12.2变压器　远距离输电（原卷版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

12.2变压器　远距离输电

一、理想变压器

1．构造

如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的    组成的．

图1

(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫     线圈．

(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫    线圈．

2．原理

电流磁效应、      ．

3．理想变压器原、副线圈基本量的关系

4.几种常用的变压器

(1)自耦变压器——调压变压器，如图2甲(降压作用)、乙(升压作用)所示．

图2

(2)互感器

二、电能的输送

如图3所示，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′，输电电流为I，输电线总电阻为R.

图3

1．输电电流

I＝＝＝.

2．电压损失

(1)ΔU＝U－U′

(2)ΔU＝  

3．功率损失

(1)ΔP＝P－P′

(2)ΔP＝    ＝()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＝ρ知，可加大导线的     、采用      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  ——  ．

实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

例题1.

某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验．他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干．

(1)实验需要以下哪种电源        ；

A．低压直流电源

B．高压直流电源

C．低压交流电源

D．高压交流电源

(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数．分别测出相应的原、副线圈电压值．由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的        值 (填“有效”或“最大”)．其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为        ；

(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成        (填“正比” 或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般        (填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比．

(4)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别．原因不可能为        ．(填字母代号)

A．原、副线圈上通过的电流发热

B．铁芯在交变磁场作用下发热

C．变压器铁芯漏磁

D．原线圈输入电压发生变化

(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是        ．

A．有闭合铁芯的原、副线圈

B．无铁芯的原、副线圈

C．交流电源

D．直流电源

E．多用电表(交流电压挡)

F．多用电表(交流电流挡)

用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表．

根据测量数据可判断连接电源的线圈是            ．(选填“na”或“nb”)

在“探究变压器线圈两端电压与匝数关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示．

(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中．

(2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为______(用题目中给出的字母表示)．

(3)该变压器是______________变压器(选填“升压”或“降压”)．

理想变压器的原理及应用

例题2.(2017·北京卷·16)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A．原线圈的输入功率为220 W

B．电流表的读数为1 A

C．电压表的读数为110 V

D．副线圈输出交流电的周期为50 s

(2022·江西高三模拟)如图所示，理想变压器的原线圈接在有效值为100 V的正弦交流电源上，原、副线圈匝数比为2∶1，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为10 Ω、20 Ω、20 Ω，电流表为理想交流电流表．下列说法正确的是(　　)

A．R1的电功率为40 W

B．电流表示数为1 A

C．副线圈两端电压为20 V

D．副线圈的输出功率为80 W

(2019·江苏卷·1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压(　　)

A．降低2 V   B．增加2 V

C．降低200 V   D．增加200 V

理想变压器的动态分析

例题3.

如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大

B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大

C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大

D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大

如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，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u1＝310sin 314t(V)，则(　　)

A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 V

B．副线圈两端的电压频率为50 Hz

C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小

D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小

如图所示，电路中的变压器为理想变压器，原线圈接在电压有效值不变的交流电源上．灯泡L阻值不变，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器．闭合开关S1、S2，灯泡发光，下列判断正确的是(　　)

A．只向下移动滑片P，R2两端的电压变小

B．只向下移动滑片P，灯泡L变亮

C．只断开开关S2，电阻R1两端的电压变大

D．只断开开关S2，变压器输入功率变大

远距离输电

例题4.

如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则(　　)

A．用户端的电压为

B．输电线上的电压降为U

C．理想变压器的输入功率为I12r

D．输电线路上损失的电功率为I1U

(2020·浙江7月选考·11)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

(多选)如图所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U1＝250 V，输出功率P1＝100 kW，输电线电阻R＝8 Ω.则进行远距离输电时，下列说法中正确的是(　　)

A．若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大

B．若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小

C．输电线损耗比例为5%时，所用升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶16

D．用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W

一、单选题

1．（2022·江西南昌·模拟预测）如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统，其中R是用半导体热敏材料（电阻随温度升高而减小）制成的传感器，电流表是值班室的显示器，显示通过尺的电流，电压表显示加在报警器两端的电压（报警器未画出），是一定值电阻，当传感器所在处出现火情时，已知电压表和电流表均可看成理想电表，则下列说法正确的是（　　）

A．电流表的示数减小 B．电压表的示数增大

C．电流表的示数减小 D．电压表的示数增大

2．（2022·湖北·模拟预测）有一理想变压器如图甲所示，原副线圈匝数比为，原线圈接入图乙所示的交流电，回路中的灯泡和电动机的额定电压均为，灯泡正常工作时的电阻，电动机的电阻，定值电阻，灯泡和电动机均正常工作，则电动机的输出功率为（  ）

A．

B．

C．

D．

3．（2022·河南安阳·模拟预测）逆变器是一种能够把蓄电池提供的直流电转变成交流电的工具。如图所示，就是一种逆变器的电路，核心的控制电路称为“逆变模块”，它的功能就是把直流转换成交流，共有5个接线端子，为输入端，与两块相同的蓄电池连接，两块相同的蓄电池同时工作；Out1～Out2为输出端，与理想变压器原线圈相连。已知蓄电池的电动势为，内阻不计，负载电阻阻值为，电流表读数为、电压表读数为，逆变模块自身消耗的电功率忽略不计，则变压器原、副线圈的匝数比为（　　）

A． B． C． D．

4．（2022·福建漳州·一模）如图甲，理想变压器原线圈接在正弦交流电源上，原、副线圈的匝数比为4∶1，、、均为定值电阻，，，电表均为理想电表。已知中电流随时间t变化的规律如图乙所示，则（　　）

A．交流电的频率为100Hz B．电压表的示数为200V

C．电流表的示数为12A D．若烧断，变压器输出功率变大

5．（2022·新疆·博乐市高级中学（华中师大一附中博乐分校）模拟预测）特高压输电可使输送中的电能损耗大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为，在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用特高压输电，输电线上损耗的电功率变为，不考虑其他因素的影响，则（　　）

A． B．

C． D．

6．（2022·四川省内江市第六中学模拟预测）我国是全球唯一掌握超特高压技术的国家，在全球超特高压领域，中国的标准就是全世界唯一的标准。如图所示是远距离高压输电示意图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。下列说法正确的是（    ）

A．若用户用电功率增加，升压变压器的输出电压将增大

B．若用户用电功率增加，降压变压器的输入电压将增大

C．若输电功率一定，采用特高压输电可减少输电线上损耗的功率

D．若输电功率一定，采用特高压输电会降低输电的效率

7．（2022·广东·华南师大附中三模）如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电站输出的电压不变；升压变压器输出电压为， 降压变压器原、副线圈两端的电压分别为 和。为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则（　　）

A．①为电流表，②为电压表

B．

C．仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率减少

D．凌晨时分，用户家的灯将变得更暗

8．（2022·北京东城·三模）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均可视为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则（　　）

A．

B．输电线损失的电功率为

C．提高输送电压，则输电线电流增大

D．电厂输送电功率为

二、多选题

9．（2022·福建·福州三中模拟预测）如图所示为某种电吹风机电路图，图中a、b、c、d为四个固定触点。绕O点转动的扇形金属触片P，可同时接触两个触点，触片P位于不同位置时，吹风机可处于停机、吹冷风和吹热风三种状态。已知电吹风吹冷风时的输入功率为60W，小风扇的额定电压为60V，正常工作时小风扇的输出功率为52W，变压器为理想变压器，则下列说法中正确的是（　　）

A．当扇形金属触片P与触点c、d接触时，电吹风吹冷风

B．小风扇正常工作时的电流为2A

C．小风扇的内阻为

D．变压器原、副线圈的匝数比为

10．（2022·河南·濮阳一高模拟预测）如图所示为远距离输电的简易图，M和N为现想升压变压器和理想降压变压器，已知变压器M的原、副线圈匝数比为k，变压器N的原、副线圈匝数比为，交压器M原、副线圈两端的电压分别为，，变压器N原，副线圈两端的电压分别为、，发电厂输出电压恒定，输电线的总电阻为r。则下列说法正确的是（　　）

A．

B．流过变压器M原线圈的电流等于流过变压器N副线圈的电流

C．用户增多，、均不变，、均减小

D．用户增多，输电线消耗的电功率减小