第26讲　变压器电能的输送（原卷版）_04高考物理_通用版（老高考）复习资料_2024年复习资料_完2024年高考物理一轮考点复习精讲精练（全国通用）

第 26 讲 变压器 电能的输送 目录 考点一 理想变压器基本关系的应用...........................................................................................1 考点二 理想变压器的动态分析...................................................................................................1 考点三 远距离输电问题...............................................................................................................4 练出高分...........................................................................................................................................7 考点一 理想变压器基本关系的应用 1．基本关系式 (1)功率关系：P ＝ P 入 出． (2)电压关系：只有一个副线圈时，＝；有多个副线圈时，＝＝＝…. (3)电流关系：只有一个副线圈时，＝. 由P ＝P 及P＝UI推出有多个副线圈时，UI＝UI ＋ U I ＋ … . 入 出 1 1 2 2 3 3 2．制约关系 (1)电压：副线圈电压U 由原线圈电压U 和匝数比决定． 2 1 (2)功率：原线圈的输入功率P 由副线圈的输出功率P 决定． 1 2 (3)电流：原线圈电流I 由副线圈电流I 和匝数比决定． 1 2 [例题1] （2023•南京二模）理想环形变压器示意图如图甲所示，原线圈两端的电 压随时间变化的关系图像如图乙所示，U ＝220√2V，副线圈接一“12V 22W”的电 m 灯，恰好正常发光，图中电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（ ） A．原、副线圈的磁通量变化率之比为55：3 B．电流表的读数为0.1A C．t＝5×10﹣3s时，电压表示数为零 D．若电压表改为非理想电表，电流表示数会变小 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分1 百】[例题2] （2023•福州模拟）如图所示，一圆形线圈在水平方向的匀强磁场中绕竖 直方向的轴匀速转动，通过电刷与理想变压器原线圈相连，图示时刻圆形线圈平面与 磁感线平行，R 为定值电阻，不计圆形线圈电阻，电压表为理想交流电表，则 （ ） A．图示时刻，电压表的读数为0 1 1 B．若仅将圆形线圈匝数减少为原来的 ，R两端电压减小为原来的 2 2 1 1 C．若仅将圆形线圈转速减少为原来的 ，R消耗的电功率减小为原来的 2 2 1 1 D．若仅将变压器原线圈匝数减少为原来的 ，通过R的电流减小为原来的 2 2 [例题3] 如图甲所示，与理想变压器连接的矩形金属线框（电阻不计）绕与磁感 线垂直的轴在匀强磁场中匀速转动，输出的交变电流的电压随时间变化的图像如图乙 所示。已知变压器原、副线圈匝数之比为1：5，定值电阻R ＝10R ，下列说法正确的 2 1 是（ ） A．t＝0.01s时，穿过线框的磁通量最大 B．1s内流过电阻R 的电流方向改变50次 2 C．若让线圈转动的角速度减半，则电阻R 消耗的电功率减半 1 D．电压表示数为30V [例题4] （2023•台州二模）如图所示为手机的无线充电原理示意图。正常工作状 态下，输入电压为220V时，接收线圈的电压为8V。已知发射线圈的匝数为1100匝， 装置的磁通量损耗约为20%。下列说法正确的是（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分2 百】A．接收线圈的匝数为40匝 B．两线圈中交变电流的频率不相同 C．让手机略微远离充电装置，接收线圈的电压不变 D．相比有线充电器，该装置能量损耗率更高 [例题5] （2023•西城区一模）如图1，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个 线圈组成的。如图2，原线圈与交流电源连接，副线圈与负载R连接。已知，原、副 线圈的匝数分别为n 、n ，原线圈的输入功率为P 、电压为U 、电流为I 、频率为 1 2 1 1 1 f ，副线圈的输出功率为P 、电压为U 、电流为I 、频率为f 。下列说法正确的是（ 1 2 2 2 2 ） A．若变压器为理想变压器，且n ＞n ，则U ＞U ，f ＞f 1 2 1 2 1 2 B．若变压器为理想变压器，且n ＜n ，则I ＜I ，f ＝f 1 2 1 2 1 2 C．若仅考虑I 产生的磁场不能完全局限在铁芯内，则P ＞P 1 1 2 I n D．若仅考虑变压器线圈通过电流时会发热，则 1＜ 2 I n 2 1 考点二 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5所示) (1)U 不变，根据＝，输入电压U 决定输出电压U，不论负载电阻R如何变化，U 不变． 1 1 2 2 (2)当负载电阻发生变化时，I 变化，输出电流I 决定输入电流I，故I 发生变化． 2 2 1 1 (3)I 变化引起P 变化，P＝P，故P 发生变化． 2 2 1 2 1 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分3 百】图5 图6 2．负载电阻不变的情况(如图6所示) (1)U 不变，发生变化，故U 变化． 1 2 (2)R不变，U 变化，故I 发生变化． 2 2 (3)根据P＝，P 发生变化，再根据P＝P，故P 变化，P＝UI，U 不变，故I 发生变化． 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 [例题6] （2023•永州三模）如图甲所示，ab两点间接入电压如图乙变化的交流 电源，电阻R ＝10 ，滑动变阻器R 初始状态电阻为10 ，理想变压器原、副线圈匝 1 2 数比为2：1，则（ ） Ω Ω A．若滑动变阻器R ＝10 时，电流表示数为4.4A 2 B．若滑动变阻器滑片向右 Ω 移动时，R 1 的功率逐渐增大 C．若改变滑动变阻器R 阻值，使R 的功率最大时，此时R ＝10 2 2 2 10 D．若保持滑动变阻器R = Ω不变，只改变原副线圈匝数比，使 Ω R 功率最大时，原 2 9 2 副线圈匝数比为3：1 [例题7] （2023•邯郸二模）如图甲所示含有理想变压器的电路中，电阻 R 、R 1 2 的阻值分别为2 、3 ，电流表A 、A 和电压表V 、V 均为理想交流电表，变压器原、 1 2 1 2 副线圈匝数比为 2：1，a、b两端接如图乙所示的交流电时，下列说法正确的是 Ω Ω （ ） A．a、b端电压的瞬时值表达式为u=220√2sin50πt(V) B．电压表V 、V 示数之比为7：3 1 2 C．若增大电阻R ，则R 消耗的电功率变大 1 2 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分4 百】D．若增大原、副线圈匝数比，则电流表A 示数变大 1 [例题8] （2023•甘肃模拟）如图所示，理想降压变压器原线圈接入电压有效值不 变的正弦交变电流，电阻R 、R 、R 、R 为定值电阻，电表均视为理想交流电表，初 1 2 3 4 始时开关S闭合，下列说法正确的是（ ） A．断开开关S后，电压表V 的示数不变 2 B．断开开关S后，原、副线圈的电流都增大 C．断开开关S后，整个副线圈回路消耗的总功率不变 D．断开开关S后，电阻R 的功率减小，电阻R 的功率增大 1 2 [例题9] （2023•淄博一模）心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的 仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压U 会随着心跳频率发生 1 变化。如图所示，心电仪与一理想变压器的初级线圈相连接，扬声器（等效为一个定 值电阻）与一滑动变阻器连接在该变压器的次级线圈。则（ ） A．保持滑动变阻器滑片P不动，当U 变小时，扬声器的功率变大 1 B．保持滑动变阻器滑片P不动，当U 变小时，原线圈电流I 变小 1 1 C．若保持U 不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，扬声器获得的功率增大 1 D．若保持U 不变，将滑动变阻器滑片P向右滑，副线圈的电流I 增大 1 2 [例题10]（多选）（2023•河东区一模）如图所示，有一矩形线圈的面积为S，匝 数为N，电阻不计，绕OO'轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度 做匀速转动，从图示位置开始计时。矩形线圈通过铜滑环接理想变压器原线圈，副线 ω 圈接有固定电阻R 和滑动变阻器R，所有电表均为理想交流电表，下列判断正确的是 0 （ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分5 百】A．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBS sin t NBSω B．矩形线圈从图示位置转过90°的时间内产生感应电动势的ω平ω均值为 2π C．当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电流表A 和A 示数都变小 1 2 D．当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电压表V 示数不变，V 的示数变大 2 3 考点三 远距离输电问题 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) 图11 (1)功率关系：P＝P，P＝P，P＝P ＋P. 1 2 3 4 2 损 3 (2)电压、电流关系：＝＝，＝＝，U＝ΔU＋U，I＝I＝I 2 3 2 3 线． (3)输电电流：I ＝＝＝. 线 (4)输电线上损耗的电功率：P ＝I ΔU＝IR ＝()2R 损 线 线 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. [例题11] （2023•辽宁模拟）图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高 的水电工程——白鹤滩水电站，是我国实施“西电东送”的大国重器，其发电量位居 全世界第二，仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图（b）所 示，如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，R表示输 电线电阻，则当用户功率增大时（ ） A．A 示数增大，A 示数减小 2 1 B．V 、V 示数都减小 1 2 C．输电线上的功率损失增大 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分6 百】D．V 、A 示数的乘积等于V 、A 示数的乘积 1 1 2 2 [例题12]（2023•温州模拟）我国已投产运行的1100kV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10 ，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4×103A时，下列说法正确的是（ ） Ω A．输送电功率为1.2×1010W 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1.6×107W，损失的电压为40kV D．若保持输送电功率不变，改用550kV输电，直流输电线上损失的功率为6.4×108W [例题13]（多选）（2023•湛江一模）图甲为某小型水电站的电能输送示意图，其 输入电压如图乙所示．输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n 、n ， 1 2 降压变压器原、副线圈匝数分别为n 、n （变压器均为理想变压器）。降压变压器右 3 4 侧部分为一火灾报警系统（报警器未画出），R 和R 为定值电阻，R为半导体热敏电 0 1 阻，其阻值随温度的升高而减小，下列说法正确的是（ ） n n A． 1＞ 3 n n 2 4 B．乙图中电压的瞬时值表达式为u＝250√2sin100 t（V） C．R处出现火警时，输电线上的电流增大 π D．R处出现火警时，电压表V的示数增大 [例题14]（多选）（2023•莆田模拟）近年来内地通过南方电网向香港输送电量约 1 占香港总用电量的 ，为香港经济社会发展注入了强劲动能。目前，南方电网通过 4 10kV线路跨境对港供电，到2025年，粤港两地将建成500kV输变电工程。如图所示 为粤港输电线路的原理图，当输电电压从10kV升高为500kV时，则（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分7 百】A．若输电功率不变，线路上的电流变为原来的50倍 1 B．若输电功率不变，线路的电阻不变，线路上损耗的功率变为原来的 2500 C．若线路中的电流不变，则输电功率变为原来的50倍 D．若线路中的电流不变，则香港用户的功率变为原来的50倍 [例题15]一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U 一定，通过理想升压变压 1 器T 和理想降压变压器T 向远处用户供电，如图所示。输电线的总电阻为 R，T 的 1 2 1 输入电压和输入功率分别为U 和P ，它的输出电压和输出功率分别为U 和P ，T 的 1 1 2 2 2 输入电压和输入功率分别为U 和P ，它的输出电压和输出功率分别为U 和P ，下列 3 3 4 4 说法正确的是（ ） A．当用户使用的电器增加时，I 、I 、I 均变小 2 3 4 B．降压变压器T 原、副线圈的电压U 、U 随用户使用电器的增加而减小 2 3 4 P2R 3 C．输电线上损失的功率为 ，且随用户使用的电器增加而减小 U2 3 n 1 D．要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比 ，同时应减小降压变压器的匝数 n 2 n 3 比 n 4 [例题16]（2022•大连二模）如图所示，线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的 电动势e＝111√2sin100 t（V）。线圈与理想升压变压器相连进行远距离输电，理想 降压变压器的原、副线圈匝数之比为25：10，降压变压器副线圈接入一台电动机，电 π 动机恰好正常工作，且电动机两端电压为220V，输入功率为1100W，电动机内阻为 10 ，输电线路总电阻为25 ，线圈及其余导线电阻不计，电表均为理想电表，则下 列说法正确的是（ ） Ω Ω 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分8 百】A．图示位置线圈处于中性面 B．图示位置时电压表示数为111√2V C．电动机输出的机械功率为850W D．输电线路损失的电功率为375W [例题17]（2022•未央区校级二模）白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装 16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28 日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，用500千伏特高压向四川远距离输电。在远距 离输电中，输电线的电阻是不可忽略的，如图，为白鹤滩水电站输电线路原理图，水 电站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U后向四川供电，输送的总功率为P。 用户端理想变压器原副线圈匝数分别为n 、n ，R 为输电线总电阻，R 为不断电用户 1 2 1 2 电阻（可视为定值电阻），R为可变用户电阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R减 小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为ΔU、ΔI，电压表和电流表均为理想 电表，下列说法正确的是（ ） ΔU A． =R ΔI 2 ΔU n B． =( 2 ) 2R ΔI n 1 1 n C．对于原线圈回路，虚线框所圈部分的等效电阻为R'= 1 (R +R) n 2 2 R D．输电线路上损耗的功率为P = 1 P 损 R +R +R 1 2 练出高分 一．选择题（共10小题） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分9 百】1．（2023•市中区校级一模）如图所示，理想变压器原线圈电源电压 U ＝3300V，副线圈 1 两端电压U ＝220V，输出端连有完全相同的两个灯泡L 和L ，单匝线圈绕过铁芯连接 2 1 2 交流电压表，电压表的示数为3V，当开关S断开时，电流表A 的示数是15A。电表均 2 为理想电表。下列说法正确的是（ ） A．原线圈匝数为75匝 B．当开关S断开时，电流表A 的示数为2A 1 C．当开关S闭合时，电流表A 的示数变小 1 D．当开关S闭合时，电流表A 的示数是30A 2 2．（2023•山东模拟）如图所示的电路中，a、b接在电压有效值恒定的正弦交变电源上， 理想变压器的原、副线圈匝数比n ：n ＝2：1，A，V均为理想交流电表，R 、R 、R 1 2 1 2 3 为三个阻值均为R的定值电阻。开关S闭合时，电压表示数为U ，电流表示数为I ；S 1 1 U −U 2 1 断开后，电压表示数为U ，电流表示数为I 。则 的值为（ ） 2 2 I −I 1 2 R R A． B． C．R D．2R 4 2 3．（2023•鞍山模拟）如图所示。理想变压器的原线圈a、b两端接输出电压恒定的正弦交 流电，副线圈c、d两端通过输电线接两只相同的灯泡 L 和L ，输电线的等效电阻为 1 2 R，在图示状态开关S是断开的，当开关S闭合时下列判断正确的是（ ） 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分10百】A．副线圈c、d两端的电压减小 B．原线圈a、b两端的电压增大 C．灯泡L 两端的电压减小 1 D．等效电阻R两端的电压不变 4．（2023•天津一模）如图所示，在远距离输电电路中，升压变压器和降压变压器均可视 为理想变压器，其中降压变压器原副线圈的匝数比n ：n ＝100：1，输电线上的总电阻 3 4 R＝10 ，输电线上损的功率ΔP＝40W，用户两端的电压U ＝220V，则下列说法正确的 4 是（ ） Ω A．输电线上通过的电流为4A B．升压变压器的输出电压为22kV C．发电机的输出功率为66kW D．用户消耗的功率为44kW 5．（2023•辽宁模拟）图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电工程—— 白鹤滩水电站，是我国实施“西电东送”的大国重器，其发电量位居全世界第二，仅次 于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图（b）所示，如果升压变压器 与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，R表示输电线电阻，则当用户功 率增大时（ ） A．A 示数增大，A 示数减小 2 1 B．V 、V 示数都减小 1 2 C．输电线上的功率损失增大 D．V 、A 示数的乘积等于V 、A 示数的乘积 1 1 2 2 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分11百】6．（2023•徐州模拟）随着经济发展，加之寒冬来临，用电需求增加，当火力发电供应紧 张时，通过远距离调度方式，会及时将其他地区的风力发电、太阳能发电并入电网保障 电力供应。如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，两个变压器均 为理想变压器。当用户用电器增加（假设所有用电器均可视为纯电阻），电网中数据发 生变化，下列说法正确的是（ ） A．降压变压器的输出电流I 减小 4 B．输电线上损失的功率减小 C．升压变压器的输出电压U 增大 2 D．发电厂输出的总功率增大 7．（2023•和平区校级模拟）图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电工 程“白鹤滩水电站”，是我国实施“西电东送”的大国重器，其发电量位居全世界第二， 仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图（b）所示，如果升压变 压器与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，R表示输电线电阻，则当用 户功率增大时（ ） A．A 示数增大，A 示数减小 2 1 B．V 示数不变、V 示数减小 1 2 C．输电线上的功率损失减小 D．V 、A 示数的乘积等于V 、A 示数的乘积 1 1 2 2 8．（2023•广陵区校级一模）如图所示为远距离输电原理图，变压器 T 、T 为理想变压器， 1 2 T 原、副线圈的匝数比为1：10，T 原、副线圈的匝数比为10：1，发电机的输出功率 1 2 为P，输出电压为U，用电器R 两端的电压为0.98U，则输电线的电阻R为（ ） 0 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分12百】U2 2U2 0.2U2 0.5U2 A． B． C． D． P P P P 9．（2022•重庆模拟）2021年下半年，东北一些地区、一些时段实行了限电、停电，引起 人们对输电、用电、节能的关注。某电站的电能输送示意图如图所示，升压变压器与降 n 压变压器间输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数之比 1=m，降压变压器原、 n 2 n 副线圈匝数之比 3= k。变压器均为理想变压器，如果发电机的输出电压为U ，用户输 n 1 4 入端电压为U ，用户消耗电功率为P，则输电线上消耗电功率为（ ） 2 P mP P kP A．( ) 2r B．( ) 2r C．( ) 2r D．( ) 2r mU U kU U 1 1 2 2 10．（2023•广州二模）如图甲所示的黑光灯利用紫色光引诱害虫飞近高压电网罩米击杀害 虫.图乙是黑光灯高压电网罩的工作电路，变压器将有效值为220V的交变电压变成高压， 当高压电网罩的电压峰值达到3110V时，可击杀害虫，则变压器的匝数比n ：n 为（ ₁ ₂ ） A．1：10 B．1：20 C．22：311 D．311：22 二．计算题（共2小题） 11．（2023•重庆模拟）如图甲所示，发电机的输出电压为220V，输出功率为44kW，每条 输电线电阻为0.2 ，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果如图乙所示，发电机先 用变压比为1：10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线且经变压比为10：1的降 Ω 压变压器降压后再供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？ 12．（2022•丹阳市校级三模）如图甲所示为某一发电机的实物模型，其工作原理可简化为 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分13百】√2 如图乙所示：强磁场的磁感应强度大小为 T，矩形线圈的总电阻为0.3 、匝数为50 2 匝、面积为0.2m2，可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动．现将该发电机接在 Ω 理想变压器 的原线圈上，副线圈接有规格均为“220V，110W”的灯泡L 、L ，如图丙所示，现在 1 2 使发电机匀速转动，使两灯泡均正常发光，已知理想变压器的原副线圈匝数之比为1： 10，电压表为理想交流电表，其余电阻均不计。求： （1）理想交流电压表的读数； （2）手摇发电机匀速转动的角速度。 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分14百】