备考2024届高考物理一轮复习讲义第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第2讲变压器远距离输电考点1对理想变压器原理的理解

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考点1 对理想变压器原理的理解
1.构造与原理
构造：如图，变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.
原理：原线圈中变化的电流在铁芯中激发变化的[1] 磁场 ，变化的磁场在副线圈中产生[2] 感应电动势 .
2.基本关系式
3.理想变压器的制约关系
为什么变压器不能改变恒定电流的电压？
答案 变压器的变压原理是互感现象，若通过原线圈的电流为恒定电流，则在铁芯中激发的磁场为恒定磁场，副线圈中无感应电动势产生，因此变压器不能改变恒定电流的电压.
依据下面情境，判断下列说法对错.
无线充电器能给手机充电是因为两者内部有线圈存在，当电源的电流通过无线充电器的送电线圈时会产生变化的磁场，手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生电流，双方密切配合，手机成功实现无线充电.如图为某科技小组自制的简易无线充电装置，由一个电磁炉（发射线圈）、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成，发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，若电磁炉两端所加电压为u＝2202sin314t（V），不考虑充电过程中的各种能量损失.
（1）无线充电的原理是自感现象.（ ✕ ）
（2）通过车载充电器的电流为交流电.（ ✕ ）
（3）车载充电器两端电压的有效值为112V.（ √ ）
解析 （1）无线充电的原理是电磁感应，故错误；
（2）通过车载充电器的电流为直流电，故错误；
（3）电磁炉两端所加电压有效值U1＝Umax2＝220V
发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2＝10∶1
则接收线圈的电压有效值由U1U2＝n1n2可得，U2＝22V
接收线圈与车载充电器之间连接一个二极管，二极管只能正向通电，由有效值的定义U22R·T2＝U32R·T可得，车载充电器两端电压的有效值为U3＝112V，故正确.
研透高考 明确方向
命题点1 对变压器原理的理解
1.[2023海南/多选]如图是工厂利用u＝2202sin100πtV的交流电给36V照明灯供电的电路，理想变压器原线圈匝数为1100，下列说法正确的是（ BC ）
A.电源电压有效值为2202V
B.交变电流的周期为0.02s
C.副线圈匝数为180
D.副线圈匝数为240
解析 由交流电的表达式可知，该交流电电压有效值为220V，A错；交流电的周期T＝2πω＝0.02s，B对；根据理想变压器的变压规律有U1U2＝n1n2，代入数据得n2＝36×1100220＝180，C对，D错.
命题点2 原线圈串联用电器问题
2.[2023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100V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10Ω、20Ω、20Ω，电流表为理想交流电流表.下列说法正确的是（ A ）
A.R1的电功率为40W
B.电流表示数为1A
C.副线圈两端电压为20V
D.副线圈的输出功率为80W
解析 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＝I22，又有原线圈回路U＝I1R1＋2I2·R2R3R2＋R3，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·R2R3R2＋R3＝40 V，故C错误；副线圈的输出功率为P2＝I2U2＝160 W，故D错误.
命题点3 多个副线圈的变压器问题
3.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0＝100、n1＝200和n2＝300，两个副线圈分别接有电阻R1＝5Ω、R2＝10Ω和R3＝5Ω.当原线圈中接入正弦交流电源时，理想电压表的示数为U＝5V.不计线圈电阻，理想电流表的读数为（ B ）
A.3AB.7AC.32AD.722A
解析 设原线圈两端的电压为U0，副线圈n1两端的电压为U1，副线圈n2两端的电压为U2，由串并联电路特点可知副线圈n2两端的电压为U2＝R2＋R3R3U，由理想变压器原理可得U0n0＝U1n1＝U2n2，由能量守恒定律得U0I0＝U12R1＋U22R2＋R3，解得I0＝7 A，B正确.
命题点4 自耦变压器与分压器问题分析
4.如图甲、乙所示的电路中，当A、B接10V交流电压时，C、D间电压为4V；当M、N接10V直流电压时，P、Q间电压也为4V.现把C、D接4V交流电压，P、Q接4V直流电压，则A、B间和M、N间的电压分别是（ B ）
A.10V 10VB.10V 4V
C.4V 10VD.10V 0
解析 题图甲所示是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比.当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流电压时，A、B间将得到10 V交流电压.图乙所示是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们的阻值成正比.但是当把电压加在P、Q两端时，M、P两点的电势相等.所以当P、Q接4 V直流电压时，M、N两端电压也是4 V，故选B.
课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系.
2.知道远距离输电时通常采用高压输电的原因.
对理想变压器原理的理解
2023：广东T6，海南T11；
2022：北京T4，山东T4，重庆T3；
2021：河北T8，重庆T6；
2020：山东T5，江苏T2，全国ⅢT20，浙江1月T10
1.物理观念：理解理想变压器及远距离输电原理；运用能量观念分析变压器及远距离输电问题.
2.科学思维：建构理想变压器及远距离输电模型，分析求解问题.
3.科学探究：通过实验，了解变压器的工作原理.
4.科学态度与责任：通过变压器在远距离输电中的应用，了解科技对人类社会发展的影响，培养科学态度及社会责任意识.
变压器电路的动态分析
2023：北京T7；
2022：湖南T6；
2021：湖南T6，福建T3，海南T9；
2020：北京T9
远距离输电问题
2023：山东T7，天津T6，浙江6月T7；
2022：河北T3；
2021：山东T9；
2020：全国ⅡT19，浙江7月T11
命题分析预测
该部分内容与生产生活实际联系紧密，题目多围绕变压器电路的分析以及远距离输电等进行考查，以选择题形式出现，难度中等.根据近几年考情可知，高考对该部分内容的考查比较常规，因远距离输电问题与生活实际联系紧密，应引起重视.
功率
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出.
电压
原、副线圈的电压比等于[3] 匝数比 ，即U1U2＝[4] n1n2 ，与副线圈个数的多少无关
电流
（1）只有一个副线圈时，I1I2＝n2n1；
（2）有多个副线圈时，由P入＝P出（P1＝P2＋P3＋…＋Pn）得U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn
频率
原、副线圈中电流的频率[5] 相等 .
电动势
由于互感现象，根据法拉第电磁感应定律，有E1＝n1ΔΦΔt，E2＝n2ΔΦΔt，所以E1E2＝n1n2
电压
副线圈输出电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定，即U2＝n2n1U1（“原制约副”）
功率
副线圈中的功率P2由用户负载决定，原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定，即P1＝P2（“副制约原”）
电流
原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2和匝数比决定，即I1＝n2n1I2（“副制约原”）