2026高考物理大一轮复习-第一十三章 第72课时 变压器 远距离输电 实验十五-专项训练【含答案】

这是一份2026高考物理大一轮复习-第一十三章 第72课时 变压器 远距离输电 实验十五-专项训练【含答案】，共10页。试卷主要包含了实验器材，实验过程，数据处理，注意事项等内容，欢迎下载使用。
目标要求 1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差的产生原因。2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题。3.会对远距离输电线路各物理量分析和计算。
考点一 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.实验原理
(1)实验电路图(如图所示)：
(2)实验方法：控制变量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系。
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系。
2.实验器材
学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干。
3.实验过程
(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量。
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压。
(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。重复(1)中步骤。
4.数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。
5.注意事项
(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作。
(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。
(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
例1 某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
(1)下列说法正确的是 。
A.变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能
C.理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失
D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
(2)如图所示，实验时，原线圈接“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“1”接线柱，原线圈两端连接低压交流电源10 V挡，用交流电压表测得副线圈两端的电压为0.4 V，这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是 。
A.原线圈匝数太多，电阻过大
B.铁芯没有闭合，漏磁过多
C.副线圈匝数太少，增加实验误差
D.副线圈的电阻太小
(3)实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则可推断原线圈的输入电压可能为 。
A.3.0 VB.5.3 VC.6.0 VD.6.2 V
(4)为了实验过程中的安全，下列做法正确的是 。
A.为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V
B.连接好电路后，应先检查电路连接是否正确，再接通电源进行实验
C.因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱
D.为了测量电表的安全，测量电压时，先选用最大量程试测
考点二 理想变压器原理及应用
1.构造和原理
(1)构造：如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的。
(2)原理：电磁感应的互感现象。
2.基本关系式
1.变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。( )
2.变压器不仅能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率。( )
3.在任何情况下，理想变压器均满足U1U2＝n1n2、I1I2＝n2n1、P入＝P出。( )
例2 (八省联考·陕西·4)牙医所用的口腔X射线机，需利用变压器将电压从220 V升到96 kV，输出电流为1.0 mA。若将此变压器视为理想变压器，则( )
A.该变压器的输入功率为96 kW
B.该变压器的原、副线圈匝数比为11∶4 800
C.该变压器的输入电流约为0.4 mA
D.该变压器功能主要利用自感现象实现
针对训练 (多选)(2024·海南卷·9)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
例3 (多选)(2024·浙江台州市模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶2，原线圈与定值电阻R1串联后，接入输出电压有效值恒定的正弦交流电源，副线圈电路中负载电阻为可变电阻R2，A、V为理想交流电表。当R2＝2R1时，电流表的读数为1 A，电压表的读数为4 V，则( )
A.电源输出电压为6 V
B.电源输出功率为4 W
C.保持R1阻值不变，当R2＝8 Ω时，电压表的读数为6 V
D.保持R1阻值不变，当R2＝8 Ω时，变压器输出的功率最大
交变电路中的等效思想
1.等效电阻的建立
在只有一个副线圈的理想变压器电路中，设原线圈、副线圈的匝数之比为n1n2＝k，负载电阻为R，则变压器和负载电阻整体可以等效为一个新电阻，其阻值R'＝k2R。
证明：如图甲所示，设原线圈两端的电压为U1、电流为I1，副线圈两端的电压为U2、电流为I2，副线圈所接负载为R，变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。由欧姆定律可知U2I2＝R，令原线圈、副线圈的匝数之比n1n2＝k，根据理想变压器规律可知U1U2＝n1n2＝k，I2I1＝n1n2＝k，联立可得U1I1＝k2R，所以可将变压器和副线圈所接负载整体看成阻值为k2R的等效电阻直接连在原线圈一侧。等效电路图如图乙所示。
2.等效电源的建立
理想变压器中与原线圈串联的定值电阻为R0，交流电源输出电压为U，设原线圈、副线圈的匝数之比为n1n2＝k，则变压器、定值电阻R0与原交流电源整体可等效为一个新电源，新电源的电动势E'＝Uk，新电源的内阻r'＝R0k2。
证明：如图丙所示，设原线圈两端的电压为U1、电流为I1，副线圈两端的电压为U2、电流为I2，副线圈所接负载为R，与原线圈串联的定值电阻为R0，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。将变压器、定值电阻R0与原交流电源看成一个整体，等效为一个新的电源，令新电源的电动势为E'，新电源的等效内阻为r'，作出等效后的电路图如图丁所示。
对图丙，由串联电路的规律得U1＝U－I1R0，令n1n2＝k，则U1U2＝k，I2I1＝k，联立可得U2＝Uk－I2R0k2。对图丁，由闭合电路欧姆定律得U2＝E'－I2r'，对两式比较，可得E'＝Uk，r'＝R0k2。
例4 (多选)(2024·全国甲卷·19)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
常见的两种动态变化分析
(1)匝数比不变的情况(如图)
①U1不变，根据U1U2＝n1n2，输入电压U1决定输出电压U2，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，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化。
③I2变化引起P2变化，而P1＝P2，故P1发生变化。
(2)负载电阻不变的情况(如图)
①U1不变，n1n2发生变化时，U2变化。
②R不变，U2变化时，I2发生变化。
③根据P2＝U22R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。
考点三 高压输电线路的电压损失和功率损失
1.输电电流
I＝PU＝U-U'R。
2.电压损失
(1)ΔU＝ ；(2)ΔU＝IR。
3.功率损失
(1)ΔP＝ ＝ΔU·I；
(2)ΔP＝ ＝(PU)2R
4.降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻R。由R＝ρlS知，可加大导线的 、采用 的材料做导线。
(2)减小输电导线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须 。
例5 (多选)(2024·河北沧州市三模)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( )
A.ΔP'＝14ΔPB.ΔP'＝12ΔP
C.ΔU'＝14ΔUD.ΔU'＝12ΔU
考点四 远距离输电
1.理清输电电路图的三个回路(如图)
(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1。
(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线。
(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户。
2.抓住两组关联式
(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，P1＝P2。
(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：U3U4＝n3n4，I3I4＝n4n3，P3＝P4。
3.掌握一个守恒观念
功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝(ΔU)2R线。
例6 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1＝40 A
B.输电线上的电流I线＝625 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D.用户得到的电流I4＝455 A
答案精析
考点一
例1 (1)BC (2)B (3)D (4)BD
解析 (1)变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，A项错误；变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，B项正确；理想变压器忽略能量损失，原线圈输入功率等于副线圈输出功率，C项正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端电压不变，不为零，D项错误。
(2)根据变压器的工作原理可知，若通过原、副线圈的磁通量相同，则原、副线圈两端电压之比等于匝数比，则有U2U1＝n2n1＝18，实际结果为U2U1＝0.410＝125