文档内容
专题14.2 变压器 电能的输送【讲】
目录
一 讲核心素养............................................................................................................................................................1
二 讲必备知识............................................................................................................................................................1
【知识点一】理想变压器基本规律的应用......................................................................................................1
【知识点二】理想变压器的动态分析问题......................................................................................................3
【知识点三】远距离输电..................................................................................................................................6
三．讲关键能力........................................................................................................................................................13
【能力点一】会分析两种特殊的变压器模型................................................................................................13
【能力点二】会分析远距离输电电路两类动态电路问题............................................................................15
类型1 发电功率一定的动态分析问题.................................................................................................15
类型2 发电电压一定的动态分析问题.................................................................................................16
一 讲核心素养
物理观念：变压器、远距离输电。
1.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.
2.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率.
科学思维：“动态分析方法” “极值法”。
科学探究：传感器的特性及使用。
科学态度：发电机和电动机、电能的输送、生活中各种变压器的应用、传感器的使用。
二 讲必备知识
【知识点一】理想变压器基本规律的应用
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系
理想变压器 没有能量损失(铜损、铁损)，没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P ＝P
入 出
基
电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，U∶U＝n∶n，与负载的多少无关
1 2 1 2
本
只有一个副线圈时，I∶I ＝n∶n ；有多个副线圈时，由P ＝P 得IU ＝IU ＋
1 2 2 1 入 出 1 1 2 2
关 电流关系
IU＋…＋IU 或In＝In＋In＋…＋In
3 3 n n 1 1 2 2 3 3 n n
系
频率关系 f＝f(变压器不改变交流电的频率)
1 2
【例1】(2020·山东卷，5)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n∶n ＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时
1 2
间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R ＝10 Ω、R ＝5 Ω，
1 2
滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )A.1 Ω B.5 Ω
C.6 Ω D.8 Ω
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念和科学思维。
【技巧总结】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U、U、I、I 均为有效值。
1 2 1 2
【变式训练1】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
【变式训练2】．如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比 n∶n ＝22∶5，电阻R ＝R ＝25 Ω，D
1 2 1 2
为理想二极管，原线圈接u＝220sin(100πt)V的交流电，则( )
A．交流电的频率为100 Hz
B．通过R 的电流为1 A
2
C．通过R 的电流为 A
2
D．变压器的输入功率为200 W
【知识点二】理想变压器的动态分析问题
1．理想变压器的制约关系
制约关 电压 副线圈电压U 2 由原线圈电压U 1 和匝数比决定功率 原线圈的输入功率P 由副线圈的输出功率P 决定
入 出
系
电流 原线圈电流I 由副线圈电流I 和匝数比决定
1 2
2．两种情况
匝数比不变的情况 负载电阻不变的情况
(1)U 不变，根据＝，输入电压U 决定输出电压U，可以 (1)U 不变，发生变化，U 变化
1 1 2 1 2
得出不论负载电阻R如何变化，U 不变 (2)R不变，U 变化，I 发生变化
2 2 2
(2)当负载电阻发生变化时，I 变化，根据输出电流I 决定 (3)根据P＝和P＝P，可以判断P 变
2 2 2 1 2 2
输入电流I，可以判断I 的变化 化时，P 发生变化，U 不变时，I 发
1 1 1 1 1
(3)I 变化引起P 变化，根据P＝P，可以判断P 的变化 生变化
2 2 1 2 1
【例2】 (2021·山东济南市期末学习质量评估)理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图10所示，M、
N端连接一个稳压交流电源，三个相同灯泡L 、L 和L 接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动
1 2 3
时，下列说法正确的是( )
A.灯泡L 变亮，L 变暗 B.灯泡L、L 都变亮
1 2 1 2
C.灯泡L、L 都变亮 D.电源输出功率减小
2 3
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【技巧总结】含有变压器的动态电路问题的解题思路
【变式训练1】(多选)(2021·临沂市一模)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 20∶1，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L 和L 是两个完全相同的灯泡。原线圈接
1 2
入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是( )
甲 乙
A．交流电压的频率为50 Hz
B．电压表的示数为11 V
C．当照射R的光强增大时，电流表的示数变大
D．若L 的灯丝烧断后，电压表的示数会变小
1
【变式训练2】(多选)(2021·宁夏石嘴山市4月模拟)如图所示，理想变压器T的原线圈接在电压为U的交流
电源两端，P为滑动变阻器的滑片，R 为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，下列说法正确的是( )
T
A.P向左滑动时，变压器的输出电压变大
B.若P向左滑动时，R 阻值保持不变，则变压器的输入功率变大
T
C.若P保持不变，R 温度升高时，则灯L变暗
T
D.R 温度升高时，适当向右滑动P可能保持灯L亮度不变
T
【知识点三】远距离输电
远距离输电问题的“三二二”
1．理清三个回路
2．抓住两个联系
(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n)和线圈2(匝数为n)中
1 2
各个量间的关系是＝，＝，P＝P.
1 2
(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n)和线圈4(匝数为n)中
3 4各个量间的关系是＝，＝，P＝P.
3 4
3．掌握两种损耗
(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU＝U－U＝I R
2 3 线 线．
(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP＝P －P ＝IR 输电线上能量损耗是热损耗，计算功
2 3 线．
率损耗时用公式ΔP＝IR 或ΔP＝.
线
【例3】(多选)(2021·广西五市联考)如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压U 和输电线的电阻和理
1
想变压器匝数均不变，且n∶n＝ n∶n，当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是 ( )
1 2 4 3
A．用户的总电阻增大
B．用户端的电压U 减小
4
C．U∶U＝ U∶U
1 2 4 3
D．用户端增加的功率等于升压变压器多输入的功率
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【规律方法】远距离输电问题的解题技巧
(1)正确画出输电过程示意图，并在图上标出各物理量．
(2)抓住变压器变压前、后各量间的关系，求出输电线上的电流．
(3)计算输电线上的功率损失时常用关系式：ΔP＝I2R＝()2R.
(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定．
【变式训练1】(多选)(2020·全国卷Ⅱ，19)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。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550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电
功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。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1
100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影
响，则( )
A.ΔP′＝ΔP B.ΔP′＝ΔP
C.ΔU′＝ΔU D.ΔU′＝ΔU
【变式训练2】 (2021·1月江苏新高考适应性考试，7)小明分别按图甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，
将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中T 为理想升压变压器，T 为
1 2
理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中( )A.都接直流电源
B.A两端的电压相等
C.A损耗的功率相等
D.图甲中A的电流较大
【知识点三】实验：利用传感器制作简单的自动控制装置
一、热敏电阻的特性
1.实验原理
闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。
2.实验器材
半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水。
3.实验步骤
(1)按图1连接好电路。
(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。
(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的
阻值。
(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。
4.数据处理
在图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
5.实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。
6.注意事项
实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
二、光敏电阻的特性
1.实验原理
闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察。
2.实验器材
光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源。
3.实验步骤
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值
的情况，并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。
4.数据处理
根据记录数据分析光敏电阻的特性。
5.实验结论
(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。
(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
6.注意事项
(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻
上的光的多少来达到实验目的。
(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。
【例4】 (2021·1月湖北学业水平选择性考试模拟演练，12)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函
数。基于热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至 50 ℃时，系统开始
自动报警。所用器材有：
直流电源E(36 V，内阻不计)；
电流表(量程250 mA，内阻约0.1 Ω)；电压表(量程50 V，内阻约1 MΩ)；
热敏电阻R ；
T
报警器(内阻很小，流过的电流超过10 mA时就会报警，超过30 mA时就会损伤)；
滑动变阻器R(最大阻值4 000 Ω)；
1
电阻箱R(最大阻值9 999.9 Ω)；
2
单刀单掷开关S；
1
单刀双掷开关S；
2
导线若干。
(1)用图5a所示电路测量热敏电阻R 的阻值。当温度为27 ℃时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0
T
mA；当温度为50 ℃时，调节R，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图b所示。
1
温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为________ Ω。从实验原理上看，该方法测得的阻值比真实值略微
________(填“偏大”或“偏小”)。如果热敏电阻阻值随温度升高而变大，则其为正温度系数热敏电阻，
反之为负温度系数热敏电阻。基于以上实验数据可知，该热敏电阻 R 为________(填“正”或“负”)温度
T
系数热敏电阻。
(2)某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统，实物图连线如图c所示，其中有一个器件的导线连接
有误，该器件为________(填器件名称)。正确连接后，先使用电阻箱 R 进行调试，其阻值设置为
2
________Ω，滑动变阻器R 阻值从最大逐渐减小，直至报警器开始报警，此时滑动变阻器R 连入电路的阻
1 1
值为________ Ω。调试完毕后，再利用单刀双掷开关S 的选择性开关功能，把热敏电阻R 接入电路，可方
2 T
便实现调试系统和工作系统的切换。
c
【变式训练】(2021·1月辽宁普高校招生适应性测试，12)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化
的关系，设计了如图(a)所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻R 、小灯泡和刻
G度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表 ；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。
实验时，先按图(a)连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多
组数据如下表。
d/cm 8.50 10.00 12.00 13.50 15.00 17.00 18.50 20.00 22.00 23.50 25.00
U/mV 271.0 220.0 180.0 156.7 144.9 114.0 94.8 89.5 78.6 72.5 65.0
回答下列问题：
(1)光敏电阻阻值R 与电压表示数U的关系式为R ＝________(用E、r、R、U表示)；
G G
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U－d的非线性曲线：
(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而________(填“增大”或“减小”)；
(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光
敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图(c)所示电路，
则电路中________(填“R”或“R”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。
1 2
三．讲关键能力
【能力点一】会分析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：
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 连接电压表 连接电流表
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 ＝ In＝In
1 1 2 2
【例1】(2021·福建泉州市第一次质检)如图所示，T 、T 是监测交流高压输电参数的互感器(均视为理想变
1 2
压器)，T 的原、副线圈匝数比为1∶1 000， 、 是交流电压表或交流电流表，其中交流电压表两端的电
1
压为10 V，高压线路输送的电功率是2.2×103 kW、电压是22 kV，则( )
A. 是交流电压表
B.T 的原、副线圈匝数比为1 000∶1
2
C.通过交流电流表的电流为0. 1 A
D.绕制T 原线圈的导线应比副线圈的细
1
【变式训练】 (多选)(2021·江苏常州市上学期学业水平监测)如图所示，钳型电流表是一种穿心式电流互感
器，选择量程后，将一根通电导线夹入钳中，就可以读出导线中的电流。该电流表( )A.可以测直流电流
B.可以测交流电流
C.量程旋钮旋到大量程时接入电路的线圈匝数变多
D.量程旋钮旋到大量程时接入电路的线圈匝数变少
【能力点二】会分析远距离输电电路两类动态电路问题
类型1 发电功率一定的动态分析问题
【例2】(多选)如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为
1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为 100 Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统
原理图，其中R 为一定值电阻，R 为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表
1 2
V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW。下列说法
正确的是( )
甲 乙
A．降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 Hz
B．远距离输电线路损耗功率为180 kW
C．当出现火警时，电压表V的示数变小
D．当出现火警时，输电线上的电流变小
【变式训练】．(多选)如图所示为某小型发电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功
率P＝20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为 1∶10，电流表的示数为1 A，
输电线的总电阻r＝10 Ω。下列说法正确的是( )
A．采用高压输电可以增大输电线路中的电流
B．升压变压器的输出电压U＝2 000 V
2C．用户获得的功率为19 kW
D．将P下移，用户获得的电压将增大
类型2 发电电压一定的动态分析问题
【例3】如图所示为某小型发电站的输电示意图，发电站输出U＝220sin(100πt)V的交流电通过升压变压器
1
升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压器降压给用户供电。图中高压输电线部分总电阻为r，
负载端的电压表是理想电压表。下列有关描述正确的是( )
A．若开关S、S 都断开，则电压表示数为零
1 2
B．负载端所接收交流电的频率为25 Hz
C．深夜开灯时灯较亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故
D．用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度
【变式训练】．(多选)小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，该电压先通过发电站附近的升压变压
器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降压变压器降低电压后再输送至
各用户，如图所示。设变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，随着用电器增多，用户消耗的电功率
增加，下列说法正确的是( )
A．发电机的输出电流变小
B．高压输电线路的功率损失变大
C．降压变压器副线圈两端的电压变小
D．升压变压器副线圈两端的电压变大
