第13章 第2讲 变压器 电能的输送-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版2019）

第2讲　变压器　电能的输送 第十三章　交变电流　传感器 电磁波　相对论 基础知识 自主梳理 核心知识 典例研析 分层训练 巩固提高 考点一　理想变压器原理及基本关系的应用 考点二　理想变压器的动态分析问题 考点三　远距离输电问题 内容索引 基础知识 自主梳理 一 3 一、理想变压器 1．构造：如图所示，变压器是由闭合________和绕在铁芯上的两个________组成的。 (1)原线圈：与________连接的线圈，也叫________线圈。 (2)副线圈：与________连接的线圈，也叫________线圈。 2．原理：线圈的________。 铁芯 线圈 交流电源 初级 负载 次级 互感现象 3．理想变压器的基本关系 4.常见变压器 (1)自耦变压器 (2)互感器 二、电能的输送 1．输电损耗：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′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R。 IR I2R 2.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，可加大输电线的________、采用________的材料做导线。 (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知，要减小电流，必须提高________。 横截面积 电阻率小 输电电压 二 核心知识 典例研析 12 考点一　理想变压器原理及基本关系的应用 基础考点 1．理想变压器的基本关系 2.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。 3．分析原线圈与负载串联的变压器电路时要注意变压器的输入电压不等于电源的电压，而是等于电源电压减去串联负载的电压，即U1＝U源－U串。 4．分析含有二极管的变压器电路问题时，要注意理想二极管的单向导电性对交变电流的影响及对应有效值的变化。 考向1　变压器基本物理量的分析与计算 [典例1]　(2022·重庆卷)低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“12 V　50 W”的交流卤素灯直接通过变压器(视为理想变压器)接入电压为220 V的交流电后能正常工作，则(　　) B 考向2　原线圈接入用电器的变压器问题分析 [典例2]　如图所示，一理想变压器ab端接交流电源，原线圈匝数为100匝，R1、R2、R3阻值相等。当开关S断开时R1的功率为P1，当S闭合时R1的功率为P2，且P1∶P2＝9∶25，则副线圈匝数为(　　) A．25　　 B．50　　　 C．200　　　 D．400 B 考点二　理想变压器的动态分析问题 基础考点 1．理想变压器的制约关系 2．两类理想变压器的动态分析问题 (1)匝数比不变的情况(如图所示) 考向1　理想变压器匝数不变问题的分析和计算 [典例3]　(2021·湖北卷)如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中(　　) A．电流表A1示数减小 B．电流表A2示数增大 C．原线圈输入功率先增大后减小 D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大 A 考向2　理想变压器负载不变问题的分析与计算 [典例4]　如图所示为原、副线圈匝数比为100∶1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，其瞬时值表达式为u1＝310sin 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 V B．副线圈两端的电压频率为50 Hz C．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 B 考点三　远距离输电问题 能力考点 1．理清三个回路 考向1　输电线路损耗的计算 [典例5]　(多选)(2020·全国Ⅱ卷)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ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。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ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　　) 考向2　远距离输电的电路及计算 [典例6]　(2024·四川遂宁高三诊断)我国已投产运行的1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输电容量可达1 200万千瓦。输电的简化流程可用下图展示。若直流输电的线路电阻为10 Ω；变压、整流过程中的电能损失忽略不计；直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电的电流为5×103 A时，下列说法正确的是(　　) A．输电功率为1.2×1010 W B．输电导线上损失的功率为2.5×108 W，损失的电压为50 kV C．降压变压器匝数比应等于2∶1 D．若保持输送功率不变，用550 kV输电，用户得到的功率比1 100 kV输电时减少1×109 W [答案]　B 三 分层训练 巩固提高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 【A级　夯实基础】 1．(2023·浙江6月卷)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是(　　) A．送电端先升压再整流 B．用户端先降压再变交流 C．1 100 kV是指交流电的最大值 D．输电功率由送电端电压决定 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 由于变压器的工作原理是电磁感应现象，因此升压变压器和降压变压器原线圈两端的电压均为交流电压，所以送电端先升压再整流，用户端先变交流再降压，A正确，B错误；1 100 kV指的是交流电的有效值，C错误；由远距离输电的原理可知，输电功率由用户端决定，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2．如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1，电压表读数为U，乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2，电流表读数为I，则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(　　) B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 4．(2024·四川成都高三联考)如图所示电路中，理想变压器接入的交变电压有效值为U0，电压表和电流表均为理想电表，电路中接入两个定值电阻R1、R2，R为可变电阻，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2。当可变电阻变化时，会引起电压表和电流表的示数变化，通过建立电压表示数U和电流表示数I的函数关系，可得电压表示数变化的绝对值ΔU与电流表示数变化的绝对值ΔI之比为(　　) A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 5．(2023·浙江杭州模拟)如图所示，一自耦变压器(可看作理想变压器)在输入端AB间加一正弦式交流电压，在输出端CD间接灯泡和滑动变阻器。转动滑片P可以改变副线圈的匝数，移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值，则(　　) A．只将P顺时针转动，灯泡变亮 B．只将P逆时针转动，灯泡变亮 C．只将Q向上移动，灯泡变亮 D．只将Q向下移动，灯泡变亮 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 6．如图所示，某高压变电所通过变压器向一工厂送电，输送电压为U，输送功率为P，导线电阻为R。下列说法正确的是(　　) A．如果输送功率与导线电阻不变，输送电压变 为原来的2倍，则损失功率变为原来的4倍 C．输送功率P的具体数值由工厂的用电情况决定 D．输送功率P的具体数值由变电所决定，与工厂的用电情况无关 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 7．(2023·四川成都三诊)发电站通过升压变压器和降压变压器给某用户端供电，发电机组输出交变电压的有效值恒定，输电线总电阻r保持不变。当用户端用电器增加后(　　) A．若滑片P位置不变，则输电线上 损失的功率变大 B．若滑片P位置不变，则用户端电压升高 C．若将滑片P上移，则用户端电压可能不变 D．若将滑片P下移，则输电线上损失的功率可能减小 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 若滑片P位置不变，当用户端用电器增加后，用户端总功率变大，发电机的输出功率增大，输电线的电流变大，由ΔU＝ΔIr，输电线两端承担的电压变大，损耗的功率增大；发电机的输入电压不变，升压变压器、降压变压器的匝数不变，故用户端电压降低，A正确，B错误；若将滑片P上移，升压变压器的副线圈与原线圈的匝数比变小，发电机组输出交变电压的有效值恒定，则副线圈两端电压变小，用户端用电器使用相同功率，则输电线上的电流会更大，输电线两端承担的电压更大， 损耗的功率更大，则用户端的电压更 小，故C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 8．(2023·天津卷)如图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R。下列说法正确的有(　　) A．T1输出电压与T2输入电压相等 B．T1输出功率大于T2输入功率 C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低 D．若用户接入的用电器增多，则T2输出功率降低 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 由于输电过程中电阻R要产生热量，会损失功率，故T1输出功率大于T2输入功率，T1输出电压大于T2输入电压，A项错误，B项正确；由于T1输入电压不变，所以变压器T1的输出电压不变，随着用户接入的用电器增多，导致用户端的等效电阻变小，则电流变大，根据P损＝I2R可知R功率增大，C项错误；用户接入电路的用电器增多，用电器消耗功率增大，即T2输出功率增大，D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 【B级　能力提升】 9．(2022·河北卷)张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示。已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1∶n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B。t＝0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压为U。忽略线圈电阻，下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 10．(多选)(2021·山东卷)输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为10 W；接2时，匝数比为1∶2，R上的功率为P。以下判断正确的是(　　) A.r＝10 Ω B．r＝5 Ω C．P＝45 W D．P＝22.5 W BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 11．(多选)(2021·河北卷)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ω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(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 $$