第13章 第2讲 理想变压器与电能的输送(基础落实课)（学案）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（培优进阶版）

第2讲　理想变压器与电能的输送(基础落实课) 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　　　　　。  3.理想变压器的基本关系 (1)电压关系:　　　　。(2)电流关系:　　　　。  (3)功率关系:　　　　。  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。 输电电流 电压损失 功率损失 I=　　==  ΔU=U-U'= 　　  ΔP=P-P'= 　　　=R  2.减少输电线上电能损失的两种方法 方法一 减小输电线的电阻R。由R=ρ知,可加大导线的　　　　　、采用　　　　　的材料做导线  方法二 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　　　　  微点判断 1.对于恒定电流,变压器没有变压作用。 ( 　) 2.理想变压器的基本关系式中,电压和电流均为有效值。 ( 　) 3.变压器能改变交变电流的频率。 ( 　) 4.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。 ( 　) 5.变压器副线圈接入负载越多,原线圈的输入电流越小。 ( 　) 6.在任何情况下,理想变压器均满足=、=、P入=P出。 ( 　) 7.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。 ( 　) 8.高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。 ( 　) 9.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。 ( 　) 10.若发电站输出功率为P,输电电压为U,输电线总电阻为R,则输电线上损失的功率为P损=。 ( 　) 逐点清(一)　理想变压器基本规律的应用 |题|点|全|练| 1.[理想变压器基本物理量的分析与计算]如图1所示是某智能手表所采用的无线充电方式,其工作原理示意图(可视为理想变压器)如图2所示,在充电器线圈M中接入220 V交流电,在手表线圈N中感应出5 V交流电,已知手表的充电电流为2 A,则手表充电时 (　　) A.线圈M中电流为88 A B.线圈N中电压最大值为5 V C.线圈M和线圈N的匝数比为1∶44 D.线圈M和线圈N的功率比为1∶44 2.[原线圈连接元件的变压器电路]在图(a)所示的交流电路中,发电机两端输出电压的有效值为20 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1,电阻R1、R2、R3阻值相同。通过理想电流表的电流随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是 (　　) A.交流电的频率为100 Hz B.理想电压表的示数为4 V C.R1的阻值为4.5 Ω D.副线圈的输出功率为 W 3.[理想变压器基本规律的应用] (1)(人教版教材选择性必修2,P68T2)如图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在一台理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。 ①图中开关闭合时电压表的示数是多少? ②变压器原、副线圈的匝数满足怎样的关系才能实现点火? (2)(2024·浙江1月选考)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u=5sin 100πt V的交流电,经 原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV,就会在打火针和金属板间引发电火花,实现点火。下列正确的是 (　　) A.< B.< C.用电压表测原线圈两端电压,示数为5 V D.副线圈输出交流电压的频率是100 Hz |考|教|衔|接| 　 教材习题的发掘命题 　　上面浙江高考题可谓是“不遮不掩”地直接考教材,人教版教材选择性必修2中的练习题与浙江高考题情境相同、装置图相同,命题角度与教材涉及的思想基本一致。“导向教学”是高考的核心功能之一,“考教衔接”是落实高考引导教学的有效手段。抛开教材的复习方式无异于舍本逐末,会迷失高考的方向。 |精|要|点|拨| 1.理想变压器的基本关系 功率 关系 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 (1)只有一个副线圈时:= (2)有多个副线圈时:===… 电流 关系 (1)只有一个副线圈时:= (2)有多个副线圈时:I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn 频率 关系 f1=f2(变压器不改变交变电流的频率) 2.变压器原线圈所在电路中含有负载问题的分析 (1)将原线圈看作用电器,在原线圈电路中可应用串并联电路规律、闭合电路的欧姆定律等。 (2)要求解原线圈电路中负载的电流、电压和功率,一般需先求副线圈中的电流,然后根据理想变压器原、副线圈中的电流关系求得原线圈电路中的电流,进而求解通过负载的电流。原、副线圈的电流关系往往是解决问题的突破口。 逐点清(二)　理想变压器的动态分析 　　理想变压器的制约关系 电压 (1)输入电压U1由电源决定 (2)U2=U1⇒输出电压U2由输入电压U1和匝数比共同决定 功率 P入=P出⇒输入功率P入由输出功率P出决定 电流 I1=I2⇒输入电流I1由输出电流I2和匝数比共同决定 [考法全训] 考法(一)　匝数比不变,负载变化 　　 如图所示,匝数比不变,负载变化的情况的分析思路: (1)U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2不变。 (2)当负载电阻发生变化时,I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化。 (3)I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化。 　　[例1]　(2024·海南高考)(多选)电动汽车充电站变压器输入电压为10 kV,输出电压为220 V,每个充电桩输入电流为16 A,设原、副线圈匝数分别为n1、n2,输入正弦交流电的频率为50 Hz,则下列说法正确的是 (　　) A.交流电的周期为0.02 s B.原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶500 C.输出的最大电压为220 V D.若10台充电桩同时使用,输入功率为35.2 kW 听课记录: 考法(二)　负载不变,匝数比变化 　　如图所示,负载电阻不变,匝数比变化的情况的分析思路: (1)U1不变,发生变化,U2变化。 (2)R不变,U2变化,I2发生变化。 (3)根据P2=和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化。 　　[例2]　(多选)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=10∶1,b是原线圈的中心抽头,S为单刀双掷开关,定值电阻R1、R2均为10 Ω。在原线圈c、d两端加上图乙所示的交流电压,下列说法正确的是 (　　) A.当S与a连接后,理想电流表示数为2.2 A B.当S与a连接后,理想电压表示数为11 V C.当S由a拨到b后,副线圈输出电压的频率变为25 Hz D.当S由a拨到b后,原线圈的输入功率变为原来的4倍 听课记录: 考法(三)　匝数比、负载都变化 　　分析变压器电路动态变化问题的一般思路: (1)分清不变量和变量。 (2)弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系。 (3)利用闭合电路的欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。 　　[例3]　(2024·全国甲卷)(多选)如图,理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头T调节,副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R0和R1、开关S。S处于闭合状态,在原线圈电压U0不变的情况下,为提高R1的热功率,可以 (　　) A.保持T不动,滑动变阻器R的滑片向f端滑动 B.将T向b端移动,滑动变阻器R的滑片位置不变 C.将T向a端移动,滑动变阻器R的滑片向f端滑动 D.将T向b端移动,滑动变阻器R的滑片向e端滑动 听课记录: 逐点清(三)　三种特殊的变压器 类型(一)　两类互感器 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在交流电路中 串联在交流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 利用的公式 = I1n1=I2n2 　　[针对训练] 1.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 (　　) A.k1U,k2I　　　　　　　 B.k1U, C.,k2I D., 类型(二)　自耦变压器 　　自耦变压器(又称调压器),它只有一个线圈,原、副线圈共用其中的一部分,当交流电源接不同的端点时,它可以升压(如图甲所示),也可以降压(如图乙所示),变压器的基本关系对自耦变压器同样适用。 　　[针对训练] 2.如图为理想的自耦变压器,其中P为变压器上的滑动触头,P'为滑动变阻器上的滑片,则 (　　) A.P不动,P'向下滑动时,U2一直在减小 B.P'不动,P顺时针转动一个小角度时,U1和U2的比值不变 C.P'不动,P顺时针转动一个小角度时,电流表读数增大 D.P顺时针转动一个小角度,同时P'向下滑动时,小灯泡的亮度可以不变 类型(三)　多个副线圈的变压器 　　具有两个(或两个以上)副线圈的变压器的三个关系: (1)电压关系:===…。 (2)电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+…。 (3)功率关系:P1=P2+P3+…。 　　[针对训练] 3.(多选)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 (　　) A.通过电阻R2的电流为 B.电阻R2两端的电压为 C.n0与n1的比值为 D.发电机的功率为 逐点清(四)　电能的输送问题 1.理清三个回路 在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。 2.抓住两个联系 (1)理想升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个物理量间的关系是 =,=,P1=P2 (2)理想降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个物理量间的关系是 =,=,P3=P4 3.掌握一个守恒:能量守恒关系式P1=P损+P4 4.远距离输电中三种电压与三种电功率对比 (1)三种电压的比较 三种电压 计算公式 输电电压 若输电功率为P,输电线中电流为I线,则输电电压U= 输电线上 损失电压 若输电线中电流为I线,输电线电阻为R,则输电线上损失的电压为ΔU=I线R 用户得到电压 降压变压器的输出电压 (2)三种电功率的比较 三种电功率 计算公式 输电功率P输送 输电电压与输电电流的乘积 输电线上损失的电功率P损 若输电线中电流为I线,输电线电阻为R,则输电线上损失的电功率为P损=R 用户得到的电功率P用 用户电压与电流的乘积 [考法全训] 考法1　远距离高压直流输电 1.(2023·浙江6月选考)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 考法2　远距离高压交流输电 2.(人教版教材选择性必修2,P67T5)某个小水电站发电机的输出功率为100 kW,发电机的电压为250 V。通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的总电阻为8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220 V。要求在输电线上损失的功率控制在5 kW(即用户得到的功率为95 kW)。请你设计两个变压器的匝数比。为此,请你计算: (1)降压变压器输出的电流为多少?输电线上通过的电流是多少? (2)输电线损失的电压为多少?升压变压器输出的电压是多少? (3)两个变压器的匝数比各应等于多少? 答题区(面答面评,拍照上传,现场纠错品优) 3.(2024·湖南高考)根据国家能源局统计,截止到2023年9月,我国风电装机4亿千瓦,连续13年居世界第一位,湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动,升、降压变压器均为理想变压器,输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时,R0上消耗的功率为P。不计其余电阻,下列说法正确的是 (　　) A.风速增加,若转子角速度增加一倍,则R0上消耗的功率为4P B.输电线路距离增加,若R0阻值增加一倍,则R0消耗的功率为4P C.若升压变压器的副线圈匝数增加一倍,则R0上消耗的功率为8P D.若在用户端再并联一个完全相同的电阻R,则R0上消耗的功率为6P |考|教|衔|接| 　 　　教材练习题是水电站发电远距离高压交流输电问题,2024年湖南高考题的输电网络供电装置问题不但考查了远距离高压交流输电问题,而且还考查了理想变压器动态分析问题,掌握解答中应用等效处理方法,当变压器副线圈的电路是纯电阻电路时,可将变压器与副线圈的电路等效为一个定值电阻。高考题是教材习题的升维命题。 课下请完成课时跟踪检测(六十五) 2 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $$