高考物理第一轮复习第十一章 第2讲

第2讲变压器、电能的输送

一、理想变压器

1．构造

如图1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．

图1

(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．理想变压器原、副线圈基本量的关系

4.几种常用的变压器

(1)自耦变压器——调压变压器，如图2甲(降压作用)、乙(升压作用)所示．

图2

(2)互感器⎩⎪⎨⎪

⎧

电压互感器(n 1>n 2)：把高电压变成低电压， 如图丙所示.电流互感器(n 1

)：把大电流变成小电流，如图丁所示.

自测

1关于理想变压器，下列说法正确的是()

A．变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用

B．变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率

C．正常工作的变压器，当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压

D．变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小

答案 A

二、电能的输送

如图3所示，发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电电流为I，输电线总电阻为R.

图3

1．输电电流 I ＝P U ＝P ′U ′＝U －U ′R . 2．电压损失 (1)ΔU ＝U －U ′ (2)ΔU ＝IR 3．功率损失 (1)ΔP ＝P －P ′ (2)ΔP ＝I 2R ＝(P U

)2R

4．减少输电线上电能损失的方法

(1)减小输电线的电阻R .由R ＝ρl

S 知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．

(2)减小输电线中的电流．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．

自测

2(多选)(2019·山东菏泽市下学期第一次模拟)如图4所示为远距离输电的原理图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压恒定、输电线上的电阻不变，假设用户所用用电器都是纯电阻用电器，若发现发电厂发电机输出的电流增大了，则可以判定()

图4

A ．通过用户的电流减小了

B ．用户接入电路的总电阻减小了

C ．用户消耗的电功率减小了

D ．加在用户两端的电压变小了 答案 BD

解析 如果发电机输出电流增大，输送电流增大，通过用户的电流增大，A 项错误；由于输电线上的损失的电压增大，因此降压变压器输入、输出电压均减小，即加在用户两端的电压变小了，D 项正确；由I 2U 2＝I 22R ＋(n 3

n 4I 2)2R 用户可知，输送电流增大，是由于R 用户减小引起的，

B 项正确；当用户总电阻减小时，即用户所用用电器增多，用户消耗的电功率增大，

C 项错误.

例

1(2016·全国卷Ⅰ·16)一含有理想变压器的电路如图5所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为 3 Ω、1 Ω和 4 Ω，

为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，

输出电压的有效值恒定．当开关S 断开时，电流表的示数为I ；当S 闭合时，电流表的示数为4I .该变压器原、副线圈匝数比为( )

图5

A ．2

B ．3

C ．4

D ．5 答案 B

解析 开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比I I 2＝n 2n 1，通过R 2的电流I 2＝In 1

n 2，

副线圈的输出电压U 2＝I 2(R 2＋R 3)＝5In 1n 2，由U 1U 2＝n 1

n 2可得原线圈两端的电压U 1＝5I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22，则U ＝U 1＋IR 1＝5I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22＋3I ；开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比4I I 2′＝n 2n 1，通过R 2的电流I 2′＝4In 1n 2，副线圈的输出电压U 2′＝I 2′R 2＝4In 1n 2，由U 1′U 2′＝n 1n 2

可得原线圈两端

的电压U 1′＝4I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22

，则U ＝U 1′＋4IR 1＝4I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22＋12I ，联立解得n 1n 2

＝3，选项B 正确．

变式

1 (多选)(2016·全国卷Ⅲ·19)如图6所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a 和b.当输入电压U 为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是( )

图6

A ．原、副线圈匝数比为9∶1

B ．原、副线圈匝数比为1∶9

C ．此时a 和b 的电功率之比为9∶1

D ．此时a 和b 的电功率之比为1∶9

答案 AD

解析 设灯泡的额定电压为U 0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈输入端电压为U 1＝9U 0，

副线圈两端电压为U 2＝U 0，故U 1U 2＝91，n 1n 2＝U 1U 2＝91，A 正确，B 错误；根据公式I 1I 2＝n 2n 1可得，I 1I 2

＝19

，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P ＝UI 可得，灯泡a 和b 的电功率之比为1∶9，

C错误，D正确．

变式

2(多选)(2019·河南郑州市第一次模拟)如图7甲所示，变压器原、副线圈上有L1、L2、L3、L4四只灯泡，它们的规格均为“9 V12 W”，当在该变压器cd端输入交变电压u(u－t图象如图乙所示)时，四只灯泡都正常发光，各电表均为理想交流电表．以下说法正确的是()