2026届高考物理一轮复习讲义：第十二章 第二讲 变压器 远距离输电

  第二讲  变压器　远距离输电

[选择性必修第二册]

1．课本第三章第3节图3.3－1，变压器原、副线圈两端的电压与线圈匝数有什么关系？

提示：。

2．课本第三章第3节【思考与讨论】，在变压器中能量是如何转化的？

提示：原线圈电流的电场能→铁芯中的磁场能→副线圈电流的电场能。

3．课本第三章第4节【思考与讨论】，如何降低P损更有效？

提示：采用控制变量法来讨论P损的大小。根据P损＝I2r。当I一定时，r变为原来的，则P损变为原来的；当r一定时，I变为原来的，则P损变为原来的，所以减小输电电流对降低输电损耗更有效。用户的用电功率P一定的情况下，则应提高输电电压。

4．课本第三章第3节【科学漫步】，无线充电的原理是什么？

提示：电磁感应

5．重做第三章第4节【练习与应用】T2。

提示：公式和U＝IR都是错误的，U是输电电压，而非输电线分担的电压。正确的推导应该是：设输电电压为U，输送的电功率为P，则，。将两式联立求得。 由此式可知，要减小功率损失P损，在输送功率Р不变的条件下，应当升高电压U或减小输电线的电阻R。

6．重做第三章【复习与提高】B组T5。

提示：1∶8，133∶11

设发电机输出功率为P，升压变压器原、副线圈的匝数之比为n1∶n2，原线圈的电压为U1，副线圈的电压为U2，电流为I2；降压变压器原、副线圈的匝数之比为n3∶n4，原线圈的电压为U3，电流为I3，副线圈的电压为U4，电流为I4。输电线上的功率损失为ΔP，电压损失为ΔU，输电线电阻为R，水的流量为Q，发电机的效率为η。水的密度为ρ，重力势能为E。

发电机通过流水发电，水的重力势能转化为电能，由此可得水的重力势能。发电机的输出功率。输电线上的功率损失为。又，，又，由此可得，代入数据得 V。

发电机输出电压即为原线圈的电压U1，升压变压器原、副线圈的匝数之比对n1∶n2＝U1∶U2，可得n1∶n2＝350∶2800＝1∶8。降压变压器的输入电压U3＝U2－ΔU，ΔU＝I2R＝1.4×102 V。

降压变压器原、副线圈的匝数之比n3∶n4＝U3∶U4＝133∶11。

 

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：线圈的互感现象。

3．理想变压器的基本关系

（1）功率关系：。

（2）电压关系：只有一个副线圈时，。若n1＞n2，为降压变压器；若n1＜n2，为升压变压器。有

多个副线圈时，。

（3）电流关系：只有一个副线圈时，＝；有多个副线圈时，n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn。

（4）频率关系：（变压器不改变交变电流的频率）。

4．两类特殊变压器

（1）自耦变压器

自耦变压器（又称调压器），它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示。

（2）互感器

分为电压互感器和电流互感器，两者比较如下：

 

题型一  理想变压器的基本规律

（2023·广东·历年真题）用一台理想变压器对电动汽车充电， 该变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，输出功率为8.8 kW，原线圈的输入电压u＝sin (100πt) V。关于副线圈输出电流的有效值和频率正确的是（    ）

A．20 A，50 Hz B． A，50 Hz

C．20 A，100 Hz D． A，100 Hz

答案  A

解析  由题可知原线圈输入电压的有效值为V＝220 V，原线圈电流为＝40 A，副线圈输出电流的有效值为＝20 A，变压器无法改变电流的频率，故 Hz＝50 Hz，故选：A。

题型二  原线圈有负载的变压器电路

（2025·湖南·历年真题）如图，某小组设计了灯泡亮度可调的电路，a、b、c为固定的三个触点，理想变压器原、副线圈匝数比为k，灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R，交变电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连，下列说法正确的是（    ）

A．S与a相连，灯泡的电功率最大

B．S与a相连，灯泡两端的电压为

C．S与b相连，流过灯泡的电流为

D．S与c相连，灯泡的电功率为

答案  B

解析  设变压器原、副线圈的电压分别为U1、U2，灯泡L的阻值为R，

根据等效电阻的思想有灯泡的等效电阻R等＝，灯泡L的阻值R＝

由理想变压器原理，电压关系，电流关系，联立解得R等＝k2R

A．S与a相连，原电路串联最多电阻，灯泡的电功率最小，故A错误；

B．S与a相连，变压器原线圈电压U1＝，灯泡两端的电压为U2＝，故B正确；

C．S与b相连，变压器原线圈电路接入两个电阻，变压器原线圈的电流I1＝，流过灯泡的电流I2＝kI1＝，故C错误；

D．S与c相连，变压器原线圈电路接入一个电阻，变压器原线圈的电流I1＝，灯泡的电功率为PL＝，故D错误。

故选B。

题型三  含有二级管的变压器电路

（2023·河北·历年真题）除颤仪是用于突发心室纤颤等心脏疾病的急救医疗设备，某型除颤仪电路原理如图。某次调试时交流电压表示数为20 V，电容器充电完毕，开关由“1”掷向“2”，放电电流平均值为2.8 A，放电时间约为10－2 s，已知电容器电容为20×10－5 F。则升压变压器原、副线圈的匝数比约为（　　）

A．1∶25 B．1∶50 C．1∶70 D．1∶100

答案  B

解析  由题意可知，充电完毕后电容器所带的电荷量q＝≈2.8×10－2 C，电容器两极板间电压的最大值Um＝≈ V＝1 400 V，则升压变压器输出电压的有效值U2＝≈1 000 V，由变压器的工作原理可知，又U1＝20 V，解得≈，B正确。

题型四  多个副线圈的变压器问题

（多选）（2025·云南·历年真题）电动汽车充电桩的供电变压器（视为理想变压器）示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1，输入电压U1＝1.1 kV；两副线圈的匝数分别为n2和n3，输出电压U2＝U3＝220 V。当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW，下列说法正确的是（    ）

中各个量间的关系是，，P1＝P2。

②理想的降压变压器联系了回路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）中各个量间的关系是，，P3＝P4。

3．掌握两种守恒

（1）电压损耗：输电线上的电阻分压导致的电压损耗，。

（2）功率损耗：输电线上的电阻发热导致的功率损耗，。

题型一  高压输电电压损失、功率损失的计算

（2024·江苏·模拟题）在我国北方部分地区经常出现低温雨雪冰冻天气，高压输电线因结冰而造成严重损毁，如图所示。为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰。在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；若输电功率和输电线电阻不变，除冰时，需要输电线上热耗功率为9ΔP，则除冰时（    ）

A．输电电流为 B．输电电流为9I

C．输电电压为3U  D．输电电压为

答案  D

解析  AB．高压线上的热耗功率为：ΔP＝I2R线…①

若热耗功率变为9ΔP，则有：9ΔP＝I′2R线…②

由①②得I′＝3I，所以AB错误；

CD．又输送功率不变，由P＝UI＝U′I′得：U′＝，所以C错误，D正确。

故选D。

题型二  远距离输电中的基本关系

（2024·安徽·模拟题）我国在电力输送领域是世界上首屈一指的科技霸主，目前已研制成功了全套关键设备，建成了世界电压等级最高、输电能力最强的交直流输电网络。如图为远距离输电系统简化情