【备战2023高考】物理总复习——12.2《理想变压器和远距离输电》讲义（全国通用）

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【网络构建】
专题12.2理想变压器和远距离输电
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考点一 理想变压器基本规律的应用
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系
考点二 理想变压器的动态分析
1．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．
2.含有变压器的动态电路问题的解题思路
考点三 远距离输电模型
远距离输电问题的“三二二”
1．理清三个回路
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)中各个量间的关系是eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，P1＝P2.
(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)中各个量间的关系是eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3)，P3＝P4.
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＝P2－P3＝Ieq \\al(2,线)R线．输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式ΔP＝Ieq \\al(2,线)R线或ΔP＝eq \f(ΔU2,R线).
高频考点一 理想变压器基本规律的应用
只有一个副线圈
例1、一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，Ⓐ 为理
想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S
闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )
A．2 B．3 C．4 D．5
【变式训练】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，原线圈两端连接正弦交流电源u＝220eq \r(2)sin314t(V)，副线圈接电阻R，同时接有理想电压表和理想电流表。下列判断正确的是( )
A．电压表读数约为31.1 V
B．若仅将副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数增大到原来的2倍
C．若仅将R的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍
D．若R的阻值和副线圈匝数同时增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍
有多个副线圈
例2、如图所示，两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P，且L1、L2、L3为相同的灯泡，匝数比为n1∶n2＝3∶1，则图甲中L1的功率和图乙中L1的功率分别为( )
A．P、P B．9P、eq \f(4,9)P
C.eq \f(4,9)P、9P D.eq \f(9,4)P、9P
【变式训练】如图所示，电路中变压器原线圈匝数n1＝1 000，两个副线圈匝数分别为n2＝500、n3＝200，分别接一个R＝55 Ω的电阻，在原线圈上接入U1＝220 V的交流电源．则两副线圈输出电功率之比eq \f(P2,P3)和原线圈中的电流I1分别是( )
A．eq \f(P2,P3)＝eq \f(5,2)，I1＝2.8 A B．eq \f(P2,P3)＝eq \f(2,5)，I1＝2.8 A
C．eq \f(P2,P3)＝eq \f(25,4)，I1＝1.16 AD．eq \f(P2,P3)＝eq \f(4,25)，I1＝1.16 A
高频考点二 理想变压器的动态分析
匝数不变时的动态分析
例3、如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝55∶1，原线圈接电压u＝220eq \r(2)·sin 100πt (V)的交流电源，电表均为理想电表．闭合开关后，在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中，下列说法正确的是( )
A．副线圈交变电流的频率是100 Hz B．电压表的示数为4 V
C．滑动变阻器两端的电压先变大后变小 D．电流表的示数变大
【变式训练】如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
负载电阻不变时的动态分析
例4、如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则( )
A．小灯泡变亮 B．小灯泡变暗
C．原、副线圈两端电压的比值不变 D．通过原、副线圈电流的比值不变
【变式训练】如图所示，电源输出电压不变，要使电路中电流表示数变大，可采用的方( )
A．将R上的滑片向上移动 B．将R上的滑片向下移动
C．将开关S掷向1 D．将开关S掷向2
变压器副线圈接有二极管
例5、图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝5∶1.原线圈接入如图甲所示的正弦交流电．电路中电表均为理想电表，定值电阻R1＝R2＝4 Ω，D为理想二极管(该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，则( )
A．电阻R2两端的电压频率为50 Hz B．电流表的示数为5 A
C．原线圈的输入功率为150 W D．将R1摘掉，电压表的示数不变
【变式训练】如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5，原线圈接u＝220eq \r(2)sin 100πt V的交流电，电阻R1＝R2＝ 25 Ω，D1、D2为两只理想二极管，假设两二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，则副线圈电路中理想交流电流表的读数为( B )
A．1 A B．2 A
C．eq \r(2) A D．2eq \r(2) A
高频考点三 远距离输电模型
例6、如图所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2，T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。下列说法正确的是( )
A．当用户的用电器增加时，U2、U3、U4均变小
B．输电线的总电阻R两端的电压等于U2＋U3，且随用户的用电器增加而增大
C．输电线上损失的功率为eq \f(P\\al(2,3)R,U\\al(2,3))，且随用户的用电器增加而增大
D．要减小输电线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比eq \f(n2,n1)，同时应增大降压变压器的匝数比eq \f(n3,n4)
【变式训练】如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻和理想变压
器匝数均不变，且n1∶n2＝ n4∶n3，当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是( )
A．用户的总电阻增大 B．用户端的电压U4减小
C．U1∶U2＝ U4∶U3 D．用户端增加的功率等于升压变压器多输入的功率近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
交变电流的产生和描述
Ⅱ
浙江6月卷·T5
浙江1月卷·T9
辽宁卷·T5
浙江6月卷·T5
Ⅲ卷·T16
理想变压器和远距离输电
Ⅱ
湖南卷·T6
山东卷·T4
河北卷·T8
湖南卷·T6
Ⅱ卷·T19
Ⅲ卷·T20
实验十三：传感器的简单应用

广东卷·T12
Ⅲ卷·T23
Ⅱ卷·T23
Ⅰ卷·T23
核心素养
物理观念：1.理解磁通量、电磁感应、自感等概念；2.掌握右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律等规律；3.培养电磁相互作用观念和能量观念．
科学思维：综合应用楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、焦耳定律、牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律分析问题的能力．
科学探究：通过实验探究影响感应电流方向的因素，探究法拉第电磁感应定律、探究自感现象和涡流现象，提高定性和定量分析问题的能力．
科学态度与责任：了解生活中电磁感应的应用，体会学习物理的乐趣，培养学习物理的兴趣．
命题规律
本章高考考查内容主要有:(1)交变电流的产生及变化规律；(2)交变电流的四值及应用；(3)理想变压器的工作原理与规律；(4)理想变压器的动态电路分析；远距离输电的模式以及电压和功率的损耗；(6)传感器的简单应用.题型主要为选择题.物理核心素养上面主要考查学生的“模型建构和科学推理”要素.能力主要考查理解与推理能力.整体难度中偏易。
备考策略
复习时要重点关注:(1)交变电流的产生过程；(2)交变电流的图象和交变电流的四值；(3)理想变压器电路中原、副线圈与各物理量之间的制约关系；(4)理想变压器的工作原理；(5)远距离输电的特点.远距离输电技术处于世界领先水平，与之相关的信息给予题应多训练.随着现代技术与人工智能的发展，传感器的应用越来越广泛，与传感器有关的信息题和实验题应增加关注.变压器的动态变化问题应作为本章的重点和难点.
理想变压器
没有能量损失(铜损、铁损)，没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
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，U1∶U2＝n1∶n2，与负载的多少无关
电流关系
只有一个副线圈时，I1∶I2＝n2∶n1；有多个副线圈时，由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn
频率关系
f1＝f2(变压器不改变交流电的频率)
匝数比不变的情况
负载电阻不变的情况
(1)U1不变，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变．
(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化．
(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化
(1)U1不变，eq \f(n1,n2)发生变化，U2变化．
(2)R不变，U2变化，I2发生变化．
(3)根据P2＝eq \f(Ueq \\al(2,2),R)和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化