高三物理课件 变压器远距离输电复习

高频考点例析
题型一 理想变压器基本公式的应用
例1 如图13－2－5所示，理想变压器原副线
圈匝数之比为4∶1，原线圈接入一电压为U ＝U0sinωt的交变电流源，副线圈接一
个 R＝27.5 Ω 的负载电阻．若 U0＝220 2 V，
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ω＝100π rad/s，则下述结论正确的是( ) A．副线圈中电压表的读数为 55 2 V B．副线圈中输出交变电流的周期为1010π s C．原线圈中电流表的读数为 0.5 A D．原线圈中的输入功率为 110 2 W
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(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．
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(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 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．
例3(2008年高考上海卷)某小型实验水
电站输出功率是20 kW，输电线路总电 阻是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．
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【思路点拨】 解答本题时，可按 以下步骤进行：
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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．
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3．远距离高压输电的几个基本关 系(以图13－2－3为例)：
图13－2－ 3
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(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3 U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线． (2)电压、电流关系：UU12＝nn12＝II21，UU34＝nn34＝II43
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(2)改用高压输电后，输电线上的 电流强度变为 I′＝UP′＝205×001003 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U1＝n1，用户得到的电压为
U2 n2 U2＝nn21U1＝212×4976 V＝226.18 V. 【答案】 (1)16.62 kW (2)226.18 V
功率 关系
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率
电压 原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副
基本 关系 线圈个数的多少无关
关系 电流 只有一个副线圈时，电流和匝数成反比多个副线圈
关系 时，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
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制约 关系
电压 功率 电流
2 D 错．
【答案】 C
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【规律总结】 电压表、电流表 的读数均为交变电流的有效值，变压 器原副线圈上的电压、电流之比与其 匝数有关，输入电压决定输出电压， 输出电流、输出功率决定输入电流、 输入功率．
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题型二 理想变压器的动态分析问题
例2 (2010年安徽省级示范高中联考)理想
副线圈电压U2由原线圈电压U1 和匝数比决定
原线圈的输入功率P1由副线圈 的输出功率P2决定
原线圈电流I1由副线圈电流I2和 匝数比决定
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特别提醒 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．
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．
(1)由P＝UI求得输电线上的电流． (2)用P＝I2R线与U＝IR线分别求得输 电线损耗的功率和电压． (3)利用变压器的电压比和匝数比的 关系求得用户得到的电压．
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【解析】 (1)输电线上的电流强度为
I＝
P＝20×103 U 380
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.
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2．动态分析问题的思路程序可表示为：
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即时应用
2.(2008年高考天津理综卷)一理想变压器的 原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不 变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流为I1， 输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为 P2.当R增大时( )
A．I1减小，P1增大 B．I1减小，P1减小 C．I2增大，P2减小 D．I2增大，P2增大
答案：ABC
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二、理想变压器的动态分析 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13－2－2所示各量相互关系如下：
图13－2－ 2
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(1)输入电压U1决定输出电压U2，这是 因为输出电压 U2＝nn21U1，当 U1 不变时，不
不论负载电阻R变化与否，U2不会改变．
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2．降低损耗的两个途径 (1)一个途径是减小输电线的电阻 ．由电 阻定律 R＝ρSl 可知，在输电距离一定的情况 下，为减小电阻，应当用电阻率小 的金属材 料制造输电线．此外，还要尽可能增加导线 的横截面积．
基础知识梳理
(2)另一个途径是减小输电导线中 的 电流 ．由P＝IU可知，当输送功率一定 时，提高电压 可以减小输电电流．
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即时应用
1.(2010年福建厦门调研)对于 理想变压器，下列说法中正确的 是( )
A．原线圈的输入功率随着副 线圈的输出功率增大而增大
B．原线圈的输入电流随着副 线圈的输出电流增大而增大
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C．原线圈的电压不随副线圈的输 出电流变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线 圈的电压也为零
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图13－2－ 4
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A.nn21>nn34 B.nn21<nn34 C．升压变压器的输出电压等于降 压变压器的输入电压 D．升压变压器的输出功率大于降 压变压器的输入功率
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解析：选AD.由于输电线上有电阻， 所以考虑到电压损失，则有升压变压 器的输出电压大于降压变压器的输入 电压，根据变压器的电压与匝数之比 的关系，可知要让用电器正常 工作，必须有nn21>nn34，A 正确，B、C 考虑到输电线上也有电功率的损失， 可知D也正确．
器；若 n1<n2，为 升压 变压器．
(2)电流关系：II12＝
n2 n1
，只适用于只有一个副线
圈的情况．
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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．
基础知识梳理
特别提示：(1)如果变压器没有漏 磁和能量损失，这样的变压器是理想 变压器．
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3．远距离高压输电 由于发电机本身的输出电压不可 能很高，所以采用高压输电时，在发 电站内需用 升压变压器 升压到几百千 伏后再向远距离送电，到达用电区再 用降压变压器 降到所需的电压．
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一、理想变压器及其原、副线圈基本量 的关系
理想 变压 器
① 没有能量损失(铜损、铁损) ② 没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
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解析：选B.当副线圈接的可调电阻 R增大时，变压器输出功率P2减小，导 致变压器输入功率P1减小，原线圈中电动讲练
三、关于高压输电问题的分析 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”这样的顺序进行 分析，或从“用电器”倒推到“发电 机”一步一步进行分析．
变压器的原线圈连接电流表，副线圈接 入电路的匝数可以通过触头Q调节，在 副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动 变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交 变电流(如图13－2－6所示)．则以下说法 正确的是( )
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A．若Q位置不变，将P向上滑动，U′变大 B．若Q位置不变，将P向上滑动，电流表 的读数变大 C．若P位置不变，将Q向上滑动，电 流表的读数变大 D．若P位置不变，将Q向上滑动，变压器 的输入功率不变
高频考点例析
【解析】 若Q位置不变，则匝数 比不变，A错误；将P向上滑动，副线 圈消耗功率减小，输入功率减小，电 流表的读数变小，B错误；P位置不变， 将Q向上滑动，匝数比变化，副线圈电 压增加，消耗功率增加，输入功率增 加，电流表的读数变大，C正确，D错 误．
【答案】 C
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题型三 远距离高压输电
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(3)输电电流：I 线＝UP22＝UP33＝U2R－线U3 (4)输电线上损耗的电功率： P 损＝I 线 ΔU＝I 线 2R 线＝(UP22)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小到原来的n12.
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即时应用
3.(2009年高考山东理综卷)某小型 水电站的电能输送示意图如图13－2－ 4所示，发电机的输出电压为200 V， 输电线总电阻为r，升压变压器原副线 圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副 线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理 想变压器)．要使额定电压为220 V的用 电器正常工作，则( )
(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．
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二、远距离输电 1．电路损失 (1)功率损失：设输电电流为I，输电线 的电阻为R，则功率损失为ΔP＝ I2R . (2)电压损失：ΔU＝ IR . 减小功率损失和电压损失，都要求提 高输电电压 ，减小输电电流．