第60講變壓器電能的輸送（講義）（原卷版）

第60講變壓器電能的輸送目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一理想變壓器原理與基本關(guān)系【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)理想變壓器原理與基本關(guān)系【提升·必考題型歸納】考向1理想變壓器工作原理考向2原線圈中并聯(lián)電阻考向3原線圈中串聯(lián)電阻考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)理想變壓器的兩類動(dòng)態(tài)分析【提升·必考題型歸納】考向1匝數(shù)比不變，負(fù)載發(fā)生變化考向2匝數(shù)比變化，負(fù)載不變考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1三個(gè)回路知識(shí)點(diǎn)2兩個(gè)聯(lián)系知識(shí)點(diǎn)3一個(gè)守恒知識(shí)點(diǎn)4電壓損失和功率損失計(jì)算【提升·必考題型歸納】考向1遠(yuǎn)距離輸電原理及電壓功率損失考向2遠(yuǎn)距離輸電的動(dòng)態(tài)分析問題考點(diǎn)四探究變壓器電壓與匝數(shù)關(guān)系【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)步驟知識(shí)點(diǎn)3誤差分析【提升·必考題型歸納】考向探究變壓器電壓與匝數(shù)關(guān)系真題感悟理解和掌握變壓器的原理，能夠利用變壓器的原理處理有關(guān)動(dòng)態(tài)分析問題。理解和掌握遠(yuǎn)距離輸電的基本規(guī)律?？键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析（1）變壓器（2）遠(yuǎn)距離輸電2023年天津卷第6題2023年北京卷第7題2023年山東卷第7題高考對(duì)變壓器和遠(yuǎn)距離輸電的考查較為頻繁，大多以選擇題中出現(xiàn)，題目難度要求大多不是太高，較為基礎(chǔ)。考點(diǎn)一理想變壓器原理與基本關(guān)系知識(shí)點(diǎn)理想變壓器原理與基本關(guān)系理想變壓器沒有能量損失(銅損、鐵損)，沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，P入＝P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，U1∶U2＝n1∶n2，與負(fù)載的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí)，I1∶I2＝n2∶n1；有多個(gè)副線圈時(shí)，由P入＝P出即I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…＋I(xiàn)nUn得I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋…＋I(xiàn)nnn頻率關(guān)系f1＝f2(變壓器不改變交流電的頻率)處理技巧等效電阻考向1理想變壓器工作原理1．如圖所示的電路中，變壓器為理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比是，電表均為理想電表，R為定值電阻，在原線圈兩端接入正弦交流電，各元件正常工作，電流表、的示數(shù)分別為、，電壓表、的示數(shù)分別為、，則下列關(guān)系正確的是（）

A． B． C． D．2．某國(guó)產(chǎn)“超薄磁吸無線充電器”的充電功率為30W，同時(shí)支持磁力吸附，可直接吸附在上進(jìn)行無線充電。該充電器的工作原理如圖所示，當(dāng)充電器上的發(fā)射線圈通入正弦式交變電流后，就會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電流，實(shí)現(xiàn)為電池充電。某次測(cè)試時(shí)，該充電器接入電壓瞬時(shí)值的交流電源，發(fā)射線圈和接收線圈的匝數(shù)之比為，不計(jì)能量損耗，下列說法正確的是（）

A．接收線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)恒定不變B．接收線圈中電流的頻率為100HzC．接收線圈兩端電壓的有效值為D．接收線圈中的電流的有效值為3A考向2原線圈中并聯(lián)電阻3．如下圖所示，交變電路中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為，、兩點(diǎn)間所加電壓，定值電阻消耗的電功率與定值電阻消耗的電功率之比為，定值電阻，的阻值均為，電流表為理想電表。則下列說法正確的是（

）

A．電流表的示數(shù)為 B．通過電阻的電流為C．定值電阻 D．電源消粍的電功率為4．在如圖甲所示的電路中，變壓器為理想變壓器，電表為理想電表，定值電阻，在a，b兩端接入如圖所示的電壓（為正弦曲線的一部分），電流表的示數(shù)為2.2A，電壓表的示數(shù)為27.5V，則（）

A．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4：1B．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為C．定值電阻R消耗的功率為22WD．定值電阻R消耗的功率為15.125W考向3原線圈中串聯(lián)電阻5．如圖所示，理想變壓器上有三個(gè)線圈，匝數(shù)分別為，線圈連接交流電源和一個(gè)小燈泡，線圈串聯(lián)兩個(gè)小燈泡，線圈連接一個(gè)小燈泡。四個(gè)小燈泡完全相同且均正常發(fā)光，則的比值為（）

A． B． C． D．6．如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為k，原線圈與定值電阻串聯(lián)后，接入輸出電壓有效值恒定的正弦式交流電源，副線圈與電阻箱相連。已知變壓器的輸出功率隨變化的圖像如圖乙所示，則k等于（）A．100 B． C．10 D．考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析知識(shí)點(diǎn)理想變壓器的兩類動(dòng)態(tài)分析匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況(1)U1不變，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變。(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化。(3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1＝P2，可以判斷P1的變化。(1)U1不變，eq\f(n1,n2)發(fā)生變化，U2變化。(2)R不變，U2變化，I2發(fā)生變化。(3)根據(jù)P2＝eq\f(U\o\al(2,2),R)和P1＝P2，可以判斷P2變化時(shí)，P1發(fā)生變化，U1不變時(shí)，I1發(fā)生變化。考向1匝數(shù)比不變，負(fù)載發(fā)生變化1．如圖所示的理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)分別為9、4，原、副線圈所接的電表均為理想電表，兩個(gè)定值電阻的阻值均為，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為，兩個(gè)端點(diǎn)分別是，滑片為，下列說法正確的是（

）A．在移動(dòng)滑片的過程中，電壓表的示數(shù)會(huì)改變B．滑片由向移動(dòng)的過程中，電流表的示數(shù)逐漸減小C．滑片由向移動(dòng)的過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大D．當(dāng)滑片位于點(diǎn)時(shí)，電源輸出的功率為2．如圖所示，理想變壓器原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上，定值電阻R1=3Ω，R2=10Ω，滑動(dòng)變阻器最大阻值R=6Ω，三只電表均為理想交流電表?；瑒?dòng)變阻器滑片從中間向上滑動(dòng)到端點(diǎn)的過程中，電流表A2、電壓表的讀數(shù)變化量分別為ΔI2、ΔU，則下列判斷正確的是（）

A．電流表A1的示數(shù)減小B．電壓表的示數(shù)不變C．D．R和R2消耗的總功率先增大后減小考向2匝數(shù)比變化，負(fù)載不變3．如圖，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)固定，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過滑動(dòng)觸頭Q調(diào)節(jié)。在原線圈一側(cè)接有一只交流電流表，副線圈一側(cè)由定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R構(gòu)成如圖所示的電路。若在原線圈上加一電壓為U的交流電，則下列說法正確的是（）

A．保持Q位置不動(dòng)，將P向下滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大B．保持Q位置不動(dòng)，將P向下滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)不變C．保持P位置不動(dòng)，將Q向下滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大D．保持P位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)不變4．如圖所示，N匝矩形線圈以轉(zhuǎn)速n繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與線圈平面共面且與磁場(chǎng)方向垂直，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈面積為S，線圈電阻為r，線圈兩個(gè)末端分別通過電刷與理想自耦變壓器相連，為變壓器上的滑動(dòng)觸頭，為滑動(dòng)變阻器上的滑片，電壓表和電流表均為理想電表，則下列說法正確的是（）

A．從圖示位置開始計(jì)時(shí)，線圈中的感應(yīng)電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為B．若保持不動(dòng)，從M位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)到N位置，則電壓表示數(shù)增大C．只增大線圈的轉(zhuǎn)速，定值電阻消耗的電功率減小D．若不動(dòng)，向左滑動(dòng)，則電流表示數(shù)增大，減小考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)點(diǎn)1三個(gè)回路理清三個(gè)回路知識(shí)點(diǎn)2兩個(gè)聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2。(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4。知識(shí)點(diǎn)3一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式P1＝P損＋P4。知識(shí)點(diǎn)4電壓損失和功率損失計(jì)算（1）電壓損失：輸電線路上I2＝I線＝I3，總電阻R線導(dǎo)致的電壓損失ΔU＝U2－U3＝I線R線。（2）功率損失： ①P損＝P1－P4 ②P損＝I線·ΔU＝Ieq\o\al(2,線)R線＝注意：(1)當(dāng)輸送功率一定時(shí)，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率減小到原來的eq\f(1,n2)。(2)不要把輸電線上的輸電電壓U2和輸電線上損失的電壓ΔU相混淆。考向1遠(yuǎn)距離輸電原理及電壓功率損失1．我國(guó)是目前世界上唯一用特高壓輸電技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電的國(guó)家，也是全球特高壓輸電線最長(zhǎng)、核心專利最多、技術(shù)最完備的國(guó)家。如圖是交流特高壓遠(yuǎn)距離輸電的原理圖，假定在遠(yuǎn)距離輸電過程中，等效理想變壓器T1的輸入功率P0＝2.2×108W，輸入電壓U0＝11kV，輸電線上的電流I1＝200A，輸電線中的功率損失為輸入功率P0的4%。則（

）

A．U1＝1100VB．C．U1與U2的差與輸電功率無關(guān)D．變壓器T1的原副線圈匝數(shù)比為1∶1002．我國(guó)水力資源居世界首位，西部地區(qū)水力發(fā)電潛力巨大。水力發(fā)電的基本原理就是將水流的機(jī)械能（主要指重力勢(shì)能）轉(zhuǎn)化為電能。如圖所示，某小型水力發(fā)電站水流量（流量是指流體在單位時(shí)間內(nèi)流過某一橫截面的體積），落差h＝12.5m，發(fā)電機(jī)（內(nèi)阻不計(jì)）的輸出電壓，輸電線總電阻，為了減小損耗采用了高壓輸電。在發(fā)電機(jī)處安裝升壓變壓器，而在用戶處安裝降壓變壓器，其中，用戶獲得的電壓，用戶消耗的功率，變壓器均視為理想變壓器，已知水的密度，取重力加速度。下列說法正確的是（

）

A．輸電線損失的電壓為180V B．輸電線損失的電功率為25kWC．升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比 D．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率為80%考向2遠(yuǎn)距離輸電的動(dòng)態(tài)分析問題3．2020年9月，中國(guó)發(fā)布“雙碳戰(zhàn)略”，計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。碳排放問題的治本之策是轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式，加快推進(jìn)清潔替代和電能替代，一座小型水電站向山下村鎮(zhèn)供電的示意圖如圖所示，升壓變壓器T1與降壓變壓器T2都是理想變壓器。已知發(fā)電機(jī)輸出電壓U1250V，兩個(gè)變壓器的匝數(shù)比，，輸電線電阻R20，輸電線上損失的功率為32kW。則下列說法正確的（

）

A．輸電線上損失的電壓為25000VB．用戶得到的電壓為200VC．發(fā)電機(jī)輸出功率P1000kWD．深夜，用戶的用電器減少時(shí)輸電線上損失的功率將變大4．如圖所示為某水電站遠(yuǎn)距離輸電的原理圖。升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為k，輸電線的總電阻為R，發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒為U，若由于用戶端負(fù)載變化，使發(fā)電機(jī)輸出功率增加了，升壓變壓器和降壓變壓器均視為理想變壓器。下列說法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)與電流表的示數(shù)之比不變B．電壓表的示數(shù)與電流表的示數(shù)之比變大C．輸電線上損失的電壓增加了D．輸電線上損失的功率增加了考點(diǎn)四探究變壓器電壓與匝數(shù)關(guān)系知識(shí)點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理1．實(shí)驗(yàn)電路圖2．實(shí)驗(yàn)方法：采用控制變量法。(1)n1一定，研究n2和U2的關(guān)系。(2)n2一定，研究n1和U2的關(guān)系。知識(shí)點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)步驟1．保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響。2．保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響。知識(shí)點(diǎn)3誤差分析1．由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。2．原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)，造成誤差。3．鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流，造成誤差?？枷蛱骄孔儔浩麟妷号c匝數(shù)關(guān)系在探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，可拆變壓器如圖所示。（1）為了確保實(shí)驗(yàn)的安全，下列說法正確的是A．為了人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過16VB．為使接觸良好，通電時(shí)應(yīng)用手直接捏緊裸露的接線柱C．確保多用電表的安全，使用交流電壓檔測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程檔試測(cè)（2）變壓器鐵芯是利用由相互絕緣的薄硅鋼片平行疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼。①鐵芯Q安放在鐵芯P上時(shí)，硅鋼片應(yīng)平行于A．平面abcd

B．平面abfe

C．平面abgh

D．平面aehd②這樣設(shè)計(jì)的原因是。（3）觀察兩個(gè)線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)（選填“多”或“少”）。（4）用匝數(shù)na=400匝和nb=800匝的變壓器，實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)如表：Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)可判斷出變壓器的原線圈為（選填“a”或“b”）。1．（2023·北京·統(tǒng)考高考真題）自制一個(gè)原、副線圈匝數(shù)分別為600匝和190匝的變壓器，