第12章 第2节 变压器 电能的输送(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)通用版

第2节　变压器　电能的输送 一、理想变压器 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。 (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 电磁感应的互感现象。 3．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l：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I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或 I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn 频率 关系 f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率) 4．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。 甲　　　　　　　　　　乙 丙　　　　　　　　　　丁 (2)互感器 二、电能的输送 1．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＝ρ知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料制作导线。 (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。当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的。 2．远距离输电 (1)远距离输电基本电路图及输电电路中各物理量之间的关系。 输出电流I2＝＝＝＝I3。 电压损失ΔU＝U2－U3＝I2R线。 功率损失ΔP＝P2－P3＝IR线＝R线。 (2)两变压器物理量的基本关系 电流关系：n1I1＝n2I2，n3I3＝n4I4，I2＝I3。 电压关系：＝，＝，U2＝U3＋ΔU。 功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P3＋ΔP。 一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变压器能改变交变电流的电压，不能改变交变电流的频率。 (√) (2)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。 (×) (3)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。 (×) (4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。 (×) (5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。 (√) (6)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大。 (√) 二、教材习题衍生 1．(人教版选择性必修第二册改编)一理想变压器如图所示，其原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表A1的示数是10 mA，那么电流表A2的示数是(　　) A．40 mA B．0 C．10 mA D．2.5 mA B　[由于直导线MN向左匀速运动，则MN切割磁感线产生的电流恒定，原线圈中通过的磁通量也是恒定的，所以不会引起副线圈的磁通量变化，副线圈中不会有感应电流产生，即电流表A2的示数为0，选项B正确。] 2．(人教版选择性必修第二册改编)从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用11 kV和1 100 V两种电压输电。则两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失之比分别是(　　) A．1∶10，1∶100 B．1∶10，1∶10 C．1∶100，1∶100 D．1∶100，1∶10 [答案]　A 3．(粤教版选择性必修第二册改编)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 D　[电流互感器原线圈匝数少，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。故选D。] 理想变压器基本关系的应用　 1．关于理想变压器的四点说明 (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。 2．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