2026年高考物理一轮复习精讲精练第65讲理想变压器电能的输送(讲义)(学生版+解析)

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考点一 理想变压器原理及应用
基础过关
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
【例1】（2025·四川巴中·三模）2025年某高层住宅的智能供电系统采用一套应急交流发电系统，该系统由理想交流发电机与副线圈匝数可调的变压器组成。发电机的线圈可绕轴OO'在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，线圈电阻不计；滑动触头P可在副线圈上下移动，以调节用户端电压。输电线电阻为R0。以下说法中正确的是（ ）
A．当线圈平面与磁场方向垂直时，发电机输出电动势瞬时值为0
B．若触头P下移，副线圈输出电压增大，输电线电流将减小
C．若发电机转速减半，用户获得的功率减为原来的
D．用户数量增加时，为保持用户端电压稳定，应将触头P向下调节
【答案】AD
【详解】A．当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈平面处于中性面位置，此时产生的感应电动势为零，故A正确；
B．若触头P下移，副线圈匝数增大，而原线圈的输入电压、原线圈匝数不变，由可知，副线圈输出电压增大，在用户不变时，输电线电流将增大，故B错误；
C．发电机产生的感应电动势的最大值为
又,
故发电机线圈的转速减为原来的一半，则有效值变为原来的，而变压器的匝数比不变，故副线圈的电压变为原来的，副线圈的电流也变为原来的，根据可知，用户获得的功率减为原来的，故C错误；
D．当用户数目增多时，因用户之间为并联关系，所以用户电阻减小，用户分得的电压减小，为使用户端电压稳定，应增大副线圈两端的电压，根据可知，应增大，即应将触头P向下调节，故D正确。
故选AD。
【例2】（2025·湖北·模拟预测）如图所示，电路a、b间输入的正弦交变电压。定值电阻的阻值为R，滑动变阻器的滑片P初始位置在最右端，此时理想电压表的示数为2V，理想电压表的示数为6V。下列说法正确的是（ ）
A．变压器原、副线圈匝数比为
B．的最大阻值为6R
C．当的滑片P向左滑动时，电压表、的示数都变大
D．当时，电阻消耗的功率最大
【答案】B
【详解】A．根据正弦交变电压的有效值其中为最大值
可得输入电压的有效值，
解得，故A错误；
B．原线圈的“等效电阻”与副线圈的电阻的比值关系为：
可知R1的等效电阻R等效
U原，
解得的最大阻值为，故B正确；
C．当的滑片P向左滑动时，阻值减小，根据串联电路电压分配规律可知，电压表的示数减小，U原示数变大，故的示数变大，故C错误；
D．当时，U原示数最大，电压表的示数最大，根据，电阻消耗的功率最大，故D错误。
故选B。
【例3】（2025·湖南邵阳·三模）热敏电阻、光敏电阻在家电、汽车、医疗、电力等领域有广泛的应用，某兴趣小组设计了一个如图所示的电路来研究热敏电阻和光敏电阻，电路接在电压恒定的交流电源上，变压器为理想变压器。为定值电阻；为热敏电阻，阻值随温度升高而减小；光敏电阻，阻值随光照强度增加而减小，下列分析正确的是（ ）
A．的电流与的电流之比等于
B．若用电吹风加热，则消耗的功率变大
C．若用强光灯照射，则消耗的功率变小
D．若用电吹风加热，同时用强光灯照射，则消耗的功率变小
【答案】BC
【详解】A．根据电压比等于匝数比可得，
根据能量关系可得
联立可得
可知的电流与的电流之比
故A错误；
B．若用电吹风加热，则阻值变小，即整个电路的等效电阻变小，可知整个电路消耗的功率变大，即交流电源的输出功率变大，根据
可知原线圈电流变大；根据
可知消耗的功率变大，故B正确；
C．若用强光灯照射，则阻值变小，即整个电路的等效电阻变小，可知整个电路消耗的功率变大，即交流电源的输出功率变大，根据
可知原线圈电流变大，则两端电压变大，原线圈输入电压减小，根据可知，两端电压减小，根据
可知消耗的功率变小，故C正确；
D．若用电吹风加热，同时用强光灯照射，则、阻值变小，即整个电路的等效电阻变小，可知整个电路消耗的功率变大，即交流电源的输出功率变大，根据
可知原线圈电流变大；根据
可知消耗的功率变大，故D错误。
故选BC。
【例4】（2025·山东潍坊·三模）如图所示，匝数为50匝的矩形线圈置于磁感应强度大小为0.5T、方向水平向右的匀强磁场中，线圈的面积为、电阻为1Ω，与两金属圆环相连的电路中有一理想变压器，其原副线圈的匝数比，两定值电阻的阻值分别为、。现使线圈以120r/min的转速沿逆时针方向（从上向下看）绕竖直轴匀速转动，则定值电阻消耗的电功率和图示时刻中的电流方向分别为（ ）
A．，向右B．，向左
C．，向右D．，向左
【答案】A
【详解】矩形线圈匀速转动产生的感应电动势的峰值为
有效值为
根据理想变压器的输入功率等于输出功率有
又
联立解得，
定值电阻消耗的电功率为
根据右手定则可知，图示时刻矩形线圈内的电流方向为顺时针（从前往后看），所以中的电流方向向右。
故选A。
【例5】（2025·江苏南通·三模）如图所示，在原线圈两端加上有效值恒定的交流电压，理想变压器原、副线圈的电压有效值分别为U1、U2，电流有效值分别为I1、I2。当滑动变阻器滑片P向下移时（ ）
A．I1不变B．I2变小C．U1不变D．U2变小
【答案】D
【详解】设滑动变阻器电阻为R，则
由理想变压器可得
副线圈的电压为
联立解得
当滑动变阻器滑片P向下移时，R减小，则原线圈电流增大，从而副线圈电流增大，由于电阻R1上分压增大，U0恒定，则原线圈电压U1减小，副线圈电压U2也减小。
故选D。
精讲考点
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。
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。
考点二 远距离输电问题
基础过关
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＝Ieq \\al(2,2)R线。
(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户。
2．升压变压器和降压变压器的基本关系
(1)升压变压器基本关系
eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I2,I1)＝eq \f(n1,n2)，P1＝P2
(2)降压变压器基本关系
eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I4,I3)＝eq \f(n3,n4)，P3＝P4
3．掌握一个守恒观念
功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝Ieq \\al(2,线)R线＝eq \f(ΔU2,R线)。
【例6】（2025·贵州铜仁·模拟预测）我国已投产运行的特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输送电功率最大可达1200万千瓦。输电线路流程和数据可简化为如图所示，若直流线路的输电线总电阻为，变压与整流等造成的能量损失均不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电电流为时，下列说法正确的是（ ）
A．输送电功率为
B．降压变压器匝数比为11∶5
C．直流输电线上损失的功率为1.6×108W，损失的电压为
D．若保持输送电功率不变，改用输电，直流输电线上损失的功率为5.6×108W
【答案】C
【详解】A．输送电功率为
选项A错误；
C．直流输电线上损失的功率为
损失的电压为
选项C正确；
B．降压变压器匝数比为
选项B错误；
D．根据
若保持输送电功率不变，改用输电，直流输电线上损失的功率变为原来的4倍，即为6.4×108W，选项D错误。
故选C。
【例7】（2025·山东青岛·三模）如图甲所示，白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的重大工程，其输电原理如图乙所示。设输电功率为P，输电电压为U，输电线总电阻为r，仅考虑输电线的功率损耗。下列说法正确的是（ ）
A．输电线上的电流
B．输电线上损耗的功率
C．P一定时，输电电压变为，输电线损耗的功率变为原来的4倍
D．U一定时，输电功率变为2P，用户得到的功率变为原来的2倍
【答案】C
【详解】A．输电线上的电流为
故A错误；
BC．输电线上损耗的功率
由此可知，P一定时，输电电压变为，输电线损耗的功率变为原来的4倍，故B错误，C正确；
D．用户得到的功率为
由此可知，U一定时，输电功率变为2P，输电线损失的功率变为原来的4倍，用户得到的功率不是变为原来的2倍，故D错误。
故选C。
【例8】（2025·天津河西·三模）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、，在的原线圈两端接入一电压的交流电源。若的副线圈两端电压的有效值为，输电线的总电阻为，输电线中电流的有效值为，不考虑其它因素的影响，则以下说法正确的是（ ）
A．的原线圈两端电压的有效值为
B．
C．输电线上损失的电功率为
D．输电线上损失的电功率为
【答案】C
【详解】A．的原线圈两端电压的有效值为
故A错误；
B．根据变压器原副线圈电压与匝数关系可知
解得
故B错误；
CD．输电线上损失的电功率为
故C正确，D错误。
故选C。
【例9】（2025·重庆·模拟预测）我国海上风力发电简化工作原理模型如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，输电线上的总电阻为R0，输电线上消耗的功率为P，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）。用户端获得U的电压。不计其余电阻，下列说法正确的是（ ）
A．线圈匀速转动至图中位置时，线圈的磁通量变化率最大
B．用电高峰期，升压变压器的输出电压升高
C．发电机输出电压的最大值
D．若转子角速度ω增加一倍，则R0消耗的功率为4P
【答案】D
【详解】A．线圈匀速转动至图中位置时，磁通量最大，磁通量变化率为零，A错误；
B．根据可知，升压变压器的输出电压与负载无关，B错误；
C．依题意，输电线上损失的功率
根据电压比与匝数比的关系可知
升压变压器的输出电压
根据电压比和匝数比的关系
可得发电机输出电压的有效值
则最大值为，C错误；
D．转子转动产生的电动势有效值，转子角速度ω增加一倍，变压器、负载不变，则E变为原来的2倍，故通过R0的电流变为原来的2倍，根据可知R0上消耗的功率变为原来的4倍，D正确。
故选D。
【例10】（2025·天津南开·二模）绿色环保、低碳出行已经成为一种时尚，新能源汽车越来越受市民的喜爱，正在加速“驶入”百姓家。某品牌电动汽车安装充电桩的电路图如下，已知总电源的输出电压 ，输出功率 ，输电线的总电阻r=12Ω，变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比 ，汽车充电桩的额定电压为50V。下列说法正确的是（ ）
A．输出功率 P1不变时，输电电压 U2越高，输电线上损失的功率越小
B．输电线上的电流为100A
C．用户获得的功率为
D．降压变压器的匝数比
【答案】ABD
【详解】A．变压器视为理想变压器，，
故输出功率 P1不变时，输电电压 U2越高，越小，输电线上损失的功率越小，故A正确；
B．U1=220V且升压变压器的匝数比 ，，
联立解得， ，故B正确；
C．根据
可得用户获得的功率为，故C错误；
D．，
降压变压器的匝数比 ，故D正确。
故选ABD。
精讲考点
处理远距离输电问题的一般思维步骤
(1)画出远距离输电的示意图，并在图上标出相应物理量。
(2)以变压器铁芯为界线区分各个回路。各回路独立，运用串联电路的特点和性质，分析回路中的电压、电流和功率等问题。
(3)各回路间通过变压器的匝数比、电压比、电流比和原、副线圈输入功率与输出功率相同的关系相联系。
(4)在计算输电线上的功率损耗时，思路应该是P损＝I2R线＝eq \f(U\\al(2,损),R线)＝P送－P用，一定不能用P损＝eq \f(U\\al(2,送),R线)。
考点三 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
基础过关
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11】（2022·江苏常州·模拟预测）如图所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．原线圈接0、4接线柱，副线圈副0、8接线柱，则副线圈电压小于原线圈电压
B．测量原、副线圈的电压，可用直流电压表测量
C．为便于探究，先保持原线圈匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究副线圈电压U2随n2的影响
D．原线圈接0、4接线柱，仅改变副线圈的匝数最多可以测量3组不同数据
【答案】C
【详解】A．根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出电压之比可知，原线圈接接0、4接线柱，副线圈副0、8接线柱，原线圈匝数比副线圈匝数少，则副线圈电压大于原线圈电压，A错误；
B．变压器只能对交流电流的电压有作用，只能用交流电压表测量，B错误；
C．为便于探究，先保持原线圈匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究副线圈电压U2随n2的影响，C正确；
D．原线圈接0、4接线柱，改变副线圈的匝数可以选择0、2,0、8,0、14,2、8,2、14测量5组不同数据，D错误。
故选C。
【例12】（2021·北京顺义·二模）某小组用如图甲所示的可拆变压器探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系，在实验时组装的变压器如图乙所示。在铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为匝和匝，原线圈两端与正弦式交流电源相连，用交流电压表测得原、副线圈两端的电压分别为10V和0.8V，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．原线圈的电阻过大
B．副线圈的电阻太小
C．副线圈的匝数太少
D．没有将铁芯B安装在铁芯A
【答案】D
【详解】根据变压器的工作原理可知，如果把图甲中的铁芯B组装到变压器铁芯A上，则根据变压器变压比可知
即原、副线圈两端的电压之比为4：1，但实际电压差距很大，说明该同学忘记了把图甲中的铁芯B组装到变压器铁芯A上，导致“漏磁”，则副线圈两端的电压很小，故D正确ABC错误。
故选D。
【例13】（2025·云南·模拟预测）某同学用可拆式变压器做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，如图所示。求解下列问题：
(1)下列本实验中需要用到的其它实验器材组合，正确的是_____。
A．干电池和直流电压表
B．低压交流电源和直流电压表
C．干电池和交流电压表
D．低压交流电源和交流电压表
(2)本实验中用的科学方法是_____。
A．控制变量法B．等效替代法C．整体隔离法
(3)某次实验时，原线圈匝数为匝，副线圈匝数为匝，原线圈接入的电压为，副线圈两端电压可能为_____。
A．B．C．D．
【答案】(1)D
(2)A
(3)A
【详解】（1）变压器的工作原理是电磁感应，原线圈需要通交流电，这样副线圈才能产生感应电动势，所以电源应选低压交流电源；同时，要测量原、副线圈的电压，因为是交流电压，所以要用交流电压表。
故选D。
（2）在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系时，需要控制其他因素不变，研究电压和匝数的关系，采用的是控制变量法。
故选A。
（3）根据
可得
因漏磁、能量损耗等影响，副线圈两端电压将小于8V。
故选A。
【例14】（2025·浙江温州·三模）乙同学利用图所示的可拆变压器做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，实验所需电源可选 。
A．8V交流电源 B．36V交流电源 C．220V交流电源
实验中，该同学将学生电源的“直流6V”输出端与变压器左侧线圈的“0”、“8”接线柱连接，将交流电压表与变压器右侧线圈的“0”、“4”接线柱连接，接通电源稳定后，交流电压表的读数为 。
A．0 B．2.8V C．6.0V D．11.0V
【答案】 A A
【详解】[1]在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，变压器工作原理是互感现象，需要使用交流电源。为保证实验安全，通常不选用220V交流电源，而36V是安全电压上限，相对来说8V交流电源更为合适，即能满足实验要求又更安全。
故选A。
[2]变压器是利用互感现象工作的，当原线圈接直流电源时，通过原线圈的电流是恒定的，产生磁场也是恒定的，那么穿过副线圈的磁通量不变，不会在副线圈中产生磁感应电动势。所以将学生电源的“直流6V”输出端与变压器左侧线圈连接，交流电压表与变压器右侧线圈连接，当接通电源稳定后，交流电压表的计数为0。
故选A。
【例15】（2025·新疆乌鲁木齐·三模）在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”的实验中
(1)实验时，通过观察变压器的铁芯可知，它的结构是由________（填选项前的字母）；
A．整块硅钢铁芯组成B．绝缘的硅钢片叠成
(2)通过实验可以初步确定，变压器原、副线圈的电压、与原、副线圈的匝数、的关系是________（填选项前的字母）；
A．B．
(3)通过分析实验数据发现，每次实验，变压器副线圈的输出电压总比理论值小，可能的原因是________（填选项前的字母）。
A．变压器的铁芯漏磁
B．原、副线圈的电压存在相位差
C．变压器的铁芯产生涡流
【答案】(1)B
(2)A
(3)AC
【详解】（1）变压器的铁芯是由绝缘的硅钢片叠成，目的是为了减小涡流，故选B；
（2）通过实验分析表明，原，副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即
故选A。
（3）原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移的过程中有损失，即有漏磁现象，由能量守恒定律可知，使输出电压减小；铁芯在交变磁场的作用下会产生涡流而发热，使变压器输出的电能小于输入的电能，使输出的电压减小，故AC正确，B错误。
故选AC。
核心考点
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc26242" 考点一 理想变压器原理及应用 PAGEREF _Tc26242 \h 1
\l "_Tc22854" 考点二 远距离输电问题 PAGEREF _Tc22854 \h 9
\l "_Tc13285" 考点三 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 PAGEREF _Tc13285 \h 15
功率关系
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入＝P出，且输出功率P出决定输入功率P入
电压关系
原、副线圈的电压比等于匝数比，U1U2＝n1n2，与副线圈的个数无关，且U1决定U2
电流关系
①只有一个副线圈时，I1I2＝n2n1，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
频率关系
f1＝f2，变压器不改变交变电流的频率