1、第2讲变压器远距离输电实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系目标要求1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.3.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率考点一实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系1实验原理(1)实验电路图(如图所示)：(2)实验方法采用控制变量法n1、U1一定，研究n2和U2的关系n2、U1一定，研究n1和U2的关系2实验器材学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干3实验过程(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不
2、变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响重复(1)中步骤4数据处理由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系5注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触
3、裸露的导线和接线柱(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量例1某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干(1)实验需要以下哪种电源 ；A低压直流电源B高压直流电源C低压交流电源D高压交流电源(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数分别测出相应的原、副线圈电压值由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 值 (填“有效”或“最大”)其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 ；(3)
4、理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 (填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般 (填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别原因不可能为 (填字母代号)A原、副线圈上通过的电流发热B铁芯在交变磁场作用下发热C变压器铁芯漏磁D原线圈输入电压发生变化答案(1)C(2)有效7.2 V(3)正比大于(4)D解析(1)探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源，故选C.(2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0
5、10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V；(3)根据可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致.(4)原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D.考点二理想变压器的原理及应用1构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的(2)原理：电磁感应的互感现象2基本关系式(1)功率
6、关系：P入P出(2)电压关系：.(3)电流关系：只有一个副线圈时.(4)频率关系：f出f入1变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用()2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()3在任何情况下，理想变压器均满足、P入P出()1理想变压器的制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2U1功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入P出电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1I22.含有多个副线圈的变压器计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：电压关系：功率关系：P1P2P3P4Pn电流关系：n1I1n2I2n3I3n4I
7、4nnIn 考向1变压器基本物理量的分析与计算例2(2017北京卷16)如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin(100t) V的交流电源上，副线圈接有R55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为220 WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110 VD副线圈输出交流电的周期为50 s答案B解析由u220sin(100t) V可知，原线圈电压最大值为220 V，故原线圈电压的有效值为U1220 V，根据可知，U2U1110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；副线圈电流有效值为I22 A，根据PUI可知，输出功
8、率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；原线圈中的电流I11 A，故选项B正确；因为，所以T s0.02 s，故选项D错误 考向2原线圈接入用电器的变压器问题分析例3(2022江西高三模拟)如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为21，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 、20 、20 ，电流表为理想交流电流表下列说法正确的是()AR1的电功率为40 WB电流表示数为1 AC副线圈两端电压为20 VD副线圈的输出功率为80 W答案A解析原、副线圈匝数比为21，设原线圈电流为I1，副线圈电流为I2 ，则有I1，又有原线圈回
9、路UI1R12I2，解得I12 A，I24 A，所以R1的电功率为PI12R140 W，故A正确，B错误；副线圈两端电压为U2I240 V，故C错误；副线圈的输出功率为P2I2U2160 W，故D错误考点三理想变压器的动态分析1匝数比不变的分析思路(1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化(3)I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化2负载电阻不变的分析思路(1)U1不变，发生变化时，U2变化(2)R不变，U2变化时，I2发生变化(3)根据P2，P2发生变化，再根据
10、P1P2，故P1变化，P1U1I1，U1不变，故I1发生变化1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()2原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加() 考向1理想变压器匝数不变问题的分析和计算例4如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表下列说法正确的是()A当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大答案B解析当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大
11、，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误 考向2理想变压器负载不变问题的分析和计算例5如图所示，原、副线圈匝数比为1001的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表
12、达式为u1310sin 314t(V)，则()A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 VB副线圈两端的电压频率为50 HzC当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小D当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小答案B解析由，得U2，因U1 V，所以U2 V2.2 V，A错误；由瞬时值表达式可得314 rad/s，则频率f Hz50 Hz，B正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2增大，副线圈的输出功率P出U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误考点四远距离输电如图所示，若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
13、，用户的电压为U，输电电流为I，输电线总电阻为R.1输电电流I.2电压损失(1)UUU；(2)UIR.3功率损失(1)PPPUI；(2)PI2R()2R4降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻R.由R知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线(2)减小输电导线中的电流在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必须提高输电电压1增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失()2高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗()3若发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为R，如图所示，则输电线上损失的功率为P损.()1理清输电电路图的三个回路(如图)(1)在电源回
14、路中，P发电机U1I1P1.(2)在输送回路中，I2I线I3，U2UU3，UI2R线，PI22R线(3)在用户回路中，P4U4I4P用户2抓住两组关联式(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：，P1P2.(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：，P3P4.3掌握一个守恒观念功率关系：P2PP3，其中PUI线I线2R线.例6如图所示为远距离交流输电的简化电路图发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则()A用户端的电压
15、为B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为I12rD输电线路上损失的电功率为I1U答案A解析因为P入P出，所以U1I1U2I2，即U2，故选项A正确；输电线上的电压降为U线UU1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入I1U1，输电线路上损失的电功率P损I12rI1(UU1)，选项C、D错误例7(2020浙江7月选考11)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P100 kW，发电机的电压U1250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线8 ，在用户端用降压变压器把电压降为U4220 V已知输电线上损失的功率P线5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是()A发电机输出
16、的电流I140 AB输电线上的电流I线625 AC降压变压器的匝数比n3n419011D用户得到的电流I4455 A答案C解析发电机输出的电流I1 A400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线I线2R线5 kW，所以I线25 A，故B错误；用户得到的功率P4PP线(1005) kW95 kW，则I4 A A432 A，故，故C正确，D错误课时精练1(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，输出电压()A降低2 V B增加2 VC降低200 V D增加200 V答案D解析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
17、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U210U11020 V，则输出电压的变化量为UU2U210U1200 V10U1200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确2(2020江苏卷2)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上则电流互感器()A是一种降压变压器B能测量直流电路的电流C原、副线圈电流的频率不同D副线圈的电流小于原线圈的电流答案D解析电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能
18、测量直流电路的电流，故B错误；变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确3(多选)(2020全国卷19)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为P，到达B处时电压下降了U.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电输电线上损耗的电功率变为P，到达B处时电压下降了U.不考虑其他因素的影响，则()APP BPPCUU DUU答案AD解析由输电电流I知，输送的电功率不变，输电电压加倍，
19、输电电流变为原来的，损耗的电功率PI2r，故输电电压加倍，损耗的电功率变为原来的，即PP；输电线上损失电压为UIr，即输电电压加倍，损失电压变为原来的，即UU.故A、D正确4(2021广东卷7)某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为160，下列说法正确的是()A交流电的频率为10 HzB副线圈两端电压最大值为3 VC变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关D充电电路的输入功率大于变压器的输入功率答案B解析周期为T0.2 s，频率为f5 Hz，故A
20、错误；由理想变压器原理可知，解得副线圈两端的最大电压为U2U13 V，故B正确；根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误5.(2018天津卷4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的，则()AR消耗的功率变为PB电压表V的读数变为UC电流表A的读数变为2ID通过R的交变电流频率不变答案B解析发电
21、机线圈的转速变为原来的，由E知，原线圈中输入电压变为原来的，频率变为原来的.根据，知U2变为原来的，即U2U，则通过R的电流变为原来的，R消耗的功率P2P，根据，原线圈上的电流也变为原来的，即电流表A的读数变为I，故选B.6如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是()A只向下移动滑片P，R2两端的电压变小B只向下移动滑片P，灯泡L变亮C只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大D只断开开关S2，变压器输入功率变大答案A解析理想变压器的输出电压由输入电压和电压比决定，输入电
22、压不变，所以输出电压也不会变，当滑动变阻器R2的滑片P向下移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈中总电阻减小，副线圈中总电流变大，R1两端的电压变大，所以灯L、R2两端的电压变小，灯泡L变暗，故A正确，B错误；只断开开关S2，副线圈中总电阻变大，副线圈电压不变，副线圈中的电流变小，R1两端的电压变小，副线圈的电功率减小，因为输入功率等于输出功率，变压器输入功率变小，故C、D错误7.自耦变压器在高铁技术中被广泛应用如图所示，一理想自耦变压器接在uUmsin 100t的正弦交流电压上，P为滑动触头，初始位置位于线圈CD的中点G, A1和A2为理想交流电表，R为定值电阻，下列说法正确的是()A
23、将P向下滑动，A1的示数将变小B将P向上滑动，A2的示数将变大C将P下滑到GD的中点，电阻R的功率将变为原来的4倍D将P上滑到CG的中点，电阻R的功率将变为原来的答案C解析将P下滑时，电阻R两端电压变大， A1示数变大，同理，将P向上滑动，A2的示数将变小，A、B错误；若将P向下滑动到GD的中点，原、副线圈的电压比将由12变为14，电阻R的电压将变为原来2倍，故功率变为原来的4倍，C正确；若将P向上滑动到CG的中点，原、副线圈的电压比将从12变为34，电阻R的电压将变为原来的，电阻R的功率将变为原来的，D错误8(多选)(2020全国卷20)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220
24、V，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，R1、R2、R3均为固定电阻，R210 ，R320 ，各电表均为理想电表已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示下列说法正确的是()A所用交流电的频率为50 Hz B电压表的示数为100 VC电流表的示数为1.0 AD变压器传输的电功率为15.0 W答案AD解析根据i2t图像可知T0.02 s，则所用交流电的频率f50 Hz，故A正确；副线圈两端电压U2I2R210 V10 V，由得原线圈两端电压U1100 V，电压表的示数U220 V100 V120 V，故B错误；电流表的示数I A0.5 A，故C错误；变压器传输的电功率PI22R
25、2I2R315.0 W，故D正确9(多选)(2021河北卷8)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是()A通过电阻R2的电流为B电阻R2两端的电压为Cn0与n1的比值为D发电机的功率为答案BC解析由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律有U1IR1根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有，则有U0IR1，U2IR1再由欧姆定律有U2I2R2可计算出I2I故A错误，B正确；由于矩形线圈
26、产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax2NBL2，U0NBL2又U0IR1则，C正确；由于变压器为理想变压器，则有P0P1P2U1IU2I2I2R1U2I2联立解得P0由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误10(2017浙江4月选考21(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是 A有闭合铁芯的原、副线圈B无铁芯的原、副线圈C交流电源D直流电源E多用电表(交流电压挡)F多用电表(交流电流挡)用匝数na60匝和nb120匝的变压器，实验测量数据如下表Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根
27、据测量数据可判断连接电源的线圈是 (选填“na”或“nb”)答案ACEnb解析为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表(交流电压挡)为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端11(多选)如图所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U1250 V，输出功率P1100 kW，输电线电阻R8 .则进行远距离输电时，下列说法中正确的是()A若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大B若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小C输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数
28、比为n1n2116D用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W答案BC解析电站的输出电压没有变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，电站的输出功率突然增大，则根据PUI，输电线上的电流增大，根据U损I线R，U3U2U损，可知降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故A错误，B正确；输电线损耗比例为5%时，根据PI线2R，P5%P1，解得I线25 A，升压变压器原线圈的电流为I1400 A，升压变压器的匝数比为，故C正确；输送电流为I10 A，损失功率为PI2R800 W，故D错误12.(2021湖南卷6)如图，理想变压器
29、原、副线圈匝数比为n1n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是()AL1先变暗后变亮，L2一直变亮BL1先变亮后变暗，L2一直变亮CL1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗DL1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗答案A解析由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：滑片在a端时，Ra0，滑片在b端时，Rb0.由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大由图可知，滑片在两端时
30、，副线圈的总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈的总阻值增大，则副线圈的总电流减小，根据可知原线圈的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，根据可知副线圈两端电压增大，而L2所在支路总电阻减小，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮；当滑片从中间向b端移动时，副线圈的总阻值减小，则副线圈的总电流增大，根据可知原线圈的电流也增大，则灯泡L1变亮，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压增大，则原线圈两端电压减小，根据可知副线圈两端电压减小，R0所在支路总电阻增大，则通过R0的电流减小，而副线圈总电流增大，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮综上所述，A正确，B、C、D错误
