2026年高考物理一轮复习考点精讲精练(全国通用)第26讲变压器电能的输送(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习考点精讲精练(全国通用)第26讲变压器电能的输送(学生版+解析)，共13页。试卷主要包含了1n，则，14×105W等内容，欢迎下载使用。
1.理解变压器的原理，掌握理想变压器原、副线圈的功率关系、电压关系及电流关系，并会进行有关计算.
2.能利用功率、电压、电流关系对变压器进行动态分析.
3.会计算远距离输电问题中线路损失的功率和电压．
考点一 理想变压器基本关系的应用
1．基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出．
(2)电压关系：只有一个副线圈时，eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)；有多个副线圈时，eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝….
(3)电流关系：只有一个副线圈时，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1).
由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋….
2．制约关系
(1)电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定．
(2)功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定．
(3)电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定．
考点二 理想变压器的动态分析
常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况．
1．匝数比不变的情况(如图所示)
(1)U1不变，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，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．
(3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化．

2．负载电阻不变的情况(如图所示)
(1)U1不变，eq \f(n1,n2)发生变化，故U2变化．
(2)R不变，U2变化，故I2发生变化．
(3)根据P2＝eq \f(U\\al(2,2),R)，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．
一 变压器原线圈接有负载模型——等效法
考点三 远距离输电问题
1．远距离输电的处理思路
对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析．
2．远距离高压输电的几个基本关系(以图11为例)
图11
(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3.
(2)电压、电流关系：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)＝eq \f(I2,I1)，eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)＝eq \f(I4,I3)，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．
(3)输电电流：I线＝eq \f(P2,U2)＝eq \f(P3,U3)＝eq \f(U2－U3,R线).
(4)输电线上损耗的电功率：P损＝I线ΔU＝Ieq \\al(2,线)R线＝(eq \f(P2,U2))2R线．
当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的eq \f(1,n2).
如图所示，在理想变压器的原线圈回路中接有定值电阻R1，副线圈回路中接有滑动变阻器R2。原线圈一侧接在稳定的正弦式交流电源上，电流表和电压表均为理想交流电表。滑动变阻器滑片从某处自下向上滑动时，下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数增大B．电流表的示数增大
C．R1两端的电压增大D．流过R2的电流增大
某同学学了理想变压器工作原理后产生了一个想法，可将变压器及其负载等效视为一个电阻。如图所示理想变压器的原线圈与定值电阻R1串联后接在u=2202sin100πtV的交流电源上，副线圈接定值电阻R2和R3，理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，定值电阻R1=40Ω，R2=5Ω，R3=20Ω，则对应的等效电阻R的阻值及电阻R2消耗的功率分别为（ ）
A．400Ω，80WB．40Ω，80W
C．400Ω，100WD．40Ω，100W
某住宅小区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈电阻不计，它可绕轴OO′在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动。降压变压器副线圈上的滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示从用户端输电线电阻。下列判断正确的是（ ）
A．当用户用电器增加时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动
B．当用户用电器减少，其他条件不变时，原线圈两端电压也减小
C．若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电压瞬时值最大
D．若发电机线圈的转速减为原来的一半，用户获得的交变电流频率保持不变
如图所示，一理想变压器原线圈接在u=311sin100πtV）的交流电源上，副线圈与滑动变阻器R相连，交流电压表和交流电流表均可视为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．该交流电的频率为100πHz
B．变阻器的滑片向b端滑动，电压表的示数减小
C．变阻器的滑片向a端滑动，电流表的示数增大
D．变阻器的滑片向a端滑动，变压器的输入功率减小
如图甲所示，在理想变压器a、b端输入电压为U0的正弦交流电，原副线圈匝数比n1n2=4。定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为R1=32Ω，R2=2Ω，R3=1Ω，滑动变阻器R的最大阻值为5Ω。初始时滑动变阻器滑片位于最左端，向右缓慢移动滑片至最右端过程中，记录理想电压表V的示数U与理想电流表A的示数I，描绘出如图乙所示的U−I图像。下列说法正确的是（ ）。
A．通过R3的电流先增大后减小
B．电压表示数先增大后减小
C．U−I图像中纵截距U1=U04，斜率绝对值为2Ω
D．R1消耗功率变大
某实验电路如图所示，交流发电机经过两个理想变压器对负载供电。已知交流发电机输出电压有效值恒定，两变压器间串有电阻r，负载为纯电阻。当升压变压器原、副线圈匝数比为n时，电阻r的功率为P，对负载的输电效率为η；若调节升压变压器原、副线圈匝数比为0.1n，则（ ）
A．电阻r的功率变为100PB．电阻r的功率变为10P
C．对负载的输电效率变为10ηD．对负载的输电效率变为100η
风能是21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，如图a所示，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。利用总电阻R=10Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率P0=100kW，发电机输出电压为250V，理想升压变压器原、副线圈的匝数比为1:20，用户需要的电压是220V，如图b所示，则下列说法正确的是（ ）
A．导线上损失的功率为40kW
B．用户得到的电功率为96kW
C．在输电线路中设置的降压变压器原、副线圈的匝数比为240:11
D．在输电线路中设置的降压变压器原、副线圈的匝数比为20:1
白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程。单机容量世界第一，额定电压世界最高，被誉为水电巅峰之作。如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器的原、副线圈匝数分别为n3、n4。保持发电机输出电压U1及输电线路上的总电阻R线不变。如果将输送电压U2由240kV升级为1000kV，输送的总电功率变为原来的2倍，则（ ）
A．n2n1变为原来的256
B．输电线上的电流变为原来的625
C．输电线上损失的功率变为原来的1225
D．如果用户两端电压U4不变，n3n4应变小
题型1理想变压器工作原理
如图所示，某理想变压器的原副线圈分别接有三个阻值相同的定值电阻R1、R2和R3。正弦交流电源的输出电压有效值恒为U，当开关S闭合时，两理想交流电压表的读数均为U0。则下列说法正确的是（ ）
A．U=2U0
B．原副线圈匝数之比n1:n2=1:2
C．若断开开关S，则R1、R2消耗的电功率之比为4：1
D．若断开开关S，则流过R1、R2的电流之比为1：2
图甲是某发电机通过理想变压器输电的示意图，图乙是原线圈接入的内阻r=2Ω的发电机提供的交变电流的u−t图像（um未知）。已知原线圈匝数n1=110匝，副线圈匝数n2=22匝，电压表和电流表均视为理想电表。电流表的示数为1 A，电压表的示数为2 V，灯泡恰好正常发光，则下列说法正确的是（ ）
A．灯泡的电阻为20Ω
B．交变电流的频率为50Hz
C．原线圈接入的交流电压表达式为u=102sin100πtV
D．原线圈电路中消耗的总功率为12W
如图所示，有一台理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，用理想电压表和理想电流表测量副线圈的电压和电流，R为副线圈的负载电阻，现在原线圈两端加上交变电压u，其随时间变化的规律为u=2202sin100πtV，则( )
A．副线圈中产生的交变电流频率为50Hz
B．电压表的示数的最大值为442V
C．若电流表示数为0.lA，则原线圈中的电流为0.5A
D．若电流表示数为0.1A，则1分钟内电阻R上产生的焦耳热为264J
题型2匝数比不变，负载发生变化
如图所示，某发电机的线圈在竖直向下的匀强磁场中从中性面开始匀速转动，理想电压表接在线圈两端。已知该线圈匝数N=500匝，线圈面积S=0.4m2，转速为n=50r/s，电阻不计，磁感应强度大小B=2π×10−3T。线圈通过阻值R=100Ω的电阻与理想变压器原线圈串联，副线圈连接电阻RL=3Ω的灯泡和最大阻值为5Ω的滑动变阻器R′。已知理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，则（ ）
A．电压表的示数为40V
B．初始位置线圈产生的感应电动势最大
C．t=0.02s时，穿过线圈平面的磁通量为25πWb
D．在调节滑动变阻器滑片的过程中变压器输出的最大功率为2W
如图所示的电路接在有效值恒为U的交流电源两端，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1:n2=2:1，定值电阻R1=12Ω、R2=1Ω，电表均为理想电表。滑动变阻器的滑片位于最下端a与最上端b时，变压器的输出功率相同，则下列说法正确的是（ ）
A．当滑动变阻器滑片从a向b滑动时，电压表示数变大
B．当滑动变阻器滑片从a向b滑动时，电流表示数变小
C．滑动变阻器的最大阻值R=8Ω
D．当滑动变阻器接入电路的阻值为3Ω时，变压器的输出功率最大
如图所示的理想变压器为升压变压器，原线圈端接人电压有效值恒定的交流电源，并接有定值电阻R0，副线圈上接有滑动变阻器R，电路中的电表均为理想表。初始时，滑动变阻器的滑片P位于中间位置，下列说法正确的是（ ）
A．若滑片下移，电流表示数一定变小
B．若滑片下移，电压表示数一定变小
C．若滑片上移，电源的输出功率一定减小
D．若滑片上移，滑动变阻器功率一定变大
题型3匝数比变化，负载不变
如图所示，匝数为100匝、面积为10cm2的交流发电机线圈在磁感应强度为10T的匀强磁场中匀速转动。线圈平面与磁场平行时开始计时，通过一理想自耦变压器对外供电，转动角速度为100rad/s，线圈内阻不计，电压表为理想电压表。则下列说法正确的是（ ）
A．线圈产生的电动势的瞬时值表达式为e=100sin100t(V)
B．电压表V示数为100V
C．当滑动变阻器滑片向上滑动时，流经灯泡的电流变大
D．当自耦变压器滑片P向上滑动时，灯泡变暗
如图所示，理想变压器原、副线圈的总匝数之比为20:1，原线圈匝数可调，电压表和电流表均为理想电表。从某时刻开始，在a、b两端加上u1=2202sin100πtV的交流电压。则（ ）
A．当原线圈触头在最上端时，电压表的示数为22V
B．当t=1400s时，a、b间电压的瞬时值为110V
C．只将滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电流表的示数变小
D．只将原线圈触头向下移动，电压表的示数变小
如图所示，一原副线圈匝数均可调节的理想变压器，输入端a、b接入有效值恒定的交流电源。已知定值电阻R1阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为4R。初始时刻原、副线圈的匝数之比为1：2，滑片P3位于最下端。理想电压表的示数、示数变化量的大小分别用U、ΔU表示；理想电流表的示数、示数变化量的大小分别用I、ΔI表示。不计其余电阻，下列说法正确的是（ ）

A．保持P1、P2位置不变，P3向上缓慢滑动的过程中，U不变，I增大
B．保持P1、P2位置不变，P3向上缓慢滑动的过程中，ΔUΔI不断减小
C．保持P1、P2位置不变，P3向上缓慢滑动的过程中，副线圈的输出功率逐渐减小
D．保持P3位置不变，P1、P2向上移动，使原副线圈增加相同的匝数后，副线圈的输出功率增大
题型4远距离输电原理及电压功率损失
图为我国某远距离输电系统简化示意图。发电厂输出的交变电流经升压变压器后，通过高压输电线路传输，再经降压变压器降压后供给城市用户用电。已知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，升压变压器原副线圈匝数比为1:k1，降压变压器原副线圈匝数比为k2:1，输电线路总电阻为R。U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，以下说法正确的是（ ）
A．输电线路上损失的功率为P损=U12k12R
B．升压变压器的输入电流与降压变压器的输出电流之比为k1:k2
C．若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大
D．当发电厂输出频率增大，降压变压器的输出电压会减小
春夏秋冬、昼夜之间、工作日与节假日，对电力需求量差异很大，会形成用电高峰和低谷之间的峰谷负荷差。图为某节能储能输电网络示意图，可以在用电低谷时段把电能储存起来，高峰时段输出，填补用电缺口。发电机的输出电压U1=400V，输出功率P1=600kW，降压变压器的匝数比n3:n4=40:1，输电线总电阻为R，其上损失的功率ΔP=1kW，用户端电压U4=220V，功率P4=44kW，所有变压器均为理想变压器，则（ ）
A．发电机的输出电流为200AB．输电线总电阻为160Ω
C．升压变压器的匝数比n1:n2=2:45D．输送给储能站的功率为556kW
图为通过远距离输电方式给新能源汽车充电桩供电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T1和降压变压器T2的原、副线圈匝数比分别为n1:n2=1:16、n3:n4=78:5，输电线总电阻为r=2Ω。在T1的原线圈两端接入一电压为u=2502sin100πt V的交流电。不考虑其它因素的影响，下列说法正确的是（ ）
A．充电桩上交流电的周期为0.01s
B．当充电桩使用个数增多时，T2的输出电压减小
C．当T1的输入功率为200kW时，输电线上损失的电功率为5×104 W
D．当T1的输入功率为200kW时，T2的输出电压有效值为250 V
题型5远距离输电的动态分析问题
我国的特高压输电技术居世界第一，如图所示，发电站输出稳定的电压，经升压变压器T1升至特高压进行远距离输送，再经过降压变压器T2降压后供用户端使用，用户端电阻可分为持续用电用户电阻（设为定值电阻R1）和灵活用电用户电阻（设为可变电阻R2），输电线电阻r不可忽略，下列说法正确的是（ ）
A．用电高峰期时，相当于R2变大
B．用电高峰期时，R1两端电压变大
C．在不改变输送电能总功率的前提下，对比普通的高压输电，使用特高压输电可以使R1两端电压更大
D．在不改变输送电能总功率的前提下，对比普通的高压输电，使用特高压输电会使输电线上电能损耗升高
如图，有一套模拟远距离输电装置示意图，图中变压器为理想变压器，电表为理想交流电表。升压变压器的输入端接电压恒定的交变电源，输电线的总电阻为r，降压变压器输出端接阻值相等的电阻R1，R2，当开关S闭合时，下列说法正确的是（ ）
A．电压表V1、V2示数均变大
B．电流表A示数变大
C．交变电源输出功率增大
D．输电线的发热功率增大
一小型水力发电站给某商场用户供电，并将剩余的电能储存起来。如图，发电机的输出电压U1=279V，输出功率P输出=418.5kW，降压变压器原、副线圈的匝数之比n3:n4=100:1，输电线总电阻R线=20Ω，其余线路电阻不计，商场的用户端电压U4=220V，功率P用户=352kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．发电机的输出电流为1200A
B．输电线上损失的电压为160V
C．输送给储能站的功率约为6.14×105W
D．升压变压器原、副线圈的匝数之比n1:n2=1:80
1.变压器原线圈接有负载R时，原、副线圈的制约关系依然成立，但电路输入的总电压U不再等于变压器原线圈的电压U1，而是U＝U1＋U负载，显然U≠U1.变压器原、副线圈两端的功率也始终相等，但电路输入的电功率P也不等于原线圈两端的功率P1，而是P＝P1＋P负载．
2.等效负载电阻法
理想变压器原、副线圈的匝数分别为n₁、 n₂， 原、 副 n1、n2,线圈电压分别为 U1、U2,副线圈负载电阻为 R ， 设 n1n2=k, 等效阻值为 R',等效电路如图所示。
根据理想变压器基本规律： U1U2=n1n2 可得： U2=n2n1U1
负载电阻R消耗的功率 P=U22R=n22U12n12R=U12k2R 等效电阻消耗功率 P'=U12R'
根据P=P'，得等效阻抗 R'=n12n22R=k2R 另证明：R'=U1I1=n1n2U2n2n1I2=k2R
通过等效便可将原线圈含电阻的变压器问题转化为恒定电流问题。