1、第2讲变压器远距离输电理想变压器1构造和原理(如图所示)(1)主要构造：由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。(2)工作原理：电磁感应的互感现象。2理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入P出电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：，与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时：(2)有多个副线圈时，由 P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn故得I1n1I2n2I3n3Innn频率关系f1f2(变压器不改变交
2、变电流的频率)3.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。(2)远距离输电1输电过程(如图所示)电厂升压变压器高压线路降压变压器用户2功率损失(1)PPP。(2)PI2R。3电压损失(1)UUU(2)UIR。4输送电流(1)I。(2)I。1(多选)如图所示，原、副线圈匝数比为21的理想变压器正常工作时()A原、副线圈磁通量之比为21B原、副线圈电流之比为12C输入功率和输出功率之比为11D原、副线圈磁通量变化率之比为11BCD2.如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡L，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原
3、线圈电路中接有理想电压表和理想电流表。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()AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2AA3L1和L2是高压输电的两条输电线，现要通过变压器测量L1和L2之间的电压，下图的四种电路连接正确的是()A通过变压器测量L1和L2之间的电压，变压器原线圈应并联在L1和L2之间，由于电压表量程较小，变压器应为降压变压器，原线圈匝数应大于副线圈匝数，选项A正确。4(2020深圳模拟)如图为远距离输电的电路原理图，则下列判断正确的是()AU1U2BU2U3CI4I2D5(
4、人教版选修32P50第3题改编)从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 ，用110 V和11 kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A1001 B1100C110 D101A由题意知输电线上的电流I，则输电线的总电阻造成的电压损失UIr故，故选A。考点一理想变压器原理和基本关系的应用1变压器不能改变直流电压。2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。3理想变压器本身不消耗能量。4理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。(2019江苏卷1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110，当输入电压增加20 V时，输出电
5、压()A降低2 V B增加2 VC降低200 V D增加200 VD假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知，变压器副线圈的输出电压为U210U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为(U120)V，则变压器的输出电压为U210(U120)V，则输出电压的变化量为UU2U2(10U120010U1)V200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确。(2016全国卷19)(多选)如图，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()A原、副线圈匝数比为91B原、副线圈匝数比为
6、19C此时a和b的电功率之比为91D此时a和b的电功率之比为19AD设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为91，选项A正确，选项B错误；由9U0IaU0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据PUI，a、b灯泡的电功率之比为19，选项C错误，选项D正确。处理变压器的原线圈与电阻串联后接入交流电压问题的思路(1)要注意明确电路结构，知道开关通断时电路的连接方式。(2)明确输入电压与总电压之间的关系。(3)根据电压之比等于匝数之比、电流之比等于匝数的反比 1(2019黑龙江牡丹江一中期末)一含有理想
7、自耦变压器的电路如图所示，变压器副线圈匝数可调，原线圈串联定值电阻r后接在有效值为220 V的正弦式交流电源上，定值电阻R4r。当副线圈匝数调至某位置时，R和r的功率恰好相等。则此时原、副线圈匝数比为 ()A21 B41C12 D14C本题考查自耦变压器及其相关知识点。由电功率公式PI2R，当R和r的功率恰好相等时，有IrI4r，所以I2I1，并且已知，则，故A、B、D错误，C正确。2(2020浙江杭州模拟)如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的u t图象。原、副线圈匝数比n1n2101，串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1 A，则()A变压器原线圈所接交流电压的有效值为230 V
8、B变压器输出端所接电压表的示数为22VC变压器输出端交变电流的频率为50 HzD变压器的输出功率为220 WC本题根据u t图象考查变压器及其相关知识点。变压器原线圈所接交流电源电压的有效值为U1220 V，故A错误；根据原、副线圈电压比等于线圈匝数比可知，变压器输出端所接电压表的示数为U2220 V22 V，故B错误；由图象可知该交流电的周期为0.02 s，根据频率与周期的关系可知f50 Hz，故C正确；变压器的输出功率为PU1I220 W，故D错误。3(2016全国卷16)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ，为理想交流电流表，U为正弦交流电
9、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()A2B3C4 D5B设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI。根据变压器的输入功率等于输出功率得UII2R1(kI)2(R2R3)4UI(4I)2R1(4kI)2R2联立两式代入数据解得k3选项B正确。考点二理想变压器的动态分析1理想变压器的制约关系制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定电流原线圈电流I1由副线
10、圈电流I2和匝数比决定2.常见的两种情况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。如图甲所示，原、副线圈匝数比为51的理想变压器，其原线圈中的输入电压按照图乙所示的图象变化，副线圈电路中的R0为定值电阻，R是用半导体材料制作的光敏电阻(光照强度增大，阻值减小)。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是()A原线圈中的输入电压uUmsin tBU1Um，U2UmC光照强度增大，U2变小，I1变小，I2变大D光照强度增大，U2不变，I1变大，I2变大D由图乙可知，原线圈中的输入
11、电压uUmsin t，选项A错误。理想交流电流表、理想交流电压表的示数都是有效值，则U1Um，根据理想变压器变压规律，可得U2U1Um，选项B错误。光照强度增大，光敏电阻的阻值减小，因输出电压的有效值不变，则U2不变，I2变大，输出功率增大；根据变压器的输出功率决定输入功率可知，输入功率增大，因输入电压的有效值不变，则输入电流增大，即I1变大，选项D正确，C错误。 (多选)若将【例3】中的图甲换成如图所示的电路，R、R0均为定值电阻，电路中接入开关S，其他条件不变，下列说法正确的是()A原线圈中的输入电压的有效值U1Um，交变电流的周期为TB电压表V1的示数为C闭合开关S，U2变小，I1变小，
12、I2变大D闭合开关S，U2不变，I1变大，I2变大BD由理想变压器原线圈中的输入电压uUmsin t可知，该交变电流的周期为T，原线圈中的输入电压的有效值为U1，电压表V1的示数为，选项A错误，B正确。闭合开关S，两个电阻并联，其等效电阻的阻值减小，因输出电压不变，则U2不变，I2变大，输出功率增大，根据变压器的输出功率决定输入功率可知，输入功率增大，因输入电压的有效值不变，则输入电流增大，即I1变大，选项D正确，C错误。 (1)理想变压器的动态分析的方法分清不变量和变量；弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系；利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。(2)变压器动
13、态问题分析思路程序 4(多选)一自耦变压器如图所示，其a、b端接到一电压有效值不变的交变电源两端，在c、d间接有一定值电阻R1和滑动变阻器R0。电压表均可视为理想交流电压表，输电导线的电阻均可忽略不计。则下列说法正确的是()A保持滑动触头位置不变，将滑动变阻器滑片P下滑时，三个电压表的示数均减小B保持滑动触头位置不变，将滑动变阻器滑片P下滑时，V1、V2的示数不变，而V3的示数减小C保持滑动变阻器滑片P不动时，将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，三个电压表的示数均减小D保持滑动变阻器滑片P不动时，将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，V1示数不变，而V2、V3示数均减小BD滑动触头位
14、置保持不变时，变压器原、副线圈的匝数比不变，因电源的电压不变，所以V1、V2的示数不变，R1与R0串联分得的总电压不变；当滑动变阻器滑片P下滑时，R0接入电路的阻值变小，分得的电压减小，所以V3的示数减小，选项A错误，选项B正确。保持滑动变阻器滑片P不动时，将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，副线圈的匝数变小，由U1U2n1n2可知，V2、V3的示数均减小，V1的示数不变，选项C错误，选项D正确。5(2020遵义航天高中模拟)(多选)如图所示，面积为S、匝数为N、内阻不计的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从图示位置开始计时，绕水平轴OO以角速度匀速转动。矩形线圈通过滑环连接理想变
15、压器。理想变压器原线圈上的滑动触头P上下移动，可改变副线圈的输出电压；副线圈接有可变电阻R。电表均为理想交流电表。下列判断正确的是()A矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos tB矩形线圈产生的感应电动势的有效值为NBSC当P位置不变，R增大时，电压表示数也增大D当P位置向上移动、R不变时，电流表示数变大AD从垂直于中性面开始计时，矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos t，A正确；矩形线圈产生的感应电动势的有效值为EmNBS，B错误；交流发电机内电阻不计，故变压器输入电压不变，根据理想变压器的变压比公式，当P位置不变，R增大时，电压表示数不变，等于发电机的电动
16、势有效值，C错误；当P向上移动、R不变时，根据理想变压器的变压比公式，输出电压变大，电流变大，功率变大，输入电流变大，故电流表示数变大，D正确。考点三远距离输电1远距离输电问题的“三二一”(1)理清三个回路(如图)在回路2中，U2UU3，I2I线I3。(2)抓住两个联系理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得，线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是，P1P2。理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是，P3P4。(3)掌握一个守恒能量守恒关系式P1P损P4。2三种电压和三种电功率的区别
17、三种电压计算公式三种电功率计算公式输电电压U输输电功率P送P送I线U输输电线上损失的电压UI线R线输电线上损失的电功率P损P损IR线用户得到的电压降压变压器的输出电压用户得到的电功率P用P用I用U用某科技小组在实验室中研究远距离输电。由于输电线太长，他们将导线每50 m卷成一卷，共卷成8卷来代替输电线路。第一次直接将输电线与实验电源及用电器相连，测得输电线上的输电电流和损失的功率为I1、P1；第二次采用如图所示的电路输电，其中理想变压器T1与电源相连，其原、副线圈的匝数比为n1n2，理想变压器T2与用电器相连，测得输电线上的输电电流和损失的功率为I2、P2。下列说法正确的是()A第二次实验时因
18、为多接了两个变压器，所以P2P1B通过该实验可以证明，提高输电电流能减小远距离输电的能量损失C若输送功率一定，则I2I1n1n2D若输送功率一定，则P2P1nnC第二次实验时因为多接了两个变压器，先提高了输电电压，减小了输电电流，输电线上损失的电功率(P损I2R)减小，所以P2P1，选项A错误。通过该实验可以证明，提高输电电压，减小输电电流，能减小远距离输电的能量损失，选项B错误。若输送功率一定，设输送功率为P，电源电压为U，第一次输电线中电流I1；第二次输电，设T1的输出电压为U2，PU2I2，UU2n1n2，联立解得I2I1n1n2，选项C正确。若输送功率一定，由输电线上损失电功率P损I2
19、R，可知P2P1IInn，选项D错误。6(2018江苏卷2)采用220 kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为()A55 kV B110 kVC440 kV D880 kVC输送功率PUI，输电线上损耗的功率P损I2r2r。当P损减小为原来的时，输电电压应变为原来的2倍。7如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220 V，正常情况下输出的总功率P08.8104 W，为了减少远距离输电过程中的电能损失，往往采用高压输电。输送电压为u1 100sin 200t (V)，输电导线的总电阻为r5 ，现要使额定电压为220 V的用电器正常工作，下列说法正确的是()A输电线上的电流为220 AB降压变压器原、副线圈匝数比C用电器的额定功率P5.6104 WD用电器上的交流电的频率是50 HzC由交流电瞬时值表达式u1 100sin 200t (V)，可得交流电频率为100 Hz，电压有效值为U21 100 V，输电线上的电流I80 A，故A错误；降压变压器的输入电压U3U2Ir700 V，降压变压器原、副线圈匝数比，故B错误；用电器的额定功率PP0I2r5.6104 W，故C正确；变压器不改变交流电的频率，所以用电器上的交流电的频率是100 Hz，故D错误。
