电阻 r 两端
的电压 Ur＝IRr＝4 V，由串联电路分压可得副线圈两端的
B 错误；由理想变压器原副线圈功率相等可得 p入＝p出＝
I2r＋PR＝448 W，D 错误.
【典题 7】(2021 年湖北武汉模拟)如图 12-2-11 所示，在输电线 L1 和 L2 上接有电压互感器甲和电流互感器乙.若已知匝数比分别为 n1∶n2＝1000∶1 和 n3∶n4＝1∶100，且知图中电压表示数为 220 V，电流表示数为 2.0 A，则输电
线 L1 和 L2 输送的电功率为(
A.4.4×10－3 W B.4.4×103 WC.4.4×107 W D.4.4×104 W
，代入数据可解得输电线中电流 I1＝200 A，则输电
线L1 和 L2 输送的电功率为P＝U1I1＝4.4×107 W，C 正确.答案：C
热点 4 远距离输电问题[热点归纳]
1.理清三个回路(如图 12-2-12 所示).
回路 1：发电机回路.该回路中，通过线圈 1 的电流 I1等于发电机中的电流 I机；线圈 1 两端的电压 U1 等于发电机的路端电压 U机；线圈 1 输入的电功率 P1 等于发电机输出的电功率 P机.
回路 2：输送电路.I2＝I3＝I线，U2＝U3＋ΔU，P2＝
回路 3：输出电路.I4＝I用，U4＝U 用，P4＝P 用.
2.抓住两个联系.(1)理想的升压变压器联系着回路 1 和回路 2，由变压器原理可得：线圈 1(匝数为 n1)和线圈 2(匝数为 n2)中各个
(2)理想的降压变压器联系着回路 2 和回路 3，由变压器原理可得：线圈 3(匝数为 n3)和线圈 4(匝数为 n4)中各个
3.掌握两种损耗.(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗ΔU＝U2－U3＝I线 R线.(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP
【典题 8】(2020 年浙江卷)如图 12-2-13 所示，某小型水电站发电机的输出功率 P ＝100 kW ，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为 U4＝220 V.已知输电线上损失的功率 P线＝5 kW，假设两个变压器均
是理想变压器，下列说法正确的是(图 12-2-13
A.发电机输出的电流 I1＝40 AB.输电线上的电流 I线＝625 AC.降压变压器的匝数比 n3∶n4＝190∶11D.用户得到的电流 I4＝455 A解析：根据电功率公式 P＝UI，发电机输出电流 I1＝
＝400 A，故 A 错误；输电线上损失功率 5 kW，由 P线
器原、副线圈得到的功率为 P4＝P－P线＝95 kW，根据理
方法技巧 输电线路功率损失的计算方法：
特殊的变压器模型模型一 含有两个副线圈的变压器副线圈有两个或两个以上时，一般从原、副功率相等入手.由于电压与匝数仍然成正比，副线圈的用电器为纯电
常工作时，功率等于额定功率，而原线圈的功率应用 P1＝U1I1，之后根据 P1＝P2 求解相关量.
【典题 9】(多选，2021 年重庆月考)如图 12-2-14 所示，理想变压器有一个原线圈和两个副线圈，原线圈的匝数为n1，两个副线圈的匝数均为 n2.三个灯泡 L1、L2、L3 分别按图示方式接入电路.其中 L2、L3 完全相同，L1 与它们的额定电压相等，额定功率不相等.当原线圈a、b 端输入电压 U 为灯泡额定电压的 7
倍时，三个灯泡均正常发光.则(A.n1∶n2＝7∶1B.n1∶n2＝6∶1
C.灯泡 L1 和 L2 的额定功率之比为 1∶3D.灯泡 L1 和 L2 的额定功率之比为 1∶6
解析：设灯泡的额定电压均为 U，则由题意可知原线圈两端电压为 6U，副线圈两端电压为U，根据理想变压器原、副线圈电压与匝数关系可得 n1∶n2＝6∶1，A 错误，B 正确；设原线圈中电流为 I，则原线圈的输入功率为 P＝6UI，L1 的额定功率为 P1＝UI，根据理想变压器原、副线圈功率相等可知 L2 和 L3 的额定功率均为 P23＝3UI，所以L1 和 L2 的额定功率之比为 1∶3，C 正确，D 错误.
模型二 原线圈含有用电器的变压器
1.在原线圈回路中，原线圈两端的电压与负载两端电
压之和等于电源的电压.
2.要求原线圈中负载的电流、电压、功率，一般需要先求副线圈中的电流，然后根据理想变压器的关系求得原线圈中负载的电流.
3.对理想变压器输入电压 U1 指原线圈两端的电压，在数值上等于原线圈中产生的自感电动势的大小，U1 并不总等于电源的电压.图 12-2-15 中，发电机的输出电压为 L1 的电压与原线圈电压之和，而 L1 的电压可以通过原、副线圈的电流关系确定，由于此情况下，原、副线圈连接的灯泡一般是相同的，且正常发光，所以原、副线圈的电流关系往
往是解决问题的突破口.
【典题 10】(2021 年广东广州质检)在图 12-2-16 甲所示的交流电路中，电源电压的有效值为 220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10∶1，R1、R2、R3 均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω各电表均为理想电表.已知电阻 R2中电流 I2 随时间 t 变化的正弦曲线如图乙所示.下列说法正
10－2 s，可求得所用交流电的频率为 50 Hz，A错误；由题
A.所用交流电的频率为 0.5 HzB.电压表的示数为 100 VC.电流表的示数为 1 AD.变压器传输的电功率为 15 W解析：根据变压器的原理，可得变压器不会使交流电的周期改变，由题图乙可知所用交流电的周期为 2×
图乙可知通过 R2 的电流的有效值为1 A，由串并联特点可知通过R3 的电流(即通过电流表的电流)为0.5 A，故副线圈
的电流为 I2＝1.5 A，由欧姆定律可得副线圈两端的电压U2＝1×10 V＝10 V，由变压器原、副线圈两端电压比与原、
副线圈匝数比的关系可得，原线圈两端的电压 U1＝
＝100 V，再根据原线圈电路的串联关系可得 R1 两端的电压为UV＝220 V－100 V＝120 V，BC 错误；根据变压器原理可得变压器传输的电功率为 P＝U2I2＝10×1.5 W＝15 W，D 正确.答案：D
模型三 电路中含有二极管的变压器
1.当副线圈回路中含有二极管时，由于二极管具有单向导电性，会使交变电流只有一半时间通电，经过二极管后的输出电压的有效值与副线圈两端交流电压的正常有效值不相等.
2.经过二极管后的输出电压的有效值应根据电流的热
【典题 11】(2021 年江苏南京开学考)如图 12-2-17 所
强磁场中绕垂直于磁场的 dc 边以角速度ω＝100π rad/s 匀速转动.线圈的匝数 N＝100，边长 ad＝0.4 m，ab＝0.2 m，理想变压器原、副线圈的匝数比是 2∶1，一只理想二极管和一个阻值为 25 Ω的定值电阻 R 串联在副线圈电路中，已知电压表和电流表均为理想交流电表，线圈和导线的电阻
不计，则下列说法正确的是(
A.该矩形线圈产生的电动势的最大值为 50 VB.电压表的示数为 12.5 V
C.1 min 内电阻 R 上产生的热量为 750 JD.减小电阻 R 的值，电流表示数变小
解析：矩形线圈产生的电动势的最大值为 Em＝NBSω
理想变压器原、副线圈的匝数比是 2∶1，所以副线圈两端