物理实验：变压器 电能的输送

C．48毫安
D．与R值大小有关 图10－2－11
解析：当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割 磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中 产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，A正确． 答案：A
4．(2009· 广东高考)图10－2－12所示为远距离高压输电的 示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是 ( )
(2)输出电流I2决定输入电流I1.在输入电压一定的情况下，输 出电压U2也被完全确定，当负载电阻R增大时，I2减小， 则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增 大． (3)输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输入功率与输 出功率相等，即P1＝P2，在输入电压U1一定的情况下，当 负载电阻R增大时，I2减小，则变压器的输出功率P2＝I2U2 减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时， I2增大，变压器的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1 也将增大．
解析：闭合S时，输出电路电阻减小，副线圈中电流增大， V1示数不变，A2示数变大，则A1示数也变大，由于V1示数 不变，A2示数变大，则V2示数变小，A3示数变小．综上所 述，只有B项正确． 答案：B
1.对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电
线→降压变压器→用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒
[解题指导]
滑片c向b端移动时，R变大，输出功率P2＝
，又因U2不变，则P2减小，所以输入功率减小，A项错；
滑片c向a端移动时，R变小，A2示数I2＝
数变大，B项错； 滑片c向b端移动时，R变大，由I2＝ 故C项错；
变大，则A1示
知，A2示数变小，
当滑片c不动，开关S由1掷向2时，原线圈匝数n1减少，由 U2＝ 正确． [答案] D U1知U2变大，故A2示数变大，A1示数变大，故D项
理想变 ①没有能量损失 压器 ②没有磁通量损失 功率关系 基 电压关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率 P入＝P出 原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载
本
关 系
情况、副线圈个数的多少无关Baidu Nhomakorabea
① 只有一个副线圈：电流和匝数成反比
电流关系 ② 多个副线圈：由输入功率和输出 功率相等确定电流关系 频率关系 原、副线圈中电流的频率相等
2．在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动 头，如图10－2－10所示．当变压器输入电压发生变化时， 可上下调节P1、P2的位置，使输出电压稳定在220 V 上．现发现输出电压低于220 V，下列措施不正确的是 . ( A．P1不动，将P2向上移 B．P2不动，将P1向下移 C．将P1向上移，同时P2向下移 D．将P1向下移，同时P2向上移 图10－2－10 )
图10－2－4
A．当滑片c向b端移动时，变压器输入功率变大 B．当滑片c向a端移动时，电流表A1的示数将减小，电压 表V的示数不变 C．当滑片c向b端移动时，电流表A2的示数将变大，电压 表V的示数也变大 D．滑片c不动，将开关S由1掷向2时，三个电表A1、A2、V 的示数都变大
滑片c移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功 率，改变原线圈中的电流.开关S由1掷向2减少了原线圈的匝数， 从而改变其他各物理量.
(2)电压、电流关系： U2＝U线＋U3，I2＝I3＝I线． (3)输电电流：I线＝ (4)输电线上损耗的功率： P损＝I线U线＝I线2R线＝ 当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线 上损耗的功率就减少到原来的
(15分)某小型发电站的发电机输出交流电压 为500 V，输出电功率为50 kW，如果用电阻为3 Ω的输电线 向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？ 假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则 发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压
[名师归纳] 类型：
理想变压器的动态分析问题一般有两种
(1)负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2也不变， 电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比变化而变化． (2)匝数比不变，原、副线圈的电压U1、U2也不变， 电流I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化． 无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变 量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相 互制约关系——U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻 决定；I1由I2和匝数比决定．
1．如图10－2－5所示，T为理想变压器，副线圈回路中的输 电线ab和cd的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当 电键S闭合时 ( )
图10－2－5
A．交流电压表V1和V2的示数一定都变小 B．交流电压表只有V2的示数变小 C．交流电流表A1、A2和A3的示数一定都变大 D．只有A1的示数变大
R线，在输电距离不变情况下，可采用减小材料的 电阻率 、 增大导线的 横截面积 等方法，但是不实际，不容易实现． (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，必须提高 输电电压 ．
2．远距离输电的功率损失 输送功率一定时，线路电流I＝ 率P损＝I2R线＝ ，可知P损∝ ，输电线上损失功
(2)变压器的以上关系都是根据“口”字型的变压器推出的．如 果变压器不是“口”字型时，应根据变压器的原理及各线圈 中磁通量的关系推导出各物理量的关系．
如图10－2－2 所示的电路中，变压器初级线圈 匝数n1＝1000匝，次级线圈有两个， 匝数分别为n2＝500匝，n3＝200匝， 分别接一个R＝55 Ω的电阻，在初级 线圈上接入U1＝220 V的交变电流．求： (1)两次级线圈输出电功率之比； (2)初级线圈中的电流．
2．动态分析的思路程序可表示为：
(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈 相当于电源．
(2)对理想变压器应注意能量守恒定律的应用．
如图10－2－4所示，理想变压器输入端PQ接 稳定的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器原线圈 匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正 确的是 ( )
与匝数成正比关系仍成立，而电流与匝数成反比的规律不再 成立．但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入 功率等于输出功率进行求解，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…，或n1I1 ＝n2I2＋n3I3＋….
1.理想变压器的几个因果关系 当理想变压器的匝数比不变时， 如图10－2－3所示，各量相互 关系如下： (1)输入电压U1决定输出电压U2.这 是因为输出电压U2＝ ，当U1不变时，图10－2－3 不论负载电阻R变化与否，U2不会改变．
器变为220 V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两
个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？
先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立 的闭合电路，应用欧姆定律、串联和并联电路的特点及 电功、电功率等有关公式分析各自的电流、电压和功率 n U I 关系，各独立回路之间可通过变压器的 1 1 1 n2 U 2 I 2 及理想变压器P1＝P2等联系起来.
解析：(1)输电线上的电流为 I＝ A≈52.63 A
输电线路损耗的功率为
P损＝I2R＝52.632×6 W≈16620 W＝16.62 kW (2)改用高压输电后，输电线上的电流为 I′ ＝ A＝4 A
用户端在变压器降压前获得的电压 U1＝U′－I′R＝(5000－4×6)V＝4976 V 根据 U2＝ 用户得到的电压为 ×4976 V≈226.18 V. (2)226.18 V
一、变压器原理 1．构造和原理 如图10－2－1所示： 图10－2－1 (1)主要构造：由 原线圈 、 副线圈 和 闭合铁芯 组成．
(2)工作原理：电磁感应的 互感 现象．
2．理想变压器的基本关系式
(1)电压关系：
若n1＞n2，为 降压 变压器；若
n1＜n2，为 升压 变压器． (2)电流关系： 只适用于只有一个副线圈的情况．
图10－2－8
输电电流I＝ 发电站升压后输电电压
A＝10 A．
(1分)
(1分) 升压变压器匝数比 输电线上损失的电压U′＝IR＝10×3 V＝30 V． (2分) (1分)
降压变压器的输入电压
U2＝U－U′＝(5000－30) V＝4970 V，
降压变压器的匝数比
(1分)
(2分)
[答案]
200 V
推 到“发电机”一步一步进行分析． 2．高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实 际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种 因素，依照不同的情况选择合适的输电电压．
3．远距离高压输电的几个基本关系(以图10－2－6为例)
图10－2－6
(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3.
答案：(1)16.62 kW
[随堂巩固] 1．如图10－2－9所示为一理想变压器，在原线圈输入 电压不变的条件下，要提高变压器的输入功率，可采用的 方法是 A．只增加原线圈的匝数 B．只增加副线圈的匝数 C．只减小R1的电阻 D．断开开关 S 图10－2－9 ( )
解析：输入功率由输出功率决定，副线圈上的功率P2＝ 增加副线圈的匝数，U2增加，P2增大，B正确；增加原线圈 匝数，U2减小，P2减小，A错；减小R1的电阻，副线圈上的 总电阻R变小，P2增大，C对；断开S，总电阻R增大，P2减 小，D错． 答案：BC
[听课记录] 所以U2＝ 又 P＝ 所以
(1)对两个次级线圈有 U3＝
(2)由欧姆定律得I2＝
＝2 A，I3＝
＝0.8 A.
对有两个次级线圈的变压器有n1I1＝n2I2＋n3I3 所以I1＝ [答案] (1) ＝1.16 A. (2)1.16 A
[名师归纳]
对于有两组以上的副线圈的变压器，电压
2×104 W
1∶10 497∶22
[名师归纳]
在远距离输电问题中，计算电路功率
2R P ＝ I 问题时常用关系式 损 线 线 ，其原因是I线较易由公式
求出，而公式P损＝U线I线或P损＝
则不常用，
其原因是在一般情况下U线不易求出，且易把U线和U输相混淆 造成错误．
2．(2008· 上海高考)某小型实验水电站输出功率是20 kW，输 电线总电阻为6 Ω. (1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率． (2)若改用5000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶1的变 压器降压，求用户得到的电压．
解析：由
可知U2＝
，要提高U2，可通过增
大n2或减小n1或同时增大n2、减小n1的办法，故C的措施不 正确 答案：C
3． (2010· 南通模拟)如图10－2－11所示，理想变压器原、副 线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨， 副线圈与电阻R相连组成闭合回路．当直导线AB在匀强磁 场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表A1的 读数是12毫安，那么安培表A2的读数是 A．0 B．3毫安 ( )
[满分指导]
用500 V电压送电时示意图如图10－2－7所
示，50 kW的电功率在输电线上
的电流I0＝ 用户获得电压 U1＝U0－I0R＝(500－100×3) V＝200 V 用户获得的功率P1＝I0U1＝2×104 W． A＝100 A． (2分) 图 10－2－7 (2分) (1分)
改用高压输送时示意图如图11－2－8所示，要求P损＝ 0.6%P，即P损＝50×103×0.6% W＝300 W． (2分)
理想变 ①没有能量损失 压器 ②没有磁通量损失
电
压 制约 关系
副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定
功 原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2 率 决定 电 流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定
(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个
特点，电流关系的推导应该以其为依据．
3．互感器 (1)电压互感器：用来把 高 电压变成 低 电压． (2)电流互感器：用来把 大 电流变成 小 电流．
(1)如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的 变压器就是理想变压器． (2)变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定 电流的电流和电压．
二、电能的输送 1．根据P损＝I2R线，减少输电电能损失有两种方法． (1)减小输电线的电阻：由R＝ρ 可知，要减小输电线的电阻