資源簡介

(共61張PPT)
高考物理總復習課件
第十二章 　交變電流
第2節 變壓器 電能的輸送
一、理想變壓器
兩個線圈
1.變壓器的構造：如圖 12-2-1 所示，變壓器是由閉合鐵芯和
繞在鐵芯上的____________組成的.
構造圖
符號
圖 12-2-1
(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈.
(2)副線圈：與________連接的線圈，也叫次級線圈.
2.變壓器的原理：電流通過原線圈時在鐵芯中激發磁場，由于
電流的________、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化.
變化的磁場在副線圈中產生__________，所以盡管兩個線圈之間
沒有導線相連，副線圈也能夠輸出電流.互感現象是變壓器工作的
基礎.
大小
感應電動勢
負載
3.理想變壓器及其基本關系.
理想變壓器 (1)沒有“銅損”(線圈電阻為零，不發熱)
(2)沒有“鐵損”(鐵芯中無渦流，不發熱)
(3)沒有“漏磁”(磁通量全部集中在鐵芯中)
(續表)
P出
n1
n2
n2
n1
率 P損＝I2R線＝________，可知 P損∝ .
二、遠距離輸電
I2R線
電阻
輸電電壓
1.根據 P損＝__________，降低輸電損耗有兩種方法：
(1)減小輸電線的________.
(2)減小輸電導線中的電流：在輸送功率一定的情況下，根據
P＝UI，要減小電流，必須提高__________.
2.遠距離輸電的功率損失.
(1)輸送功率一定時，線路電流 I＝_____，輸電線上損失的功
1
U2
P
U
P2R線
U2
(2)遠距離輸電中的功率關系：P輸＝P損＋P用.
【基礎自測】
1.判斷下列題目的正誤.
(1) 理想變壓器的基本關系式中，電壓和電流均為有效值.
(
)
(2)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的
頻率.(
)
(3)增大輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損
失.(
)
(4) 高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發熱損耗.
(
)
(5)在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電
能損失越大.(
)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
2.(多選，2023 年廣東湛江二模)變壓器是輸配電的基礎設備，
廣泛應用于工業、農業、交通、城市社區等領域.某理想變壓器的
簡化模型如圖 12-2-2 所示，原線圈所接交流
電源電壓的有效值不變，電流表和電壓表均
為理想電表，若副線圈所接的負載電阻的阻
值變大，則下列說法正確的是(
)
圖 12-2-2
B.電源的輸出功率減小
D.負載的電功率變大
A.電壓表的示數變大
C.電流表的示數變小
答案：BC
3.如圖 12-2-3 甲所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數比為
4∶1，RT 為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R1 為定值電阻，
電壓表和電流表均為理想交流電表.原線圈所接電壓 u 隨時間 t 按
正弦規律變化，如圖乙所示.下列說法正確的是(
)
甲
乙
圖 12-2-3
A.變壓器輸入、輸出功率之比為 4∶1
B.變壓器原、副線圈中的電流強度之比為 4∶1
C.u 隨 t 變化的規律為 u＝51sin (50πt) V
D.若熱敏電阻 RT 的溫度升高，則電壓表的示數不變，電流表
的示數變大
答案：D
4.(2022 年天津卷)低壓鹵素燈在家庭電路中使用時需要變壓
器降壓.若將“12 V
50 W”的交流鹵素燈直接通過變壓器(視為
理想變壓器)接入電壓為 220 V 的交流電后能正常工作，則(
)
B.變壓器原、副線圈的匝數比為 55∶3
C.流過鹵素燈的電流為 0.24 A
D.鹵素燈的電阻為 968 Ω
解析：鹵素燈上標記的額定電壓 12 V 即為鹵素燈兩端的電壓
非線性元件，電阻隨著電壓不同而改變，D 錯誤.
答案：B
熱點 1 理想變壓器原理和基本關系
[熱點歸納]
1.理想變壓器的工作原理.
2.理想變壓器的各量的制約關系.
考向 1 基本關系的應用
【典題 1】(2022 年北京卷)某理想變壓器的原線圈接在 220 V
的正弦交流電源上，副線圈輸出電壓為22 000 V，輸出電流為300 mA.
該變壓器(
)
A.原、副線圈的匝數之比為 100∶1
B.輸入電流為 30 A
D.原、副線圈交流電的頻率之比為 1∶100
變壓器不會改變交流電的頻率，故原、副線圈交流電的頻率之比
為 1∶1，D 錯誤.
答案：B
方法技巧 關于理想變壓器的四點說明
(1)變壓器不能改變直流電壓.
(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電
流的頻率.
(3)理想變壓器本身不消耗能量.
(4)理想變壓器基本關系中的 U1、U2、I1、I2 均為有效值.
考向 2 變壓器原線圈與用電器串聯的問題
【典題 2】(多選，2023 年山東泰安二模)在如圖 12-2-4 甲所示
的交流電路中，電源電壓的有效值為 220 V，理想變壓器原、副線
圈的匝數比為 10∶1，R1、R2 為定值電阻，且 R2＝6 Ω，R3 為電阻
箱.當 R3＝4 Ω時，電阻 R2 兩端電壓 U2 隨時間變化的正弦曲線如圖
乙所示.下列說法正確的是(
)
甲
乙
圖 12-2-4
A.電阻 R1 的阻值為 100 Ω
B.電阻 R1 的阻值為 200 Ω
C.當 R3＝4 Ω時，變壓器的輸出功率最大
D.當 R3＝0 Ω時，變壓器的輸出功率最大
答案：AD
考向 3 變壓器原線圈與用電器并聯的問題
【典題 3】如圖 12-2-5 所示，理想變壓器原、副線圈匝數比
為 1∶4，a、b 兩端接到交流電源上，R1、R2 為阻值相同的定值電
阻.下列說法正確的是(
)
圖 12-2-5
答案：C
匝數比不變的情況 負載電阻不變的情況
熱點 2 理想變壓器的動態分析
常見的理想變壓器的動態分析問題一般有兩種：匝數比不變
的情況和負載電阻不變的情況.
(續表)
考向 1 匝數比不變的情況
【典題 4】(2022 年廣東惠州調研)一理想變壓器原、副線圈的
匝數比為 311∶11，原線圈輸入電壓的變化規律如圖 12-2-6 甲，副
線圈接如圖乙電路，P 為滑動變阻器的滑片，下列說法正確的是
(
)
甲
乙
圖 12-2-6
A.副線圈輸出電壓的頻率為 200 Hz
B.副線圈輸出電壓的有效值為 11 V
C.P 向右移動時，變壓器原、副線圈的電流都增加
D.P 向右移動時，變壓器的輸入功率減小
解析：由圖像可知，交流電的周期為 T＝0.02 s，變壓器不改
50 Hz，A 錯誤.原線圈的電壓的最大值為 U1m＝311 V，根據電壓
與匝數成正比可知 U1m∶U2m＝n1∶n2＝311∶11，可得副線圈電壓
B 錯誤.原、副線圈電壓之比等于匝數之比，原、副線圈的匝數不
變，輸入電壓不變，則副線圈兩端的電壓不變，P 右移，滑動變阻
功率增加，則變壓器的輸入功率也增加.由 P＝UI 可知變壓器原、
副線圈的電流都增加，C 正確，D 錯誤.
答案：C
思路導引
由圖像得到周期、頻率、原線圈電壓的有效值，
然后根據匝數比得到負線圈電壓的有效值，原副線圈匝數比不變
的情況下，原副線圈的電流按相同的變化趨勢變化，由副線圈電
阻的變化得到電流的變化和功率的變化，然后推及原線圈.
考向 2 匝數比變化的情況
【典題 5】(2022 年廣東深圳二模)如圖 12-2-7，是某風力發電
節能路燈的電路簡化圖.風速為 v 時，交流發電機的電動勢表達式
為 e＝2v·sin ωt(V)，能感應風速大小的調節器(不消耗副線圈電路
的電能)可以控制變壓器副線圈的滑片 P 上下移動，使燈泡始終保
持額定電壓正常發光，下列說法正確的是(
)
圖 12-2-7
A.風速變大時，流過燈泡的電流變大
B.風速變大時，滑片 P 將向上移動
C.風速變大時，變壓器的輸入電壓變大
D.風速變大時，變壓器的輸出電壓變大
解析：調節器可以控制變壓器副線圈的滑片 P 上下移動，使
燈泡始終保持額定電壓正常發光，所以風速變大時，流過燈泡的
電流不變，變壓器的輸出電壓不變，A、D 錯誤.由題意知 e＝2v·
sin ωt(V)，所以風速變大時，交流發電機的電動勢變大，則變壓器
的輸入電壓變大，C 正確.由變壓器原副線圈電壓與匝數關系
U1
U2
＝
n1
n2
可知，輸入電壓 U1 增大，輸出電壓 U2 不變，原線圈匝數 n1 不
變時，副線圈匝數 n2 應減小，則滑片 P 向下移動，B 錯誤.
答案：C
方法技巧 含有變壓器的動態電路問題的解題思路
熱點 3 常見的變壓器
1.自耦變壓器.
自耦變壓器(又稱調壓器)，它只有一個線圈，其中的一部分作
為另一個線圈，當交流電源接不同的端點時，它可以升壓也可以
降壓，變壓器的基本關系對自耦變壓器均適用，如圖 12-2-8 所示.
甲
乙
圖 12-2-8
種類 電壓互感器 電流互感器
原理圖
原線圈的連接 并聯在高壓電路中 串聯在交流電路中
2.互感器.
互感器分為電壓互感器和電流互感器，比較如下表所示：
種類 電壓互感器 電流互感器
副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表
互感器的作用 將高電壓變為低電壓 將大電流變成小電流
利用的公式 I1n1＝I2n2
(續表)
【典題 6】如圖 12-2-9 所示為某小型發電站高壓輸電示意圖.
發電站輸出的電壓 U1 不變，升壓變壓器輸出電壓為 U2，降壓變壓
器原、副線圈兩端的電壓分別為 U3 和 U4.為了測高壓電路的電壓
和電流，在輸電線路的起始端接入電壓互感器和電流互感器，若
不考慮變壓器和互感器自身的能量損耗，所有的電表均為理想電
表，則(
)
圖 12-2-9
A.①為電流表，②為電壓表
B.U2>U3
C.僅將滑片 Q 下移，則輸電線損耗功率減少
D.凌晨時分，用戶家的燈將變得更暗
解析：由題圖可知①接在火線和零線之間，為電壓表，②接
在同一條線上，測得是電流，為電流表，A 錯誤.由于輸電線上有
電壓降，所以 U2>U3 ，B 正確.僅將滑片 Q 下移，則輸電電壓 U2
增大，R 不變，所以輸電電流 I2 增大，而輸電線損耗功率為ΔP＝
，所以輸電線損耗功率增大，C 錯誤.凌晨時分，降壓變壓器的
輸出端用電量減少，電路中的電流減小，則輸電線上的電壓降減
小，則降壓變壓器的輸入電壓增大，用戶家的燈得到的電壓變大，
將變得更亮，D 錯誤.
答案：B
【典題 7】(2023 年浙江金華聯考)如圖 12-2-10 為可調壓式自
耦變壓器，在電壓 U1 保持不變的情況下，滑片 P 順時針轉過適當
)
角度，滑片 P′向上移動適當距離，則(
A.U2 將增大
B.U2 將不變
C.定值電阻 R0 的熱功率減小
D.流經定值電阻 R0 的電流不變
圖 12-2-10
解析：由題意可知，滑片 P 順時針轉過適當角度，則副線圈
兩端電壓與原線圈兩端電壓及匝數比有關，與副線圈電路的總電
阻的大小無關，A 、B錯誤.副線圈兩端電壓 U2 減小，滑片 P′向上
移動適當距離，可知滑動變阻器接入電路的電阻增大，則副線圈
回路的總電阻增大，副線圈回路中電流減小，流經定值電阻 R0 的
電流減小，由 P＝I2R0 可知，定值電阻 R0 的熱功率減小，C 正確，
D 錯誤.
答案：C
熱點 4 遠距離輸電問題
[熱點歸納]
1.理清三個回路(如圖 12-2-11 所示).
圖 12-2-11
回路 1：發電機回路.該回路中，通過線圈 1 的電流 I1 等于發
電機中的電流 I機；線圈 1 兩端的電壓 U1 等于發電機的路端電壓
U機；線圈 1 輸入的電功率 P1 等于發電機輸出的電功率 P機.
回路 2：輸送電路. I2＝I3＝I線，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3.
回路 3：輸出電路. I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用.
2.抓住兩個聯系.
3.掌握兩種損耗.
【典題 8】如圖 12-2-12 所示，某小型水電站發電機的輸出功
率 P＝100 kW，發電機的電壓 U1＝250 V，經變壓器升壓后向遠處
輸電，輸電線總電阻 R線＝8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降
為 U4＝220 V.已知輸電線上損失的功率 P線＝5 kW，假設兩個變壓
)
器均是理想變壓器，下列說法正確的是(
圖 12-2-12
A.發電機輸出的電流 I1＝40 A
B.輸電線上的電流 I線＝625 A
C.降壓變壓器的匝數比 n3∶n4＝190∶11
D.用戶得到的電流 I4＝455 A
25 A，故 B 錯誤.降壓變壓器原、副線圈得到的功率為 P4 ＝P－
P線＝95 kW，根據理想變壓器電流與線圈匝數成反比關系，可得
答案：C
方法技巧 輸電線路功率損失的計算方法
(1)P損＝P－P′，P 為輸入功率，P′為用戶所得功率.
(4)P損＝ΔUI線，ΔU 為輸電線路上損失的電壓，I線為輸電線路
上的電流.
特殊的變壓器模型
模型一 含有兩個副線圈的變壓器
副線圈有兩個或兩個以上時，一般從原、副功率相等入手.由
于電壓與匝數仍然成正比，副線圈的用電器為純電阻時，應用
額定功率，而原線圈的功率應用 P1＝U1I1，之后根據 P1＝P2 求解
相關量.
【典題 9】(2023 年山東濟南開學考)如圖 12-2-13 所示，理想
變壓器上有三個線圈 1、2、3，對應的匝數分別為 n1、n2、n3.線圈
1 連接交流電源和一個小燈泡，線圈 2 串聯兩個小燈泡，線圈 3
連接一個小燈泡.四個小燈泡完全相同且均正常發光，則線圈 1、2、
3 的匝數 n1∶n2∶n3 的比值為(
)
圖 12-2-13
A.3∶1∶1
B.2∶1∶1
C.3∶2∶1
D.4∶2∶1
解析：設每個燈泡額定電壓為 U，額定電流為 I，由于四個小
燈泡完全相同且均正常發光，則 I1＝I2＝I3＝I，線圈 2 串聯兩個小
燈泡，線圈 3 連接一個小燈泡，燈泡都正常發光，U2＝2U3＝2U，
＝3∶2∶1，n1∶n2∶n3＝3∶2∶1，選 C.
答案：C
模型二 電路中含有二極管的變壓器
1.當副線圈回路中含有二極管時，由于二極管具有單向導電
性，會使交變電流只有一半時間通電，經過二極管后的輸出電壓
的有效值與副線圈兩端交流電壓的正常有效值不相等.
2.經過二極管后的輸出電壓的有效值應根據電流的熱效應進
行計算.
【典題 10】(2021 年江蘇南京開學考)如圖 12-2-14 所示，矩形
磁場的 dc 邊以角速度ω＝100π rad/s 勻速轉動.線圈的匝數 N＝100，
邊長 ad＝0.4 m，ab＝0.2 m，理想變壓器的原、副線圈的匝數比是
2∶1，一只理想二極管和一個阻值為 25 Ω的定值電阻 R 串聯在副
線圈電路中，已知電壓表和電流表均為理想交流電表，線圈和導
線的電阻不計，則下列說法正確的是(
)
圖 12-2-14
A.該矩形線圈產生的電動勢的最大值為 50 V
B.電壓表的示數為 12.5 V
C.1 min 內電阻 R 上產生的熱量為 750 J
D.減小電阻 R 的值，電流表示數變小
解析：矩形線圈產生的電動勢的最大值為 Em＝NBSω＝100×
錯誤. 由焦耳定律得，1 min 內電阻 R 上產生的熱量 Q ＝
U2
R
t ＝
電壓不變，減小電阻 R 的值，由歐姆定律可得副線圈的電流增大，
由變壓器原、副線圈電流與匝數比的關系，可知原線圈的電流增
大，電流表示數變大，D 錯誤.
答案：C
思路導引
有二極管與無二極管相比，矩形線圈產生的電動
勢不受影響.有二極管時，電阻 R 上有一半時間有電流通過，熱功
率變為原來的一半，電壓表的示數為電壓的有效值，變為原來的
.
謝謝
21世紀教育網（www.21cnjy.com)
中小學教育資源網站
兼職招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin

展開更多......

收起↑