2025版高考物理全程一轮复习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第二讲变压器电能的输送学案

这是一份2025版高考物理全程一轮复习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第二讲变压器电能的输送学案，共9页。学案主要包含了必备知识·自主落实，关键能力·思维进阶等内容，欢迎下载使用。

考点一 理想变压器原理及基本关系应用
【必备知识·自主落实】
1．构造：如图所示，变压器是由闭合________和绕在铁芯上的两个________组成的．
(1)原线圈：与______连接的线圈，也叫______线圈．
(2)副线圈：与______连接的线圈，也叫______线圈．
2．原理：线圈的________．
3．理想变压器的基本关系
副线圈与用电器断开时，无电流通过副线圈，但副线圈两端存在电压
(1)电压关系：________．
(2)电流关系：________．

变压器不能改变交变电流的频率
(3)功率关系：________．
【关键能力·思维进阶】
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
考向1 理想变压器的分析与计算
例 1 [2023·广东卷]用一台理想变压器对电动汽车充电．该变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，输出功率为8.8 kW，原线圈的输入电压u＝220sin (100πt)V.关于副线圈输出电流的有效值和频率正确的是( )
A．20 A，50 Hz B．20 A，50 Hz
C．20 A，100 Hz D．20 A，100 Hz
例 2 (多选)[2023·海南卷]如图是工厂利用u＝220sin 100πt V的交流电给36 V照明灯供电的电路，理想变压器原线圈匝数为1 100，下列说法正确的是( )
A．电源电压有效值为220 V
B．交变电流的周期为0.02 s
C．副线圈匝数为180
D．副线圈匝数为240
考向2 原线圈接入用电器的变压器问题分析
例 3 [2024·重庆模拟预测]变压器是输配电的基础设备，广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等．我国在网运行的变压器约1 700万台，总容量约110亿千伏安．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，原线圈左侧输入如图乙所示的正弦式交流电，L1、L2是完全相同的灯泡．灯泡电阻值恒定，若灯泡L2能正常发光，则下列说法正确的是( )
A．灯泡L1能正常发光
B．灯泡L2的额定电压为40 V
C．灯泡L1、L2的实际功率之比为2∶1
D．通过灯泡L2的电流方向一秒改变50次
思维提升
原线圈含电阻的变压器问题分析技巧
(1)对于一组原、副线圈电路，电流与匝数成反比的规律成立，即＝；
(2)电压与匝数成正比关系成立的条件：原线圈接有电阻时，关系式＝中U1指的是原线圈两端电压，而不是电源电压；
(3)原线圈两端电压和与原线圈串联的电阻两端电压之和等于电源电压．
考向3 多副线圈变压器问题分析
例 4 [2024·湖北十堰调研]
如图所示，理想变压器原线圈所在电路的输入端接有电压有效值为220 V的正弦交变电流，匝数为30的副线圈2与规格为“12 V 36 W”的灯泡L1连接，副线圈3与规格为“18 V 54 W”的灯泡L2连接，原线圈与额定电压为40 V的灯泡L连接．若电路接通时，三个灯泡均正常发光，则下列说法正确的是( )
A．原线圈1两端的电压为220 V
B．原线圈1的匝数为450
C．副线圈3的匝数为50
D．通过灯泡L的电流有效值为1 A
考向4 理想变压器的动态分析
例 5 [2024·广东模拟预测]随着社会发展，人民生活水平的提高， 电能在工业、农业、国防、科研和人民生活中，以及在国民经济的其他各个部门中，将愈来愈广泛的应用，它既能大大地提高劳动生产率，改善劳动条件，又能提高人们的物质生活和文化生活水平．远程输电、电网监控、用电安全等等，都是提高电网运行效率，实现可靠供电，并对其的安全状况进行掌控的极其重要环节．如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsin ωt，通过单刀双掷开关S1可改变变压器原线圈的匝数，电路中R1、R2、R3为定值电阻，R是滑动变阻器，V是理想交流电压表，示数用U表示，A是理想交流电流表，示数用I表示，下列说法正确的是( )
A．I表示电流的瞬时值，U表示电压的最大值
B．若将滑片P向上滑动，变压器输入功率变大
C．若闭合开关S2，则U不变，I变大
D．若将原线圈开关S1由1掷向2，则U、I都变大
思维提升
含有变压器的动态电路问题的解题思路
考点二 电能的输送
【必备知识·自主落实】
1．输电损耗：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′，输电线总电阻为R.
2.减少输电线上电能损失的方法
(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，必须提高________．
【关键能力·思维进阶】
1．理清三个回路
2．分清三种关系
考向1 远距离输电的定性分析
例 6 (多选)[2023·天津卷]如图是输电线为用户输电的示意图，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电线上的总电阻为R，下列说法正确的是( )
A．T1的输出电压与T2的输入电压相等
B．T1的输出功率大于T2的输入功率
C．若用户接入的用电器增多，则R消耗的电功减小
D.若用户接入的用电器减少，则T2的输出功率减小
考向2 远距离输电的定量分析
例 7 [2023·山东卷]某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW.降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω.其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器．下列说法正确的是( )
A．发电机的输出电流为368 A
B．输电线上损失的功率为4.8 kW
C．输送给储能站的功率为408 kW
D．升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶44
核心素养提升两种特殊的变压器模型
1．自耦变压器：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．
2．互感器
典例1如图为可调压式自耦变压器，在电压U1保持不变的情况下，滑片P顺时针转过适当角度，滑片P′向上移动适当距离，则( )
A．U2将增大
B．U2将不变
C．定值电阻R0的热功率减小
D．流经定值电阻R0的电流不变
典例2 如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为( )
A．2.2×103 W B．2.2×10－2 W
C．2.2×108 W D．2.2×104 W
第2讲 变压器 电能的输送
考点一
必备知识·自主落实
1．铁芯 线圈 （1）交流电源 初级 （2）负载 次级
2．互感现象
3．（1）＝ （2）＝ （3）P入＝P出
关键能力·思维进阶
例1 解析：原线圈：u＝200sin (100πt)V
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(U1＝\f(Um,\r(2))＝220 V,ω＝100π rad/s\(――→,\s\up7(ω＝2πf))f＝50 Hz))
变压器不改变交变电流的频率，故副线圈输出电流的频率也为50 Hz，C、D错；
理想变压器变压规律：＝＝―→U2＝440 V
功率P＝I2U2＝8.8×103 W―→I2＝20 A，A对、B错．
答案：A
例2 解析：由交流电的表达式可知，该交流电有效值为220 V，A错；交流电的周期T＝＝0.02 s，B对；根据理想变压器的变压规律有＝，代入数据得n2＝＝180，C对、D错．
答案：BC
例3 解析：设灯泡L2的额定电流为I额，根据理想变压器的电流规律可知，原线圈中的电流为，则灯泡L1不能正常发光，由P＝I2R，可知灯泡L1、L2的实际功率之比为1∶4，A、C错误；
设变压器及其右侧回路的等效电阻为R1，则根据变压器原理可知＝
可得R1＝4RL2＝4RL1
则原线圈两端的电压U1＝U＝80 V
根据理想变压器原理，可知灯泡L2的额定电压为40 V，B正确；
由题图乙可知交流电的周期为0.02 s，一个周期内电流方向改变两次，故通过灯泡L2的电流方向一秒改变100次，D错误．
故选B.
答案：B
例4 解析：三个灯泡均正常发光，可知原线圈1两端的电压为U1＝220 V－40 V＝180 V，故A错误；
设原线圈1的匝数为n1，根据电压比等于匝数比可得＝
解得n1＝n2＝×30＝450，故B正确；
设副线圈3的匝数为n3，根据电压比等于匝数比可得＝
解得n3＝n1＝×450＝45，故C错误；
设通过灯泡L的电流有效值为I1，则有U1I1＝P2＋P3
解得I1＝＝ A＝0.5 A，故D错误．
故选B.
答案：B
例5 解析：交流电表的示数为有效值，故A错误；
P向上移动过程中，R变大，由于交流电源原副线圈匝数不变，副线圈两端电压不变，变压器输出功率变小，所以变压器输入功率变小，故B错误；
当开关S2闭合后副线圈电压不变，副线圈负载电阻变小，副线圈电流变大，R1两端电压变大，所以电压表示数U变小，I变小，故C错误；
当开关S1由1掷向2时，副线圈两端电压升高，电阻不变，所以U变大，I变大，故D正确．故选D.
答案：D
考点二
必备知识·自主落实
1. IR I2R
2．（1）横截面积 电阻率小 （2）输电电压
关键能力·思维进阶
例6 解析：设输电线中的电流为I2，T1的输出电压与T2的输入电压分别为U2、U3，则有U2＝I2R＋ U3，即T1的输出电压大于T2的输入电压，A错误；T1的输出功率为P2＝U2I2，输电线上损耗的功率为ΔP＝R，T2的输入功率为P3＝U3I2，则P2＝ΔP＋P3，即T1的输出功率大于T2的输入功率，B正确；若用户接入电路的用电器增多，则T2副线圈中的电流增大，由变压器的工作原理可知，T2原线圈中的电流增大，即输电线上的电流增大，输电线上损耗的功率增大，即R消耗的电功率增大，C错误；若用户接入电路的用电器减少，则用电器消耗的功率减小，即T2的输出功率减小，D正确．
答案：BD
例7 解析：由题知，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW，则有I1＝＝2×103 A
A错误；
由题知，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，则有＝＝
P′＝U4I4
联立解得I4＝400 A，I3＝8 A，U3＝11 000 V
则输电线上损失的功率为P损＝R＝4 kW
且U2＝U3＋I3R＝11 500 V
再根据＝，解得＝
B、D错误；
根据理想变压器无功率损失有P＝U2I3＋P储
代入数据有P储＝408 kW
C正确．故选C.
答案：C
核心素养提升
典例1 解析：由题意可知，滑片P顺时针转过适当角度，则副线圈的匝数n2减小，由＝，可知副线圈输出电压U2减小，副线圈两端电压与原线圈两端电压及匝数比有关，与副线圈电路的总电阻的大小无关，A、B错误；副线圈两端电压U2减小，滑片P′向上移动适当距离，可知滑动变阻器接入电路的电阻增大，则副线圈回路的总电阻增大，副线圈回路中电流减小，流经定值电阻R0的电流减小，由P＝I2R0可知，定值电阻R0的热功率减小，C正确，D错误．故选C.
答案：C
典例2 解析：对互感器甲，高压输电线的送电电压为U＝U甲＝220 kV
对互感器乙，送电电流为I＝I乙＝1 000 A
所以高压输电线的送电功率为P＝UI＝220 kV×1 000 A＝2.2×108 W
故选C.
答案：C课 程 标 准
素 养 目 标
通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系．知道远距离输电时通常采用高压输电的原因．
物理观念：知道变压器的工作原理，理解远距离输电的原理．
科学思维：掌握变压器的特点并能分析解决实际问题，会计算远距离输电线路损失的电压和功率．
电压
原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝U1
功率
副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出
电流
副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝I2
输电电流
电压损失
功率损失
I＝____＝＝
ΔU＝U－U′＝____
ΔP＝P－P′＝＝R
电压关系
＝
U2＝ΔU＋U3
＝
电流关系
＝
I2＝I3＝I线
＝
功率关系
P1＝P2
P2＝P3＋ΔP
ΔP＝R线＝
P3＝P4
电压互感器
电流互感器
原理图
原线圈的连接
并联在高压电路中
串联在交流电路中
副线圈的连接
连接电压表
连接电流表
互感器的作用
将高电压变为低电压
将大电流变为小电流
利用的公式
＝
I1n1＝I2n2