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新高考物理一轮复习课件 第12章 第2讲 变压器和远距离输（实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系）
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这是一份新高考物理一轮复习课件 第12章 第2讲 变压器和远距离输（实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系），共60页。PPT课件主要包含了高考物理一轮复习策略，第十二章交变电流，内容索引，课时精练，考点四远距离输电，闭合铁芯，两个线圈，P入＝P出，f出＝f入，理想变压器的动态分析等内容，欢迎下载使用。
1、揣摩例题。课本上和老师讲解的例题，一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究，深刻理解，要透过“样板”，学会通过逻辑思维，灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法，并能总结出解题的规律。 2、精练习题。复习时不要搞“题海战术”，应在老师的指导下，选一些源于课本的变式题，或体现基本概念、基本方法的基本题，通过解题来提高思维能力和解题技巧，加深对所学知识的深入理解。在解题时，要独立思考，一题多思，一题多解，反复玩味，悟出道理。 3、加强审题的规范性。每每大考过后，总有同学抱怨没考好，纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否，不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系，确定解题思路 。 4、重视错题。“错误是最好的老师”，但更重要的是寻找错因，及时进行总结，三五个字，一两句话都行，言简意赅，切中要害，以利于吸取教训，力求相同的错误不犯第二次。
第2讲 变压器 远距离输电 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.3.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率.
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
考点二 理想变压器的原理及应用
考点三 理想变压器的动态分析
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.实验原理(1)实验电路图(如图所示)：
(2)实验方法采用控制变量法①n1、U1一定，研究n2和U2的关系.②n2、U1一定，研究n1和U2的关系.2.实验器材学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干.
3.实验过程(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响.①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量.②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压.(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响.重复(1)中步骤.
4.数据处理由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系.5.注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作.(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱.(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.
例1 某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验.他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干.(1)实验需要以下哪种电源 ；A.低压直流电源B.高压直流电源C.低压交流电源·D.高压交流电源
探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源，故选C.
(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数.分别测出相应的原、副线圈电压值.由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 值 (填“有效”或“最大”).其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 ；
多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V；
(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 (填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般 (填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比.
根据 可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比.实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致 .
(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别.原因不可能为 .(填字母代号)A.原、副线圈上通过的电流发热B.铁芯在交变磁场作用下发热C.变压器铁芯漏磁D.原线圈输入电压发生变化
原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D.
理想变压器的原理及应用
1.构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的.(2)原理：电磁感应的互感现象.2.基本关系式(1)功率关系： .(2)电压关系： .(3)电流关系：只有一个副线圈时(4)频率关系： .
1.变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用.( )2.变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.( )3.在任何情况下，理想变压器均满足 、P入＝P出.( )
1.理想变压器的制约关系
2.含有多个副线圈的变压器
计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：电压关系：功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
例2 (2017·北京卷·16)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220 sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 VD.副线圈输出交流电的周期为50 s
考向1 变压器基本物理量的分析与计算
副线圈电流有效值为I2＝ ＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；
由u＝220 sin(100πt) V可知，原线圈电压最大值为220 V，故原线圈电压的有效值为U1＝220 V，根据 可知，U2＝ U1＝110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；
原线圈中的电流I1＝ ＝1 A，故选项B正确；
例3 (2022·江西高三模拟)如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表.下列说法正确的是A.R1的电功率为40 WB.电流表示数为1 AC.副线圈两端电压为20 VD.副线圈的输出功率为80 W
考向2 原线圈接入用电器的变压器问题分析
原、副线圈匝数比为2∶1，设原线圈电流为I1，副线圈电流为I2 ，则有I1＝ ，又有原线圈回路U＝I1R1＋2I2· ，解得I1＝2 A，I2＝4 A，所以R1的电功率为P＝I12R1＝40 W，故A正确，B错误；
副线圈两端电压为U2＝I2· ＝40 V，故C错误；副线圈的输出功率为P2＝I2U2＝160 W，故D错误.
1.匝数比不变的分析思路(1)U1不变，根据 ，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2 .(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化.(3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化.
2.负载电阻不变的分析思路(1)U1不变， 发生变化时，U2变化.(2)R不变，U2变化时，I2发生变化.(3)根据P2＝ ，P2发生变化，再根据P1＝ ，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化.
1.变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小.( )2.原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加.( )
例4 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
考向1 理想变压器匝数不变问题的分析和计算
当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则
R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；
若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误.
例5 如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin 314t(V)，则A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 VB.副线圈两端的电压频率为50 HzC.当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示 数均变小
考向2 理想变压器负载不变问题的分析和计算
当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝ 增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误.
如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电电流为I，输电线总电阻为R.
I＝ ＝ .
2.电压损失(1)ΔU＝ ；(2)ΔU＝IR.
3.功率损失(1)ΔP＝ ＝ΔU·I；(2)ΔP＝ ＝4.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρ 知，可加大导线的 、采用 的材料做导线.(2)减小输电导线中的电流.在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须 .
1.增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.( )2.高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗.( )3.若发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，如图所示，则输电线上损失的功率为P损＝ .( )
1.理清输电电路图的三个回路(如图)
(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1.(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线.(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户.
2.抓住两组关联式(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可3.掌握一个守恒观念功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝
例6 如图所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I12rD.输电线路上损失的电功率为I1U
因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝ ，故选项A正确；
输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，输电线路上损失的电功率P损＝I12r＝I1(U－U1)，选项C、D错误.
例7 (2020·浙江7月选考·11)如图所示，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
输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝ ＝25 A，故B错误；
1.(2019·江苏卷·1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压A.降低2 V B.增加2 VC.降低200 V D.增加200 V
假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知 ，变压器副线圈的输出电压为U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U1＋20 V，则变压器的输出电压为U2′＝10U1＋10×20 V，则输出电压的变化量为ΔU＝U2′－U2＝10U1＋200 V－10U1＝200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确.
2.(2020·江苏卷·2)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示.其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上.则电流互感器A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流
电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能测量直流电路的电流，故B错误；
变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确.
3.(多选)(2020·全国卷Ⅱ·19)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低.我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术.假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电.输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则
4.(2021·广东卷·7)某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是A.交流电的频率为10 HzB.副线圈两端电压最大值为3 VC.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
周期为T＝0.2 s，频率为f＝ ＝5 Hz，故A错误；由理想变压器原理可知 ，解得副线圈两端的最大电压为U2＝ U1＝3 V，故B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误.
5.(2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的 ，则A.R消耗的功率变为 PB.电压表V的读数变为 UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变
6.如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上.灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器.闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是A.只向下移动滑片P，R2两端的电压变小B.只向下移动滑片P，灯泡L变亮C.只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大D.只断开开关S2，变压器输入功率变大
理想变压器的输出电压由输入电压和电压比决定，输入电压不变，所以输出电压也不会变，当滑动变阻器R2的滑片P向下移
动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈中总电阻减小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，所以灯L、R2两端的电压变小，灯泡L变暗，故A正确，B错误；只断开开关S2，副线圈中总电阻变大，副线圈电压不变，副线圈中的电流变小，R1两端的电压变小，副线圈的电功率减小，因为输入功率等于输出功率，变压器输入功率变小，故C、D错误.
7.自耦变压器在高铁技术中被广泛应用.如图所示，一理想自耦变压器接在u＝Umsin 100πt的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G,A1和A2为理想交流电表，R为定值电阻，下列说法正确的是A.将P向下滑动，A1的示数将变小B.将P向上滑动，A2的示数将变大C.将P下滑到GD的中点，电阻R的 功率将变为原来的4倍D.将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的
将P下滑时，电阻R两端电压变大，A1示数变大，同理，将P向上滑动，A2的示数将变小，A、B错误；若将P向下滑动到GD的中点，原、副线圈的电压
比将由1∶2变为1∶4，电阻R的电压将变为原来2倍，故功率变为原来的4倍，C正确；若将P向上滑动到CG的中点，原、副线圈的电压比将从1∶2变为3∶4，电阻R的电压将变为原来的 ，电阻R的功率将变为原来的 ，D错误.
8.(多选)(2020·全国卷Ⅲ·20)在图(a)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(b)所示.下列说法正确的是A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
根据i2－t图像可知T＝0.02 s，则所用交流电的频率f＝ ＝50 Hz，故A正确；
电流表的示数I＝ A＝0.5 A，故C错误；变压器传输的电功率P＝I22R2＋I2R3＝15.0 W，故D正确.
副线圈两端电压U2＝I2R2＝ ×10 V＝10 V，由 得原线圈两端电压U1＝100 V，电压表的示数U＝220 V－100 V＝120 V，故B错误；
9.(多选)(2021·河北卷·8)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是
A.通过电阻R2的电流为B.电阻R2两端的电压为C.n0与n1的比值为D.发电机的功率为
由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律有U1＝IR1根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有
再由欧姆定律有U2＝I2R2
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax＝2NBL2ω，
由于变压器为理想变压器，则有P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2＝I2R1＋U2I2
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误.
10.(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是 .A.有闭合铁芯的原、副线圈B.无铁芯的原、副线圈C.交流电源D.直流电源E.多用电表(交流电压挡)F.多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表.
根据测量数据可判断连接电源的线圈是 .(选填“na”或“nb”)
为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表(交流电压挡).为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端.
11.(多选)如图所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U1＝250 V，输出功率P1＝100 kW，输电线电阻R＝8 Ω.则进行远距离输电时，下列说法中正确的是A.若电站的输出功率突然增大，则 升压变压器的输出电压增大B.若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小C.输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶16D.用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W
电站的输出电压没有变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，电站的输出功率突然增大，则根据P＝UI，输电线上的电流增大，根据U损＝I线R，U3＝U2－U损，可知降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故A错误，B正确；
输电线损耗比例为5%时，根据ΔP＝I线2R，ΔP＝5%P1，解得I线＝25 A，升压变压器原线圈的电流为I1＝ ＝400 A，升压变压器的匝数比为 ，故C正确；输送电流为I′＝ ＝10 A，损失功率为ΔP′＝I′2R＝800 W，故D错误.
12.(2021·湖南卷·6)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同.在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是A.L1先变暗后变亮，L2一直变亮B.L1先变亮后变暗，L2一直变亮C.L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗
由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：滑片在a端时，Ra＝0，滑片在b端时，Rb＝0.由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，
根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大.由图可知，滑片在两端时，副线圈的总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈的总阻值增大，则副线圈的总电流减小，根据 可知原线圈的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，
1、揣摩例题。课本上和老师讲解的例题，一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究，深刻理解，要透过“样板”，学会通过逻辑思维，灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法，并能总结出解题的规律。 2、精练习题。复习时不要搞“题海战术”，应在老师的指导下，选一些源于课本的变式题，或体现基本概念、基本方法的基本题，通过解题来提高思维能力和解题技巧，加深对所学知识的深入理解。在解题时，要独立思考，一题多思，一题多解，反复玩味，悟出道理。 3、加强审题的规范性。每每大考过后，总有同学抱怨没考好，纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否，不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系，确定解题思路 。 4、重视错题。“错误是最好的老师”，但更重要的是寻找错因，及时进行总结，三五个字，一两句话都行，言简意赅，切中要害，以利于吸取教训，力求相同的错误不犯第二次。
第2讲 变压器 远距离输电 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.3.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率.
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
考点二 理想变压器的原理及应用
考点三 理想变压器的动态分析
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.实验原理(1)实验电路图(如图所示)：
(2)实验方法采用控制变量法①n1、U1一定，研究n2和U2的关系.②n2、U1一定，研究n1和U2的关系.2.实验器材学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干.
3.实验过程(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响.①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量.②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压.(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响.重复(1)中步骤.
4.数据处理由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系.5.注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作.(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱.(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.
例1 某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验.他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干.(1)实验需要以下哪种电源 ；A.低压直流电源B.高压直流电源C.低压交流电源·D.高压交流电源
探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源，故选C.
(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数.分别测出相应的原、副线圈电压值.由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 值 (填“有效”或“最大”).其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 ；
多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V；
(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 (填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般 (填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比.
根据 可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比.实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致 .
(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别.原因不可能为 .(填字母代号)A.原、副线圈上通过的电流发热B.铁芯在交变磁场作用下发热C.变压器铁芯漏磁D.原线圈输入电压发生变化
原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D.
理想变压器的原理及应用
1.构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的.(2)原理：电磁感应的互感现象.2.基本关系式(1)功率关系： .(2)电压关系： .(3)电流关系：只有一个副线圈时(4)频率关系： .
1.变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用.( )2.变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.( )3.在任何情况下，理想变压器均满足 、P入＝P出.( )
1.理想变压器的制约关系
2.含有多个副线圈的变压器
计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：电压关系：功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
例2 (2017·北京卷·16)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220 sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 VD.副线圈输出交流电的周期为50 s
考向1 变压器基本物理量的分析与计算
副线圈电流有效值为I2＝ ＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；
由u＝220 sin(100πt) V可知，原线圈电压最大值为220 V，故原线圈电压的有效值为U1＝220 V，根据 可知，U2＝ U1＝110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；
原线圈中的电流I1＝ ＝1 A，故选项B正确；
例3 (2022·江西高三模拟)如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表.下列说法正确的是A.R1的电功率为40 WB.电流表示数为1 AC.副线圈两端电压为20 VD.副线圈的输出功率为80 W
考向2 原线圈接入用电器的变压器问题分析
原、副线圈匝数比为2∶1，设原线圈电流为I1，副线圈电流为I2 ，则有I1＝ ，又有原线圈回路U＝I1R1＋2I2· ，解得I1＝2 A，I2＝4 A，所以R1的电功率为P＝I12R1＝40 W，故A正确，B错误；
副线圈两端电压为U2＝I2· ＝40 V，故C错误；副线圈的输出功率为P2＝I2U2＝160 W，故D错误.
1.匝数比不变的分析思路(1)U1不变，根据 ，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2 .(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化.(3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化.
2.负载电阻不变的分析思路(1)U1不变， 发生变化时，U2变化.(2)R不变，U2变化时，I2发生变化.(3)根据P2＝ ，P2发生变化，再根据P1＝ ，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化.
1.变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小.( )2.原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加.( )
例4 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
考向1 理想变压器匝数不变问题的分析和计算
当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则
R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；
若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误.
例5 如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin 314t(V)，则A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 VB.副线圈两端的电压频率为50 HzC.当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示 数均变小
考向2 理想变压器负载不变问题的分析和计算
当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝ 增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误.
如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电电流为I，输电线总电阻为R.
I＝ ＝ .
2.电压损失(1)ΔU＝ ；(2)ΔU＝IR.
3.功率损失(1)ΔP＝ ＝ΔU·I；(2)ΔP＝ ＝4.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρ 知，可加大导线的 、采用 的材料做导线.(2)减小输电导线中的电流.在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须 .
1.增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.( )2.高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗.( )3.若发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，如图所示，则输电线上损失的功率为P损＝ .( )
1.理清输电电路图的三个回路(如图)
(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1.(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线.(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户.
2.抓住两组关联式(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可3.掌握一个守恒观念功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝
例6 如图所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I12rD.输电线路上损失的电功率为I1U
因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝ ，故选项A正确；
输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，输电线路上损失的电功率P损＝I12r＝I1(U－U1)，选项C、D错误.
例7 (2020·浙江7月选考·11)如图所示，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
输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝ ＝25 A，故B错误；
1.(2019·江苏卷·1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压A.降低2 V B.增加2 VC.降低200 V D.增加200 V
假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知 ，变压器副线圈的输出电压为U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为U1＋20 V，则变压器的输出电压为U2′＝10U1＋10×20 V，则输出电压的变化量为ΔU＝U2′－U2＝10U1＋200 V－10U1＝200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确.
2.(2020·江苏卷·2)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示.其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上.则电流互感器A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流
电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能测量直流电路的电流，故B错误；
变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确.
3.(多选)(2020·全国卷Ⅱ·19)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低.我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术.假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电.输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则
4.(2021·广东卷·7)某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是A.交流电的频率为10 HzB.副线圈两端电压最大值为3 VC.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
周期为T＝0.2 s，频率为f＝ ＝5 Hz，故A错误；由理想变压器原理可知 ，解得副线圈两端的最大电压为U2＝ U1＝3 V，故B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误.
5.(2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的 ，则A.R消耗的功率变为 PB.电压表V的读数变为 UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变
6.如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上.灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器.闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是A.只向下移动滑片P，R2两端的电压变小B.只向下移动滑片P，灯泡L变亮C.只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大D.只断开开关S2，变压器输入功率变大
理想变压器的输出电压由输入电压和电压比决定，输入电压不变，所以输出电压也不会变，当滑动变阻器R2的滑片P向下移
动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈中总电阻减小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，所以灯L、R2两端的电压变小，灯泡L变暗，故A正确，B错误；只断开开关S2，副线圈中总电阻变大，副线圈电压不变，副线圈中的电流变小，R1两端的电压变小，副线圈的电功率减小，因为输入功率等于输出功率，变压器输入功率变小，故C、D错误.
7.自耦变压器在高铁技术中被广泛应用.如图所示，一理想自耦变压器接在u＝Umsin 100πt的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G,A1和A2为理想交流电表，R为定值电阻，下列说法正确的是A.将P向下滑动，A1的示数将变小B.将P向上滑动，A2的示数将变大C.将P下滑到GD的中点，电阻R的 功率将变为原来的4倍D.将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的
将P下滑时，电阻R两端电压变大，A1示数变大，同理，将P向上滑动，A2的示数将变小，A、B错误；若将P向下滑动到GD的中点，原、副线圈的电压
比将由1∶2变为1∶4，电阻R的电压将变为原来2倍，故功率变为原来的4倍，C正确；若将P向上滑动到CG的中点，原、副线圈的电压比将从1∶2变为3∶4，电阻R的电压将变为原来的 ，电阻R的功率将变为原来的 ，D错误.
8.(多选)(2020·全国卷Ⅲ·20)在图(a)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(b)所示.下列说法正确的是A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
根据i2－t图像可知T＝0.02 s，则所用交流电的频率f＝ ＝50 Hz，故A正确；
电流表的示数I＝ A＝0.5 A，故C错误；变压器传输的电功率P＝I22R2＋I2R3＝15.0 W，故D正确.
副线圈两端电压U2＝I2R2＝ ×10 V＝10 V，由 得原线圈两端电压U1＝100 V，电压表的示数U＝220 V－100 V＝120 V，故B错误；
9.(多选)(2021·河北卷·8)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是
A.通过电阻R2的电流为B.电阻R2两端的电压为C.n0与n1的比值为D.发电机的功率为
由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律有U1＝IR1根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有
再由欧姆定律有U2＝I2R2
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax＝2NBL2ω，
由于变压器为理想变压器，则有P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2＝I2R1＋U2I2
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误.
10.(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是 .A.有闭合铁芯的原、副线圈B.无铁芯的原、副线圈C.交流电源D.直流电源E.多用电表(交流电压挡)F.多用电表(交流电流挡)
用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表.
根据测量数据可判断连接电源的线圈是 .(选填“na”或“nb”)
为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表(交流电压挡).为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端.
11.(多选)如图所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U1＝250 V，输出功率P1＝100 kW，输电线电阻R＝8 Ω.则进行远距离输电时，下列说法中正确的是A.若电站的输出功率突然增大，则 升压变压器的输出电压增大B.若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小C.输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶16D.用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W
电站的输出电压没有变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，电站的输出功率突然增大，则根据P＝UI，输电线上的电流增大，根据U损＝I线R，U3＝U2－U损，可知降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故A错误，B正确；
输电线损耗比例为5%时，根据ΔP＝I线2R，ΔP＝5%P1，解得I线＝25 A，升压变压器原线圈的电流为I1＝ ＝400 A，升压变压器的匝数比为 ，故C正确；输送电流为I′＝ ＝10 A，损失功率为ΔP′＝I′2R＝800 W，故D错误.
12.(2021·湖南卷·6)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同.在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是A.L1先变暗后变亮，L2一直变亮B.L1先变亮后变暗，L2一直变亮C.L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗
由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：滑片在a端时，Ra＝0，滑片在b端时，Rb＝0.由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，
根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大.由图可知，滑片在两端时，副线圈的总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈的总阻值增大，则副线圈的总电流减小，根据 可知原线圈的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，
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