变压器与输电

年 级 高二 学 科 物理 编稿老师 张友良 课程标题 变压器与输电

一校

林卉

二校

黄楠

审核

薛海燕

一、考点突破

1. 通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。

2. 了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理。

二、重难点提示

重点：理想变压器原、副线圈间物理量之间的关系。知道高压输电的道理。 难点：理解互感现象，变压器的工作原理。传输电路中电功率转化及电损耗的计算。

匝数比：n 1:n 2 电压比：U 1:U 2 电流比：I 2:I 1 功率比：P 1:P 2

R U

P

R I P 22)('==

U

P I =

R U

P IR U =

=' U 3=U 2-U ’

能力提升类

例1 如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V ，额定功率为22W ；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U 和I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则（ ）

A. A I V U 2.0,110==

B. A I V U 05.0,110==

C. A I V U 2.0,2110==

D. A I V U 22.0,2110== 一点通：匝数比等于电压比，等于电流的反比。电表的读数是有效值。 答案：A

解析：主要考查理想变压器原副线圈电压、电流与匝数的关系。U 2=220V ，根据U 1：U 2=n 1:n 2得，U 1=110V 。I 2=P/U 2=0.1A ，根据I 1：I 2= n 2：n 1得I 1=0.2A 。所以正确答案是A 。

例2 如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n 1=800和n 2=200的两个线圈，上线圈两端与u=51sin314tV 的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是

A. 2.0V

B. 9.0V

C. 12.7V

D. 144.0V

一点通：不要把此装置看作理想变压器。 答案：A

解析：交流电源电压的有效值

，如果看成理想的变压器来处理有：、

、

，解得

，故交流电压表的读数应该小于

，所以答案为

A 。

综合运用类

例1 为保证用户电压稳定在220V ，变电所需适时进行调压，图甲为变压器示意图。保持输入电压1u 不变，当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压2u 随时间t 变化的曲线如图乙所示。以下叙述正确的是 （ ）

A. V t u )50sin(21902π=

B. V t u )100sin(21902π=

C. 为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当下移

D. 为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当上移

一点通：由图象可以得到函数关系，由现在的电压小于需要值，可以知道需要适当升压。 答案：BD

解析：由电压2u 随时间t 变化的曲线可知，用户电压的最大值是V 2190，周期是

s 2102-⨯，所以V t u )100sin(21902π=，A 错误，B 正确；根据

2

1

21U U n n =，1n 减小，2u 增大，因此为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当上移，C 错误，D 正确。

例2 图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1:n 2=5:1，电阻R=20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1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S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光。下列说法正确的是

A. 输入电压u 的表达式u=202sin （50πt ）V

B. 只断开S 1后，L 1、L 2均正常发光

C. 只断开S 2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

一点通：输入功率等于输出功率，匝数比一定，输出电压就一定。负载电阻越大，输出功率越小。

答案：D

解析：本题考查变压器和电路动态变化等知识点。由输入电压u 随时间t 的变化关系图象可知，交变电流周期为0.02s ，输入电压u 的表达式

选项A 错误，

只断开S 1后，L 1、L 2均不能发光，选项B 错误，只断开S 2后，灯泡L 1、L 2串联接入电路，变压器输出电流变小，原线圈的输入功率减小，选项C 错误，若S 换接到2后，变压器输出电压U=4V ，R 中电流为I=0.2A ，R 消耗的电功率为P=UI=0.8W ，选项D 正确。

思维拓展类

例1 某小型实验水电站的输出功率是20kW ，输电线路的总电阻是6Ω。 （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n 1:n 2＝22：1的变压器降压，求用户得到的电压。

一点通：注意输电线上除了有功率损耗还会有电压损耗。 答案：见解析

解析：（1）输电线上的电流强度为I ＝3

2010380

P U ⨯=A ＝52.63A

输电线路损耗的功率为P 损＝I 2R ＝52.632×6W≈16620W ＝16.62kW

（2）改用高压输电后，输电线上的电流强度变为I ′＝3

20105000

P U ⨯=

'A ＝4A 用户端在变压器降压前获得的电压U

＝U －I ′R ＝（5000－4×6）V ＝4976V 根据

11

22

U n U n = 用户得到的电压为U 2＝

211n U n ＝

1

22

×4976V ＝226.18V

例2 如图甲为一理想变压器，ab 为原线圈，ce 为副线圈，d 为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t 图象如图乙所示。若只在ce 间接一只R ce =400 Ω的电阻，或只在de 间接一只R de =225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W 。

（1）请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式； （2）求只在ce 间接400Ω的电阻时，原线圈中的电流I 1； （3）求ce 和de 间线圈的匝数比

ce

de

n n 。

甲 乙

一点通：由图中读出电压的峰值和周期，就可以得出交流电的表达式；利用输入功率等于输出功率，可以求出输入电流；对输出的两个抽头，匝数比仍等于电压比。

解析：

（1）由图乙知πω200=rad/s

电压瞬时值t U ab π200sin 400=（V ） （2）电压有效值V U 22001= 理想变压器21P P = 原线圈中的电流1

1

1U P I = 解得A I 28.01≈（或

A 5

2

） （3）设ab 间匝数为1n