【文档说明】高考物理一轮复习课件第11章交变电流传感器第32讲变压器的原理电能的输送 (含详解).ppt，共(77)页，1.898 MB，由MTyang资料小铺上传

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第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第32讲变压器的原理电能的输送高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．变压器构造：如图所示，变压器主要由___________、_________和_________组成．闭合铁芯原线圈副线圈2．理

想变压器的基本关系式(1)功率关系：__________.(2)电压关系：__________.(3)电流关系：__________.P入＝P出U1U2＝n1n2I1I2＝n2n13．远距离输电过程(如图所示)4．远距离

输电电压损失：ΔU＝_________＝_____.5．远距离输电功率损失：ΔP＝_________＝_____.U－U′IRP－P′I2R[基础小练]判断下列说法是否正确(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效值

．()(2)变压器能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．()(3)变压器空载时，即变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压．()(4)变压器负载改变时，原线圈的电压也随之改变()√√××(5)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．()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗．()(7)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大．()(8)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，故远距

离输电以增大导线横截面积为减小电能损失的主要方式．()×√√×板块二︿︿[考法精讲]考法一理想变压器的工作原理和基本量的关系基本关系(1)无漏磁，故原、副线圈中的Φ、ΔΦΔt相同．(2)线圈无电阻，因此无电压降

，U＝E＝nΔΦΔt.(3)根据Un＝ΔΦΔt得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有U1n1＝U2n2＝U3n3＝„.(4)无电能损失，因此P入＝P出，无论副线圈一个还是多个，总有U1I1＝U2I2＋U3I3

＋„，将电压关系代入可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋„.(5)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．(6)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．【自主练1】(2019·潍坊

高三一模)(多选)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为22πT，矩形线圈面积为0.08m2，匝数为10，电阻不计，通过电刷与理想变压器原线圈相连．当线圈绕垂直磁场的轴OO′以50πrad/s的角速度转动，副线圈两端交流电压表的示数为

16V，则()A．在图示位置时矩形线圈产生的电动势为0VB．矩形线圈产生的交流电周期为0.02sC．矩形线圈产生的电动势有效值为802VD．变压器原、副线圈匝数之比为5∶1答案AD解析在图示位置时，磁通量最大，矩形线圈产生的电动势为0V，故选项A正

确；矩形线圈产生的交流电周期为T＝2πω＝2π50πs＝0.04s，故选项B错误；矩形线圈产生的电动势最大值为Emax＝NBSω＝10×22π×0.08×50π＝802V，矩形线圈产生的电动势有效值为E＝Emax2＝80V，故选项C错误；变压器原、副线圈匝数之比为n1n2＝U1U2＝801

6＝5∶1，故选项D正确．【自主练2】(2019·青岛城阳区期末)将如图甲所示的不完整正弦交流电接在图乙理想变压器的a、b端．理想变压器的原、副线圈匝数之比为5∶1，所接电表均为理想表，副线圈回路中两个电阻阻值均为R＝11Ω，开关处于断开状态

．下列说法正确的是()A．电流表的示数为0.4AB．电压表的示数为22VC．a、b端的输入功率为88WD．闭合开关K后，电压表示数将变为11V答案C解析输入电压的有效值U1＝22022V＝1102V，据原、副线圈的电压比等于

匝数比U1U2＝n1n2＝51，得U2＝222V，选项B错误；负载消耗的功率P2＝U22R＝222211W＝88W；对于理想变压器，输入功率等于输出功率，所以a、b端的输入功率为88W，选项C正确；输入功率P1

＝U1I1，I1＝0.42A，选项A错误；闭合开关K后，由于匝数比不变，电压表示数不变，选项D错误．考法二三种特殊的变压器模型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，如图所示．2．互感器分为电压互感器和电流互感器，比较如下：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成小电流利用的公式U1U2＝n1n2I1n

1＝I2n2【自主练3】(2019·福州一模)如图所示是一台理想自耦变压器，在a、b之间接电压不变的正弦交流电，A为理想交流电流表．变压器调压端的滑动头P原来处于线圈中点，电阻箱的电阻为R.若将滑动头P向上移到最高处

，并调节电阻箱的阻值为R′，使电流表的读数变为原来的两倍，则R′等于()A.R8B.R4C.R2D．4RA解析当P在线圈中点时，根据U1U2＝n1n2，得U2＝2U，I2＝2UR，由I1I2＝n2n1，则电流表的读数I＝2I2＝4UR；当P

在线圈最高点时，则U2′＝U，I2′＝UR′，则电流表的读数I′＝I2′＝UR′，因I′＝2I，所以R′＝18R，选项A正确．【自主练4】(2019·成都诊断)一理想自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈，通过滑动触头取该线圈的一部

分，接在c、d间作为副线圈，副线圈两端连有一电阻R.在a、b间输入电压为U1的交变电压时，c、d间的电压为U2，在将滑动触头从图中M点逆时针旋转到N点的过程中()A．U2有可能大于U1B．U1、U2均增大C．U1不变、U2增大D．a、b间输入功率不变答案C解析根据变压器的电压关系有U1U2＝

n1n2，由于n2＜n1，所以U2＜U1，选项A错误．当滑动触头从M逆时针转动时，即n2增大时，输入电压U1由发电机决定不变，电压U2＝n2n1U1应该增大，选项B错误，C正确．因负载不变，故输出功率增

大，则变压器的输入功率增大，选项D错误．归纳总结电压互感器与电流互感器的三个角度区分(1)交流电表的不同：副线圈接电压表的是电压互感器，接电流表的是电流互感器．(2)匝数比的不同：副线圈匝数少的是电压互感器，变压器降压，副线圈匝数多的是电流互感器，变压器降低电流．(3)原线圈接线方式

的不同：变压器原线圈两条线分别接火线和零线的是电压互感器，两条线均接火线的是电流互感器．考法三理想变压器的动态分析1．匝数比不变的情况(如图所示)(1)U1不变，根据U1U2＝n1n2，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2均不变．(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．负载电阻不变的情况(如图所示)(1)U1不变，n1n2发生变化，故U2变化．(2)R不变，U2改变，故I2发生变化．(3)根据P2＝U22R，P2发生变化，再根据

P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．【例题1】(2019·咸阳高三一模)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的

两只灯泡，S1为单刀双掷开关，原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示，现将S1接1,S2闭合，此时L2正常发光，下列说法正确的是()A．输入电压的表达式u＝202sin50πtVB．只断开S2后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S

1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W答案D解析周期是0.02s，ω＝2π0.02＝100πrad/s，所以输入电压u的表达式应为u＝202sin100πtV，选项A错误；只断开S2后，负载电阻变大为原来的2

倍，电压不变，副线圈电流变小为原来的一半，L1、L2的功率均变为额定功率的14，选项B错误；只断开S2后，副线圈的功率减小，原线圈的输入功率等于副线圈的功率，选项C错误；若S1换接到2后，电阻R电压有效值为4V，R消耗的电功率为P＝

U2R＝0.8W，选项D正确．【跟踪训练1-1】(2019·济宁高三一模)(多选)如图甲所示，理想变压器的原、副线圈共接有四个规格完全相同的小灯泡，在原线圈所在电路的A、B端输入的交流电的电压如图乙所示，四个灯泡均正常发光．下列说法正确的()A．原、副线圈的匝数比4∶1B．灯泡的额定电压为5

5VC．原线圈两端的电压为220VD．若副线圈再并联一规格相同的灯泡，灯泡L1有可能被烧坏答案BD解析设每只灯泡的额定电流为I，额定电压为U，因并联在副线圈两端的三只小灯泡正常发光，所以副线圈中的总电流为3I，原、副线圈电流之比为1∶3，所以原、副线圈的匝数之比为3∶1，

所以原线圈电压为3U，而L1灯泡的电压也为U，所以电源的电压为4U＝220V，副线圈电压为U＝55V，原线圈电压为3U＝175V，选项A、C错误，B正确；若副线圈再并联一规格相同的灯泡，则有220－I1RI2·14R＝n1n2＝31，I1I2＝n2n1＝13，解

得灯泡L1两端电压为UL1＝I1R＝67.7V>55V，故灯泡L1有可能被烧坏，选项D正确．【跟踪训练1-2】(2019·江西九所重点中学高三联考)(多选)一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，电阻R1和R2的阻值分别为3Ω

和1Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端输入的电流如图乙所示，下列说法正确的是()A．电流表的示数为62AB．电压表的示数为6VC．0～0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为0.24JD．0.03s时，通过电阻R1的电流为6A答案AC解析设电流表的示数为I1，则I21RT＝

222R·T2＋(2)2R·T2，求得I1＝62A，故选项A正确；原线圈中电流只有交流部分电流才能输出到副线圈中，故副线圈中电流交流部分的电流最大值为22A，设副线圈交流电的有效值为I2，则I22RT＝2222R·T2，求得I2＝2A

，因此电压表的示数为U＝I2R＝2V，故选项B错误；在0～0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为Q＝I22R1t＝(2)2×3×0.04J＝0.24J，故选项C正确；由图可知，在0.03s的前后，原线圈中的电流不变化，则副线圈中没有感应电流，所以通过电

阻R1的瞬时电流为零，故选项D错误．【跟踪训练1-3】(2019·全国100所名校模拟)如图所示，一小型电风扇通过理想变压器接到一交流电源上，电风扇的线圈电阻为r，理想变压器原、副线圈的匝数比为n∶1，交流电源的电压瞬时值u＝Umsinωt.开关S闭

合后，电风扇正常运转且消耗的电功率为P，则()A．电风扇线圈中交流电的频率为2πωB．电风扇两端的电压的有效值为Um2nC．通过电风扇的电流的有效值为Um2nrD．电风扇的输出功率为P－P2n2rU2m答案B

解析交流电的频率f＝1T＝ω2π，选项A错误；原线圈电压的有效值U1＝Um2，电风扇两端的电压U2＝U1n＝Um2n，选项B正确；电风扇是非纯电阻用电器，不能使用公式I＝UR求电流，选项C错误；电风扇中的电

流I＝2nPUm，线圈的发热功率Pr＝I2r，电风扇的输出功率P出＝P－Pr，由上述各式联立可得P出＝P－2P2n2rU2m，选项D错误．考法四远距离输电1．理清三个回路远距离输电电网间的基本结构，如图所示．输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回

路．在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁．2．抓任两个联系(1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想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U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，P1＝P2.(2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想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U3U4＝n3n4，I3n3＝I4n4，P3＝P4.3．掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送

回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户．【例题2】(2019·潍坊期末)如图所示为远距离输电示意图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，R为输电线的等效电阻．保持交流发电机输

出电压不变，若电压表示数变小，下列判断正确的是()A．电流表示数变小B．降压变压器原副线圈两端的电压之比变小C．升压变压器输出电压变小D．输电线损失的功率变大答案D[思维导引]升压变压器的输出电压与降压变压器的输入电压通过输电线电压损失相联系，升压变压器的输出功率与降压变压器的输入

功率通过输电线功率损失相联系，电压损失和功率损失均与输电线的电流及电阻有关．解析电压表示数变小，说明降压变压器的次级电压减小，则初级电压减小，因保持交流发电机输出电压不变，则升压变压器的初级电压不变，次级电压

不变，可知导线上的电压损失变大，即导线上的电流变大，输电线损失的功率变大，电流表的示数变大，选项A错误，D正确；降压变压器原、副线圈两端的电压之比等于匝数之比，则降压变压器原、副线圈两端的电压之比不变，选项B错误；升压变压器输出电压由匝数比和输入电压决定，则升压变压器输出电压不变，选

项C错误．归纳总结计算输电线电流的常用关系式关系式电流表达式各物理量的含义P＝UII＝PUP为输送的功率，U为输电电压P线＝I2R线I＝P线R线P线为输电线消耗的功率，R线为输电线的总电阻P线＝U线II＝P线U线P线为输电线消耗的功率，U线为输电线消耗的电压【跟踪训练2-1】(2019·济宁期末)

如图所示，某发电机输出功率是100kW，输出电压是250V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8Ω，要使输电线上的功率损失为5%，而用户得到的电压正好为220V，则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是()A．16∶1190∶11B．1∶1611∶190C．1∶16190∶11D．16∶11

1∶190C解析输电线损失功率P损＝100×103×5%W＝5×103W，所以，输电线电流I2＝25A，升压变压器原线圈电流I1＝400A，故升压变压器原、副线圈匝数比为n1n2＝I2I1＝116；升压变压器副线圈端电压U2＝n2n1U1＝4000V，输电线损失电压U损＝I2·R线＝200V，降

压变压器原线圈电压U3＝U2－U损＝3800V，故降压变压器原、副线圈匝数比为n3n4＝19011，故选项C正确．【跟踪训练2-2】(2018·天津卷)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12，则()A．R消耗的功率变为12PB．电压表V的读数变为12UC．电流表A的读数变为2ID．通过R的交变电流频率不变答案B解析根据ω＝2πn可知转速变为原来的12，则角速度变为原来的1

2，根据Em＝nBSω可知电动机产生的最大电动势为原来的12，根据U＝Em2可知发电机的输出电压有效值变为原来的12，即原线圈的输出电压变为原来的12，根据n1n2＝U1U2可知副线圈的输入电压变为原来的

12，即电压表示数变为原来的12，根据P＝U2R可知R消耗的电功率变为14P，选项A错误，B正确；副线圈中的电流为I2＝12UR，即变为原来的12，根据n1n2＝I2I1可知原线圈中的电流也变为原来的12，选项C错误；转速减小为原来的1

2，则频率变为原来的12，选项D错误．【跟踪训练2-3】(2018·江苏卷)采用220kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，输电电压应变为()A．55kVB．110kVC．440kVD．880kVC

解析当输电功率P＝UI，U为输电电压，I为输电线路中的电流，输电线路损失的功率为P损＝I2R，R为输电线路的电阻，即P损＝PU2R，当输电功率一定时，输电线路损失的功率为原来的14，则输电电压为原来的2倍，即440kV，

故选项C正确．[典例诊断]【例题3】(2019·郑州高三一模)(多选)如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，保持输入电压不变．开始时单刀双掷开关K接a；S断开时，小灯泡A发光较暗，要使小灯泡A亮度增加，下列操作可行的是()A．闭合开关SB．开关K接

bC．把滑动变阻器滑片向左移动D．把滑动变阻器滑片向右移动[错解分析]错选A：认为闭合开关后，副线圈电阻变小，而副线圈电压不变，则副线圈功率变大，所以灯变亮，错误出现的原因是将副线圈的功率与A灯的功率混淆．解析闭合开关S，副线圈回路电阻变小，电流变大，滑动变阻器

上的分压增大，并联部分的电压变小，灯泡A变暗，选项A错误；答案BD开关K接b，输入端线圈匝数减小，则根据U1U2＝n1n2可知，副线圈两端的电压增大，灯泡A中电流增大，灯泡A变亮，选项B正确；把滑动变阻器滑片向左移动，副线圈回路总电阻变大，总电流变小，灯泡A两端的电压变小，灯泡A变暗，选

项C错误；把滑动变阻器滑片向右移动，副线圈回路总电阻变小，总电流变大，灯泡A两端的电压变大，灯泡A变亮，选项D正确．易错警示含变压器的动态电路分析在含变压器的动态电路分析中，负载电路中的某个器件的电阻变化，引起变压器原、副线圈回路的电流、电压、功率变

化，分析动态变化时往往会混淆负载支路的功率变化与变压器原、副线圈回路的功率变化，从而不能正确分析电路的动态变化．在分析这类问题时，应先从负载支路开始，逐步分析支路电流、功率、电压的变化，再分析这些变化对变压器原、副线圈回路的电流、功率、电压的影响．【跟踪训练3】(2019·德阳诊断)如图所示

，理想变压器的原线圈接有频率为f，电压为U的交流电，副线圈接有光敏电阻R1(光照增强时，光敏电阻阻值减小)、用电器R2，下列说法正确的是()A．P位置不动，当光照增强时，变压器的输入功率减小B．当f减小时，变压器的输入功率减小C．光照强度

不变，当滑动触头P向上滑动时，用电器消耗的功率增大D．P位置不动，光照强度不变，当U增大时，用电器消耗的功率增大答案D解析P位置不动，原线圈匝数不变，根据U1U2＝n1n2，变压器的输出电压不变，当光照增强时，光敏电阻的电阻值减小，根据功率表达式P＝U2R，

故变压器的输出功率增大，故输入功率也增大，故选项A错误；当f减小时，输入电压和输出电压不变，变压器的输出功率不变，故输入功率也不变，故选项B错误；光照强度不变，光敏电阻的电阻值不变，当滑动触头P向上滑动

时，原线圈匝数增加，根据U1U2＝n1n2，变压器的输出电压减小，根据功率表达式P＝U2R，用电器消耗的功率减小，故选项C错误；光照强度不变，光敏电阻的电阻值不变，P位置不动，原线圈匝数不变，当U增大时，根据U1U2＝n1n2，变压器的输出电压增大

，根据功率表达式P＝U2R，用电器消耗的功率增大，故选项D正确．板块三︿︿1．(2019·朝阳一模)某同学模拟“远距离输电”，将实验室提供的器材连接成如图所示电路，A、B为理想变压器，灯L1、L2相同且阻值不变．保持A的输入电压不变

，开关S断开时，灯L1正常发光．则下列说法正确的是()A．闭合S，L1变亮B．闭合S，A的输入功率变小C．仅将滑片P上移，L1变亮D．仅将滑片P上移，A的输入功率变小答案D解析闭合S，副线圈电阻减小，则消耗功率增大，B副线圈中电流增大，B原线圈电流也增大，则R上损失的电压和功率

增大，则B输入电压减小，灯泡两端电压减小，灯泡会变暗，故选项A错误；根据A分析知消耗和损失功率都增大，根据能量守恒知A的输入功率变大，故选项B错误；仅将滑片P上移，A副线圈匝数减小，则输出电压减小，B的输入电压

减小，灯泡电压也减小，故L1变暗，消耗功率减小，则A输入功率减小，故选项C错误，D正确．2．(2019·保山统考)(多选)如图所示为一理想自耦变压器，原线圈两端加上交变电压u＝311sin100πtV，现将滑片P滑至线圈中点，电流表和电压表均可视为理想电表，下列说法正确的是(

)A．该交流电的频率为100HzB．电压表的示数为440VC．若将变阻器的滑片Q上移，电压表示数减小D．若将变阻器的滑片Q上移，电流表示数增大BD解析电路中的变压器不改变交流电的频率即f＝100π2π＝5

0Hz，故选项A错误；原线圈的电压有效值为U1＝Um2＝3112V＝220V，根据电压与匝数成正比n1n2＝U1U2可知，副线圈的有效值为U2＝440V，故选项B正确；在滑动变阻器滑片Q向上移动的过程中，电路的总电阻减小，由

于输入电压不变，则输出的电压不变，所以副线圈电流变大，则原线圈中的电流也变大，由此可知电压表读数不变，电流表读数变大，故选项C错误，D正确．3．(2019·凉山诊断)(多选)如图所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中转动，线圈产生

的感应电动势e随时间t的变化为e＝102cos10πtV，已知线圈的电阻r＝2Ω，外接一理想变压器，原线圈两端接一理想电压表，副线圈接一个R＝8Ω的电阻，则()A．在t＝0.5s时，穿过线圈的磁通量为零B．理想电压表的读数为10VC．原、副

线圈的匝数比为1∶2时，电阻R消耗的功率最大D．原、副线圈的匝数比为2∶1时，电阻R消耗的功率最大答案AC解析在t＝0.5s时，e＝102cos(10π×0.5)(V)＝－102V，此时线圈平面垂直于中性面

，即穿过线圈的磁通量为零，选项A正确；若线圈无内阻时，电压表读数为E＝1022V＝10V，因线圈有内阻则电压表读数小于10V，选项B错误；设变压器原副线圈的匝数比为k，初级电压为U，根据规律，当电源的内阻等于外电路电阻时电源的输出

功率最大，此时变压器及电阻R部分的等效电阻应该等于r＝2Ω，即U2r＝Uk2R，即12＝1k28，解得k＝12，选项C正确，D错误．