新高考物理二轮复习考点知识讲练与题型归纳专题27 变压器与远距离输电（2份，原卷版+解析版）

这是一份新高考物理二轮复习考点知识讲练与题型归纳专题27 变压器与远距离输电（2份，原卷版+解析版），共6页。试卷主要包含了理想变压器原理的应用，理想变压器的动态分析，远距离输电，两种特殊的变压器模型等内容，欢迎下载使用。

TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc208483192" 题型一 理想变压器原理的应用 PAGEREF _Tc208483192 \h 1
\l "_Tc208483193" 题型二 理想变压器的动态分析 PAGEREF _Tc208483193 \h 4
\l "_Tc208483194" 题型三 远距离输电 PAGEREF _Tc208483194 \h 8
\l "_Tc208483195" 题型四 两种特殊的变压器模型 PAGEREF _Tc208483195 \h 12

题型一 理想变压器原理的应用
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．
蔡嘉乐利用自建小水电给自家供电。如图所示，理想变压器原线圈接e=322sin50πtV内阻不计的交流电源，副线圈接电动机和标有“220V 88W”的灯泡。闭合S1、S2，灯泡和电动机正常工作，原线圈中理想电流表示数为5.5A。下列判断正确的是（ ）
A．任一时刻穿过原、副线圈的磁通量相同B．流过灯泡的电流方向每秒钟改变25次
C．原副线圈匝数比为8∶55D．电动机的额定功率为176W
如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，b是原线圈的中心接头，电压表和电流表均为理想电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u=2202sin100πtV。下列说法正确的是（ ）
A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22V
B．流过R的电流的频率为60Hz
C．单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大
D．当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头P向上移动，电压表和电流表的示数均变小
某电吹风机内的电路可简化为如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1.将吹风机接到220V的交流电源上，当S断开时，电动机M中通过的电流是1.2A；S闭合后，原线圈的输入功率变为S闭合前的5倍，下列说法正确的是（ ）
A．通过电动机的电流的频率比原线圈中的低
B．电动机两端电压的峰值为44V
C．S断开时原线圈的输入电流为0.25A
D．S闭合后通过电热丝R的电流为4.8A
小型电钻已经在生产生活中普遍使用，如图所示为其简化电路图，它由变压器及电机两部分构成，变压器为理想变压器。电机的内阻为1Ω，额定电压为22V，额定电流为1A，变压器原线圈电压为220V的正弦交流电时电钻正常工作，下列说法正确的是（ ）
A．变压器副线圈电流的最大值为2A
B．变压器原线圈的电流为0.2A
C．变压器的副线圈消耗功率为1W
D．电机产生的机械功率为21W
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
如图所示，理想变压器的原线圈接在u=2202sin(100πt)V的交流电源上，副线圈接R=22Ω的电阻。原、副线圈的匝数比为10：1，电压表为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．交流电的频率为100Hz
B．电压表的示数约为31.1V
C．原线圈电流的有效值为1A
D．原线圈的输入功率为22W
如图所示为变压插座，变压插座给我们的生活带来了很多的便利。家庭使用时变压插座连接的交变电流的电动势e=2202sin100πt(V)，通过变压插座可以调节电压供不同的用电器使用，变压插座内部的变压器可看作理想变压器。关于该变压器，下列说法正确的是（ ）
A．当旋钮旋转至“5V”时，变压器内原、副线圈匝数比为442:1
B．当旋钮旋转至“10V”，正常工作时变压器内流过原、副线圈的电流比为1:222
C．当旋钮旋转至“11V”，但未连接用电器时变压器内副线圈两端的电压为0
D．当旋钮旋转至“11V”，正常工作时若增加负载，则变压器原线圈中的电流增大
题型二 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．
如图甲所示，虚线（磁场边界）左侧有一竖直向下的匀强磁场（磁感应强度为B），一正方形线框（边长为L，匝数为N，不计线框内阻）从图示位置绕水平上边O为轴顺时针匀速转动，以角速度ω进入磁场区域。现将该线框产生的交流电接入图乙电路的CD端，定值电阻R1阻值为R，L1电阻为4R，忽略灯丝电阻随温度的变化，A1为理想交流电流表，K为理想二极管，P为理想自耦变压器上的滑动触头，P'为滑动变阻器上的滑片。下列说法正确的是（ ）
A．线框转动切割产生的电动势最大值为12NBL2ω
B．电流表A1的读数为2NBL2ω20R
C．P不动，P'向下滑动时，U2减小
D．P顺时针转动一个小角度，小灯泡L2变亮
图中B为理想变压器，接在交变电压有效值保持不变的电源上。指示灯L1和L2完全相同（其阻值均恒定不变），R是一个定值电阻，电压表、电流表都为理想电表。开始时开关S是闭合的，当S断开后，下列说法正确的是（ ）
A．电流表A2的示数变大
B．电流表A1的示数变小
C．电压表的示数变大
D．灯L1的亮度变暗
“南鲲”号是我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电机，其原理如图甲所示，利用海浪带动浪板上下摆动，从而带动线框单向匀速转动，线框a、b端分别与铜滑环连接，再通过电刷将交流电输出，输出交流电加在图乙中的c、d两端，已知发电机的线框共有N匝，总电阻为R0，线框中磁通量随时间变化规律为Φ=Φ0sinωt，图乙中变压器为理想变压器，原、副线圈的匝数比为1:2，R为滑动变阻器，其最大阻值为R0，定值电阻的阻值也为R0，下列说法正确的是（ ）
A．发电机电动势的有效值为NΦ0ω
B．当滑动变阻器电阻R=R0时，变压器原线圈中电流等于2NΦ0ω3R0
C．当滑动变阻器的滑片P向上移时，变压器副线圈两端的电压变大
D．当滑动变阻器的滑片P从最上端移到最下端过程中，变压器的输出功率变小
如图甲所示，小型交流发电机的输出端与含理想变压器的电路相连，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，单匝线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量随时间的变化关系图像如图乙所示。已知原、副线圈匝数比为1∶2，副线圈上定值电阻R1的阻值为16Ω，滑动变阻器R2的阻值范围0∼20Ω，发电机线圈上的电阻忽略不计，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数为12V
B．R2接入电路的阻值增大时，电流表示数增大
C．R2接入电路的阻值为16Ω时，R1消耗的功率最大
D．R2接入电路的阻值为8Ω时，R1消耗的功率为64W
如图所示，利用一内阻不计的交流发电机向某电路供电，图中变压器为理想变压器，三个灯泡完全相同，发电机线圈的匝数为N，面积为S，处于图示位置时通过线圈的磁通量为Φ，发电机内部的磁场视为匀强磁场，线圈以角速度ω绕垂直于磁场的轴匀速转动时，三个灯泡亮度相同，已知三个灯泡工作时电阻恒定，则（ ）
A．发电机产生的电动势的有效值为NΦω
B．理想变压器原、副线圈的匝数比1:2
C．原线圈两端的电压有效值为2NωΦ3
D．若灯泡L2的灯丝突然断裂，在L1和L3不烧毁时，则L1亮度变暗，L3亮度变亮
如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为3:1，定值电阻R1的阻值为6Ω，a、b两端接电压有效值恒为36V的正弦交流电源，电压表、电流表均是理想交流电表，下列结论正确的是（ ）
A．若滑动变阻器接入电路的电阻R2=6Ω，则电流表示数为1.8A
B．若滑动变阻器接入电路的电阻R2=6Ω，则电压表示数为2.4V
C．若滑动变阻器滑片向下移动，则R1的功率逐渐增大
D．若改变滑动变阻器R2接人电路的阻值，则R2的功率最大时，R2=23Ω
如图所示，面积为S、匝数为N的矩形线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动，通过滑环向理想变压器供电，灯泡L1，L2、L3均正常发光。已知L1、L2、L3的额定功率均为P，额定电流均为I，线框及导线电阻不计，不考虑电流变化对小灯泡电阻的影响，则下列说法正确的是（ ）
A．理想变压器原、副线圈的匝数比为1：2
B．线框在图示位置时，穿过线框的磁通量变化率最小
C．若把副线圈上的小灯泡L2去掉，则副线圈上的灯泡L1将变亮
D．线框转动的角速度为3PNBSI
题型三 远距离输电
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)
(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).
高铁运行中供给动力车厢线路的结构原理如图所示。通过牵引变电所的理想变压器把电压U1降到U2，动力车厢内的理想变压器再将U3降到U4后，为动力系统提供电能。两个理想变压器两端的匝数、电压和电流如图所示，输电线路电阻的阻值为r，则（ ）
A．I4=n1n3n2n4I1B．U4=n2n4n1n3U1
C．r=U2I2D．输入动力系统的功率为U1I1−U3I3
如图所示为某水电站远距离输电的原理图。升压变压器的原、副线圈匝数比为k，输电线的总电阻为R，发电机输出的电压恒为U，若由于用户端负载变化，使发电机输出功率增加了ΔP，升压变压器和降压变压器均视为理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．电压表V1的示数与电流表A1的示数之比不变
B．电压表V2的示数与电流表A2的示数之比变小
C．输电线上损失的电压增加了kRΔPU
D．输电线上损失的功率增加了kRΔP2U2
如图是远距离输电线路示意图。已知升、降压变压器均为理想变压器，原、副线圈匝数比分别为k1、k2，已知发电机的输出功率是10kW，输出电压为400V、k1=1:5，输电导线的总电阻R0=4Ω，用户获得的电压为220V，下列说法正确的是（ ）
A．k2=3:1
B．导线上损失的功率为120W
C．降压变压器的输入电压为1980V
D．若输电导线的总电阻变为8Ω，用户端的电压和功率不变，则发电机的输出功率变为1.1kW
某水电站的电能输送示意图如图所示，已知发电机线圈ABCD的匝数N=100，线圈AB长为0.32m、BC长为210m，线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，角速度ω=100πrad/s，匀强磁场的磁感应强度大小B=1πT，输电导线的总电阻为R=20Ω，理想升压变压器T1原、副线圈匝数比n1:n2=1:30，理想降压变压器T2原、副线圈的匝数比n3:n4=40:1。已知理想交流电流表的示数I=400A，降压变压器T2副线圈两端电压U4=220V，发电机线圈电阻r不可忽略。下列说法正确的是（ ）
A．输电线路上损耗的电功率为3kW
B．升压变压器T1副线圈两端电压为8.8kV
C．交流发电机线圈电阻r上消耗的电功率为6kW
D．当用户增多时，用户得到的电压增大
如图所示为远距离输电示意图，R为输电线的电阻，R1表示用户端的电阻，电流表和电压表均为理想交流电表。保持输入电压U不变，将滑动变阻器的滑片P缓慢下移，下列说法正确的是（ ）
A．远距离输电电压为U
B．电压表的示数增大
C．电流表的示数增大
D．该输电电路的输入功率增大
风能是一种可再生清洁能源，如图甲所示为一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为r的圆面，每立方米空气质量为m0，某时间内该地区的风速为v，且风向恰好跟叶片转动的圆面垂直。图乙是该地区学生实验小组模拟风力发电、输电的简易装置，已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可等效为一个定值电阻R0。当用户端接入一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（ ）
A．每秒冲击叶片圆面的气流质量大小为2m0πr2v
B．每秒冲击叶片圆面的气流的动能为12m0v2
C．风速增加，若转子角速度增加为3ω，则R0上消耗的功率为9P
D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P
2025年2月24日11时36分，中广核广东陆丰核电项目1号机组完成核岛第一罐混凝土浇筑（FCD）。这标志着该机组主体工程正式开工，广东陆丰核电项目双三代核电机组建设全面拉开序幕。某电厂对用户进行供电的原理图如图所示。发电机的输出电压为U1，输出功率为P1，输电线的总电阻等效为r。变压器视为理想变压器，其中升压变压器原、副线圈的匝数比为n1:n2，用户获得的电压为U4。假设用户（负载）是阻值为R的纯电阻。下列说法中正确的是（ ）
A．若输送的总电功率恒为P1，则输电线上的电流为I2=n2P1n1U1
B．若输送的总电功率恒为P1，则降压变压器的原、副线圈匝数比为n3n4=n22U12−n12P1rn1n2U1U4
C．若r增大、R减小，U1和变压器的匝数比不变，则高压输电线的输电电流一定增大
D．若将输送电压U2由300kV升级为2100kV的高压，输送电功率变为原来的3.5倍，不考虑其他因素的影响，输电线损失的功率变为原来的4倍
题型四 两种特殊的变压器模型
（1）自耦变压器
自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如下图所示。
（2）互感器
分为电压互感器和电流互感器，两者比较如下：
某理想自耦变压器如图所示，把A、B接在电压有效值为U的正弦交流电源上，滑片P与线圈接触可转动，滑片P'置于滑动变阻器R的正中间，灯泡L发光，认为灯泡L的电阻是定值，下列方法一定能使灯泡变暗的是（ ）
A．仅把P沿顺时针方向移动少许B．仅把P'向下移动少许
C．仅增大UD．仅减小电源的频率
交流发电机产生的感应电动势如图所示，通过自耦变压器给一电阻R供电，不计发电机内阻。下列说法正确的是（ ）
A．通过电阻R的电流方向每秒钟改变10次
B．改变滑片P 的位置可以使电压表的示数为12V
C．t=0.05s时发电机线圈平面与磁场方向平行
D．自耦变压器滑片 P 向上滑动时，电阻 R 热功率增大
如图所示，一个面积为S的“”形单匝金属框绕转轴OO'以角速度ω匀速转动，转轴两侧存在垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场，定值阻值R0，R为可变电阻，自耦变压器为理想变压器，原副线圈匝数分别为n1和n2，电流表为理想电表，金属框和导线电阻不计，从图示位置开始计时。则下列说法正确的是（ ）
A．t=πω时刻，通过R0的电流为0，电流表示数为0
B．保持R不变，顺时针转动滑片P，电流表示数变小
C．若保持滑片P位置不变，增大R，变压器输入电压U1减小
D．保持滑片P位置不变，调节R的大小，当R=(n2n1）2R0时，R的功率最大
变压器被誉为“电魔术师”，在生产和生活中有着重要的作用。从家里的电视机、电风扇，到大街上的路灯、广告牌，都有变压器的身影。如图所示是实验小组研究的一种家用台灯的原理图，理想自耦变压器的a、b间接入e=2202sin100πtV的交变电流，交流电流表均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．R的滑片不动，滑片P位于线圈中点时，电流表A1与A2示数之比为2：1
B．R的滑片不动，滑片P上移时灯泡变亮，两电流表示数均变大
C．滑片P不动，R的滑片右移时，电流表A1示数不变，电流表A2示数变小
D．滑片P不动，R的滑片右移时，灯泡变暗，灯泡消耗的电功率变大
一个理想的自耦变压器左端通过定值电阻R0和电流表接交变电源，电源电压随时间变化的关系为u1=2202sin100πtV，右端接入如图所示电路，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表。R0=20Ω,R2=5Ω,R3的最大电阻也为5Ω，不计导线的电阻。研究发现当滑动变阻器R3的触头调至最上端时电流表示数I=1A、电压表示数U=10V。下列说法正确的是（ ）
A．滑动变阻器R3的触头向上滑动时，电压表的示数减小
B．保持R3不变，当自耦变压器的可动端逆时针转动时，电流表的示数增大
C．电阻R1的阻值为20Ω
D．当滑动变阻器R3的触头调至最上端，电流表示数I=1A时，变压器原、副线圈的匝数比为4∶1
如图所示，T1、T2是测量高压交流电的两种互感器（均视为理想变压器），假设T1、T2都接在交流高压输电线的前端，T1原、副线圈的匝数之比为n−1，T2原、副线圈的匝数之比为n，电表a的示数与电表b的示数乘积为N，则下列说法正确的是（ ）
A．T1是电压互感器，且为升压变压器
B．T2是电流互感器，且为降压变压器
C．若a的示数为M，则交流高压输电线的输送电流为n−1M
D．交流高压输电线的输送功率为n2N
钳形电流测量仪的结构图如图所示，其铁芯在捏紧扳手时会张开，可在不切断被测载流导线的情况下，通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0，下列说法正确的是（ ）
A．该测量仪可测量直流电的电流
B．载流导线中电流大小I0=In
C．若钳形部分铁芯没有完全闭合，测量出的电流将大于实际电流
D．若将载流导线在铁芯上多绕几匝，钳形电流测量仪的示数将变大
电压互感器
电流互感器
原理图
原线圈的连接
并联在高压电路中
串联在交流电路中
副线圈的连接
连接交流电压表
连接交流电流表
互感器的作用
将高电压变为低电压
将大电流变为小电流
利用的公式
eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)
I1n1＝I2n2