专题08 变压器与远距离输电-【教育机构专用】2021年春季高二物理辅导讲义

专题8 变压器与远距离输电（教师版） 一、目标要求 目标要求 重、难点 变压器 重点 远距离输电 重难点 二、知识点解析 1．理想变压器 (1)组成：顾名思义，理想变压器是可以改变交变电流的电压的元件，由铁芯和缠绕在铁芯两端的两组线圈组成，与交流电源相连接(即输入端)的线圈称为原线圈或初级线圈，与负载相连接(即输出端)的线圈称为副线圈或次级线圈，如图1(a)所示，n1和n2分别代表原、副线圈的匝数；其电路简图如图1(b)所示． 图1 (2)原理：原线圈两端加上交变电压，产生的交变电流在原线圈中激发交变的磁场，磁场通过铁芯传递到副线圈中，激发感应电动势，实际上变压器利用的就是互感原理． (3)原、副线圈两端电压、功率和电流的关系： ①电压：理论表明，原线圈的输入电压U1和副线圈的输出电压U2的关系为： 即原、副线圈两端电压与原、副线圈匝数成正比；若n1 > n2，则U1 > U2，这种输入电压大于输出电压的变压器称为降压变压器；若n1 < n2，则U1 < U2，这种输入电压小于输出电压的变压器称为升压变压器； ②功率：理想情况下，原线圈输入功率和副线圈输出功率符合能量守恒定律：P1 = P2 ③电流：功率关系有P1 = P2，即U1I1 = U2I2，代入可得原、副线圈电流关系：n1I1 = n2I2 (4)简单应用： ①电压互感器：由于交流电压表量程的限制，不能直接测量电压较大的交变电流，此时需要利用电压互感器进行测量． ②电流互感器：由于交流电压表量程的限制，不能直接测量电流较大的交变电流，此时需要利用电流互感器进行测量． 2．特殊变压器问题 (1)U1和U2分别是指加在原线圈上的电压和副线圈的输出电压，若原线圈的电路中有负载，如图所示，则电压应满足的关系是： (2)如图所示，多绕组的理想变压器原、副线圈的物理量关系为： ，， (3)自耦变压器可以通过旋转指针调节原、副线圈的匝数，如图所示，当指针旋转时，副线圈匝数减小，则相应的U2减小． 3.远距离输电 (1)意义：发电厂通常与用户和工厂相隔较远，因此需要长距离地输送电能；输送电能要求可靠、稳定和经济，因此减小输电的损耗至关重要； (2)损耗功率：设输电电流为I，输电线上的电阻为r，则输电线上损耗的功率为P = I2r； (3)降低损耗功率的方式： ①减小电阻：通过选用电阻率较小的金属如铝、铜等作为输电线；增大输电线的横截面积，但会造成金属用量增大，而且输电线过重对于铺设工作也有很大影响； ②减小输电电流： 远距离输电的示意图如图所示： 其中Z1为发电厂位置的升压变压器，Z2为用户位置的降压变压器；设发电厂输出的功率为P，则通过升压变压器提高输送电压，根据P = UI，则可令输电线上的电流减小，从而达到减小损耗的目的． (4)远距离输电中各物理量的关系： 设升压变压器原线圈输入电压为P1，副线圈输出功率为P2，降压变压器原线圈输入功率为P3，副线圈输出功率为P4，其他物理量如图所标识； 根据理想变压器原理：P1 = P2，P3 = P4；， 输电线上有：I2 = I3， 损耗功率： 则根据能量守恒：P3 = P4 = P2－ΔP = P1－ΔP，U3 = U2－Ur 可得：或，可见增大输送电压U2可以有效地减小输电损耗； 注意：仅有输电线上电阻两端满足欧姆定律I2·r = Ur 三、考查方向 题型1：理想变压器关系的基本应用 典例一：（2017北京理综）如图所示，理想变压器的原线圈接在 的交流电源上，副线圈接有 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，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 B．电流表的读数为1A C．电压表的读数为 D．副线圈输出交流电的周期为50s 题型2：多绕组的理想变压器 典例二：（2018•全国一模•多选）如图所示，、、为完全相同的标准电阻，甲、乙两种情况下电阻、的功率均为，且匝数之比均为，则　　 A．图甲中的功率为 B．图乙中的功率为 C．图乙中的功率为 D．图甲中的功率为 题型3：自耦变压器 典例三：（2016•江苏）一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只饶有一个线圈，将其接在、间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在、间作为副线圈。在、间输入电压为的交变电流时，、间的输出电压为，在将滑动触头从点顺时针旋转到点的过程中　　 A．，降低 B．，升高 C．，降低 D．，升高 题型4：电压互感器和电流互感器 典例四：（2020·高考江苏）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