高考物理一轮复习专题十一交变电流考点2变压器电能的输送教案

考点二 变压器 电能的输送

基础点

知识点1 理想变压器

1．构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。 2．原理：电流磁效应、电磁感应。 3．理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：P 入＝P 出。

(2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2

，若n 1＞n 2，为降压变压器； 若n 1＜n 2，为升压变压器。

(3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1

；有多个副线圈时仍有P 入＝P 出，据P ＝UI 可推出，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n ，n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…＋n n I n 。

(4)频率关系：不变。 4．几种常用的变压器

(1)自耦变压器——调压变压器，如图A 、B 所示。

(2)互感器⎩⎪⎨⎪⎧

电压互感器：把高电压变成低电压， 如图C 所示。

电流互感器：把大电流变成小电流，

如图D 所示。

知识点2 远距离输电 1．减少输电电能损失的两种方法 (1)理论依据：P 损＝I 2

R 。

(2)减小输电线的电阻：根据电阻定律R ＝ρl

S

，要减小输电线的电阻R ，在保证输电距离情况下，可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法。

(3)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．输电过程示意图

3．输电电流 (1)I ＝P U ；(2)I ＝

U －U ′

R

。 4．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q ＝

I 2Rt 。

5．电压损失

(1)ΔU ＝U －U ′；(2)ΔU ＝IR 。 6．功率损失

(1)ΔP ＝P －P ′；(2)ΔP ＝I 2

R ＝⎝ ⎛⎭

⎪⎫P U

2R 。

重难点

一、理想变压器原理和基本关系 1．变压器的工作原理

2．理想变压器的基本关系

特别提醒

(1)变压器不能改变直流电压，因为工作原理早已不成立。 (2)理想变压器基本关系中U 1、U 2、I 1、I 2均指有效值。

(3)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U 1为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压。

(4)变压器的以上关系都是根据“口”字形的变压器推出的，如果变压器不是“口”字形时，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间的关系。

二、理想变压器动态分析问题 1．匝数比不变的情况(如图所示)

(1)U 1不变，根据U 1U 2＝n 1

n 2

，输入电压U 1决定输出电压U 2，不论负载电阻R 如何变化，U 2也不变。

(2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，输出电流I 2决定输入电流I 1，故I 1发生变化。

(3)I 2变化引起P 2变化，P 1＝P 2，故P 1发生变化。 2．负载电阻不变的情况(如图所示)

(1)U1不变，n1

n2

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＝U22

R

，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。

3．分析变压器动态问题的程序

特别提醒

关于理想变压器的动态分析问题，解题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约的关系，即明确变压器输入电压与输出电压、输入电流与输出电流跟匝数的关系，以及输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定。

三、远距离输电问题

1．理清“三个回路”

如图所示为远距离输电的简化电路原理图。我们可以把它划分为三个回路，即图中所示的回路1、回路2和回路3。

2．抓住“两个关系”

(1)在上面的远距离输电的简化电路原理中，理想的升压变压器联系了回路1和回路2，由变压器原理可以得到线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各相关量之间的关系：

U1 U2＝

n1

n2

，

I1

I2

＝

n2

n1

，P1＝P2

(2)理想的降压变压器联系了回路2和回路3，由变压器原理可以得到线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各相关量之间的关系：

U3 U4＝

n3

n4

，

I3

I4

＝

n4

n3

，P3＝P4

3．掌握“一个能量守恒关系”

远距离输电过程中，在回路2的输电线上会损耗一小部分电功率，剩余的绝大部分电功率通过降压变压器和回路3输送到用户使用。整个输电过程中的功率关系为P 用＝

P总－P损。

4．在求解远距离输电的相关问题时，我们还应熟练掌握以下几点

(1)一个原理

要减小输电线上的电压损失和电功率损失，就要减小输电电流，而输电功率是确定的，由P＝IU知，应提高输电电压。

(2)两个损失

①电压损失：ΔU＝I线R线，主要原因是输电线有电阻。

②功率损失：P损＝I2线R线＝ΔU2 R线

。

(3)三个关系

①电压损失关系：ΔU＝U2－U3，U2是升压变压器的输出电压，U3是降压变压器的输入电压。

②功率损失关系：P损＝I2线R线＝ΔU2

R线

，升压变压器的输出功率和降压变压器的输

入功率之差即为损失的电功率。

③功率关系：P用＝P总－P损。

特别提醒

在远距离输电问题中，计算输电线上损失的功率时应用P损＝I2线R线，其原因是I