第69讲　理想变压器　电能的输送——2027届高三物理一轮复习讲义（含答案）

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一、理想变压器
1．构造和原理
(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。
(2)原理：电磁感应的互感现象。
2．基本关系式
(1)功率关系： P入＝P出 。
(2)电压关系：①有一个副线圈时 eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2) 。
②有多个副线圈时eq \f(U1,n1)＝ eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝… 。
(3)电流关系：①有一个副线圈时eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，且I2决定I1。
②有多个副线圈时，由P入＝P出得U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn，输出决定输入。
(4)频率关系：f1＝f2，变压器不改变交变电流的频率。
3．电压互感器和电流互感器
(1)电压互感器：把高电压变成 低电压 ，如图A所示。
(2)电流互感器：把大电流变成 小电流 ，如图B所示。
二、电能的输送
如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电线总电阻为R。
1．输出电流
I＝eq \f(P,U)＝eq \f(P′,U′)＝eq \f(U－U′,R)。
2．电压损失
(1)ΔU＝U－U′；
(2)ΔU＝ IR 。
3．功率损失
(1)ΔP＝P－P′＝ΔU·I；
(2)ΔP＝ I2R ＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2R。
4．减少输电线上电能损失的方法
(1)减小输电线的电阻R。由R＝ρeq \f(l,S)知，可加大导线的 横截面积 、采用 电阻率小 的材料做导线；
(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高 输电电压 。
1．变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率。( × )
2．理想变压器能改变交变电压、交变电流，但不改变功率，即输入功率总等于输出功率。( √ )
3．变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈的输入电流随之增大。( √ )
4．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小。( × )
考点1 理想变压器基本关系的应用
(基础考点·自主探究)
1．理想变压器的基本特点
(1)无漏磁，故原、副线圈中的Φ、eq \f(ΔΦ ,Δt)相同。
(2)线圈无电阻，因此无电压损失，U＝E＝neq \f(ΔΦ,Δt)。
(3)根据eq \f(U,n)＝eq \f(ΔΦ,Δt)得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
2．关于理想变压器的四点说明
(1)变压器不能改变直流电压。
(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。
(3)理想变压器本身不消耗能量。
(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。
3．分析变压器电路的两个难点
(1)分析原线圈有串联负载的变压器电路问题时要注意：变压器的输入电压不等于电源的电压，而是等于电源电压减去串联负载的电压，即U1＝U源－U串。
(2)分析含有二极管的变压器电路问题时要注意：理想二极管具有单向导电性，正弦式交变电流通过二极管后会变成半波直流电流，对应的有效值会发生变化。
【跟踪训练】
(变压器的原理)(多选)(2022·湖北卷)近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其他损耗，下列说法正确的是( )
A．接收线圈的输出电压约为8 V
B．接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1
C．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D．穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
(变压器基本关系的应用)(2024·浙江1月卷)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u＝5sin 100πt(V)的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列正确的是( )
A．eq \f(n2,n1)