第十二章 第2课时 理想变压器和远距离输电-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

第 2 课时 理想变压器和远距离输电 一、变压器 1.构造和原理 (1) 主要构造: 原 线圈、 副线圈和闭合铁 芯,如图所示。 (2) 工作原理: 电 磁感应的互感现象。 2.理想变压器 (1) 理想变压器是指没有能量损失的变 压器。 (2) 理想变压器原、副线圈基本量间的关系 如表所示: 基本量 关系 功率 P入 = P出 电压 U1 U2 = n1 n2 。 若 n1 > n2 ,为降压变压器;若 n1 < n2 ,为升 压变压器 电流 只有一个副线圈时, I1 I2 = n2 n1 ; 有多个副线圈时, U1 I1 = U2 I2 + U3 I3 + … + Un In 频率 f1 = f2 (变压器不改变交流电的频率) 　 　 (3) 理想变压器各基本量间的制约关系: ① 副线圈电压 U2 由原线圈电压 U1 和原、副 线圈匝数比 n1 n2 决定; ②原线圈的输入功率P入 由副线圈的输出功 率 P出 决定; ③原线圈电流 I1 由副线圈电流 I2 和原、副线 圈匝数比 n1 n2 决定。 3.对变压器原理的进一步理解 (1) 从能量角度看,变压器不能产生电能, 它只是通过交变磁场传输电能。 (2) 对于公式 U1 U2 = n1 n2 ,无论副线圈是空载还 是有负载,该式均成立。 (3) 输出电压 U2 是由输入电压 U1 和原、副 线圈的匝数比 n1 n2 共同决定的,即 U2 = n2 n1 U1。 (4) 变压器的电压关系是有效值(或最大 值) 间的关系。 (5) 在变压器问题中,副线圈上一般都有负 载接入,要注意负载变化对电路的影响。 各负载 在副线圈上一般为并联接入,并联负载越多,总 电阻越小。 (6) 变压器的输入功率随输出功率的变化 而变化,即P入 = P出。 当匝数比 n2 n1 、输入电压 U1 一 定时,输入功率就由负载 R 决定。 (7) 若副线圈为空载,不仅输出、输入电流 为零,输出、输入功率也为零。 (8) 变压器是利用电磁感应原理来改变电压的 装置。 要产生感应电动势,必有磁通量发生变化。 二、常见的变压器 1.自耦变压器 自耦变压器的特点是铁芯上只绕有一个线 圈。 这种变压器既可升高电压,也可降低电压。 2.互感器 (1) 用途:把高电压变成低电压,或把大电 流变成小电流。 (2) 分类:电压互感器,电流互感器。 三、远距离输电 1.输电损失及降低损耗的方法 (1) 功率损失:设输电电流为 I,输电线的电 阻为 R,则损失的功率为 ΔP = I2R。 (2) 电压损失:ΔU = IR。 (3) 降低损耗的两个途径: ① 减小输电线的电阻。 ② 减小输电导线中的电流。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 451　　　直击双 1流　高考物理 2.远距离输电各基本量间的关系 如图所示,远距离输电包括发电机、两台变 压器、输电线、等效电阻和负载电阻。 一般设两 个变压器的原、副线圈的匝数分别为 n1、n1′和 n2、 n2′,相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符 号来表示。 功率之间的关系是 P1 = P1′,P2 = P2′, P1′ = Pr + P2。 电压之间的关系是 U1 U1′ = n1 n1′ , U2 U2′ = n2 n2′ ,U1′ = Ur + U2。 电流之间的关系是 I1 I1′ = n1′ n1 , I2 I2′ = n2′ n2 ,I1′ = Ir = I2。 3.解决远距离输电问题的技巧 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 → 用电器的 顺序,或按从用电器倒推到发电机的顺序一步一 步进行分析。 同时注意以下几点: (1) 正确画出输电过程示意图,并在图上标 出各物理量。 (2) 抓住变压器变压前、后各物理量间的关 系,求出输电线上的电流。 (3) 计算电路损失功率问题时常用关系式 ΔP = I2R = ( P U ) 2R(其中,I为输电线中电流,R为 输电线上的电阻,P为发电机的输出功率,U为升 压变压器的输出电压),注意输电线上的功率损 失和电压损失。 (4) 电网送电遵循“用多少送多少” 的原则, 说明原线圈电流由副线圈电流决定。 例 1 (2023原创)(多选