高考物理一轮复习文档：第十一章 第2讲 变压器 电能的输送 讲义

第2讲 变压器 电能的输送

板块一 主干梳理·夯实基础

1．构造：如图所示。变压器主要由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。

(1)原线圈：指与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 (2)副线圈：指与负载连接的线圈，也叫次级线圈。 2．工作原理：电磁感应的互感现象。 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 1

n 2，若n 1>n 2，为降压变压器；若n 1

(3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2

n 1；

有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 。 4．几种常用的变压器

(1)自耦变压器(也叫调压变压器)。 (2)互感器

①电压互感器，可以把高电压降为低电压； ②电流互感器，可以把强电流降为弱电流。 【知识点2】 远距离输电 Ⅰ 1．输电过程(如图所示)

2．电压损失 (1)ΔU ＝U －U ′。 (2)ΔU ＝IR 。

3．功率损失 (1)ΔP ＝P －P ′。

(2)ΔP ＝I 2

R ＝⎝⎛⎭⎫P U 2R ＝ΔU

2

R

。 4．输送电流 (1)I ＝P U 。 (2)I ＝

U －U ′

R

。 板块二 考点细研·悟法培优

考点1理想变压器的工作原理和基本量的关系[深化理解]

1．基本关系

(1)无漏磁，故原、副线圈中的Φ、

ΔΦ

Δt

相同。 (2)线圈无电阻，因此无电压降，U ＝E ＝n ΔΦ

Δt

。

(3)根据U n ＝ΔΦ

Δt 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U 1n 1＝U 2n 2＝U 3

n 3

＝…。

(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U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…，将电压关系代入可得n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…。

(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U 1、U 2、I 1、I 2均为有效值。 2．基本关系式中物理量之间的决定关系

(1)电压决定关系：输入电压U 1决定输出电压U 2，这是因为输出电压U 2＝n 2

n 1U 1，当U 1不变

时，不论负载电阻R 变化与否，U 2不会改变。 (2)电流决定关系：输出电流I 2决定输入电流I 1。

(3)功率决定关系：输出功率P 2决定输入功率P 1，也可简记为“用决定供”。

例1 如图所示，理想变压器有两个副线圈，L 1、L 2是两盏规格为“8 V ,10 W”的灯泡，L 3、L 4是两盏规格为“6 V ,12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U 1＝220 V 时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n 1＝1100匝，求：

(1)副线圈的匝数n 2、n 3? (2)电流表的读数？

(1)变压器的输入电压U 1＝220 V 是什么值？电流表的读数

是什么值？

提示：有效值，有效值。

(2)电灯泡正常发光，如何确定副线圈n 2、n 3上的电压？ 提示：U 2＝8 V ，U 3＝U L3＋U L4＝12 V 。 尝试解答 (1)40匝__60匝__(2)0.2_A 。

(1)由变压器原理可知，n 1∶n 2∶n 3＝U 1∶U 2∶U 3，则 n 2＝U 2U 1n 1＝8

220×1100＝40

n 3＝U 3

U 1n 1＝2×6220

×1100＝60。

(2)由P 入＝P 出可得，I 1U 1＝P 1＋P 2＋P 3＋P 4，所以 I 1＝2P 2＋2P 3U 1＝2×10＋2×12220 A ＝0.2 A

总结升华

1．变压器原线圈含有负载问题的分析

(1)在原线圈回路中，原线圈两端的电压与负载两端电压之和等于电源的电压；

(2)要求解原线圈中负载的电流、电压和功率，一般需先求副线圈中的电流，然后根据理想变压器的关系求得原线圈中负载的电流。 原、副线圈的电流关系往往是解决问题的突破口。 2．含有多个副线圈的变压器电路分析

副线圈有两个或两个以上时，一般从原、副线圈的功率相等入手。由于电压与匝数仍然成正比，当副线圈的用电器为纯电阻时，应用P 2＝U 22

R 求副线圈功率，或副线圈的用电器正常工作时，而原线圈的功率应用P 1＝U 1I 1，之后根据P 1＝P 2求解相关量。 3．变压器与二极管相结合的分析

当副线圈回路中含有二极管时，由于二极管具有单向导电性，会使交变电流只有一半时间导通，经过二极管后的输出电压的有效值与副线圈两端交流电压的正常有效值不相等，应根据电流的热效应进行计算。

[跟踪训练](多选)如图所示，理想变压器输入端接在电动势随时间变化、内阻为r的交流

电源上，输出端接理想电流表及阻值为R的负载，变压器原、

副线圈匝数的比值为r∶R。

如果要求负载上消耗的电功率最大，则下列说法正确的是(

)

A．交流电源的效率为50%

B．电流表的读数为E m

22Rr

C．负载上消耗的热功率为E2m 4r

D．该交流电源电动势的瞬时值表达式为e＝E m sin100πt V

★答案★AB

解析把变压器和R看作一个整体，等效电阻为R′，当R′＝r时，负载上的电功率最大，

此时总功率为P总＝⎝

⎛

⎭

⎫

E m

2

2

2r＝

E2m

4r，负载功率为P负载＝

⎝

⎛

⎭

⎫

1

2·

E m

2

2

r＝

E2m

8r，其效率为50%，则A选

项正确，C选项错误。电流表的读数为副线圈电流的有效值，原线圈电流有效值为I1＝E m 2 2r＝

E m 22r ，则I2＝

n1

n2I1＝

r

R

I1＝

E m

22Rr

，故B选项正确。由题图知周期为0.04 s，则ω＝

2π

T＝50π

rad/s，则瞬时值表达式为e＝E m sin50πt V，故D选项错误。

考点2理想变压器的动态分析[解题技巧]

常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。1．匝数比不变的情况(如图所示)