簡潔實(shí)用高效第十三章交變電流電磁波傳感器第2講變壓器電能的輸送實(shí)驗(yàn)十五：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系物理內(nèi)容索引必備知識梳理關(guān)鍵能力提升第一部分第二部分考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)十五：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系考點(diǎn)二理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用0102考點(diǎn)三理想變壓器的動態(tài)分析03課時作業(yè)第三部分04考點(diǎn)四遠(yuǎn)距離輸電必備知識梳理第分部一自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)回扣1．理想變壓器(1)構(gòu)造如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的________組成的。①原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫____線圈。②副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫____線圈。兩個線圈初級次級(2)原理：________的____現(xiàn)象。(3)理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系功率關(guān)系：根據(jù)能量守恒可得：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，即P入＝______。電磁感應(yīng)互感P出(4)幾種常用的變壓器①自耦變壓器——調(diào)壓變壓器，如圖甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示。②互感器低電壓2．電能的輸送如圖所示，發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶的電壓為U′，輸電電流為I，輸電線總電阻為R。(1)輸電電流(2)電壓損失①ΔU＝U－U′。②ΔU＝____。(3)功率損失①ΔP＝P－P′。②ΔP＝_______＝______。IRI2R橫截面積電阻率小輸電電壓

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請仔細(xì)閱讀人教版教材選擇性必修第二冊P61“科學(xué)漫步”——無線充電技術(shù)，回答下列問題。無線手機(jī)充電技術(shù)的應(yīng)用，讓手機(jī)擺脫了“充電線”的牽制，手機(jī)使用者做到了“隨用隨拿，隨放隨充”。正在無線充電的手機(jī)無線充電器簡化示意圖如右，其工作原理與理想變壓器相同。已知發(fā)射線圈與接收線圈的匝數(shù)比為5∶1，CD端的輸出電流i＝sin(2π×105)t(A)，則：(1)1s內(nèi)發(fā)射線圈中電流方向改變多少次？提示：一個周期內(nèi)發(fā)射線圈中電流方向改變2次，則1s內(nèi)電流方向改變2×105次；(2)發(fā)射線圈AB端輸入電流的有效值為多少？(3)接收線圈的輸出功率與發(fā)射線圈的輸入功率之比是多少？提示：接收線圈的輸出功率與發(fā)射線圈的輸入功率之比為1∶1。1．變壓器對交變電流起作用，對恒定電流不起作用。(

)2．變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率。(

)3．原線圈所加電壓恒定，當(dāng)原線圈的匝數(shù)增加時，副線圈兩端電壓也增加。(

)4．增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。(

)5．高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的熱損耗。(

)概念辨析√××√√關(guān)鍵能力提升第分部二互動探究·考點(diǎn)精講考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)十五：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系1．實(shí)驗(yàn)原理(1)實(shí)驗(yàn)電路圖(如圖所示)：(2)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法①n1、U1一定，研究n2和U2的關(guān)系。②n2、U1一定，研究n1和U2的關(guān)系。2．實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(低壓交流電源，小于12V)1個、可拆變壓器1個、多用電表1個、開關(guān)1個、導(dǎo)線若干。3．實(shí)驗(yàn)過程(1)保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對副線圈電壓U2的影響。①估計(jì)被測電壓的大致范圍，選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程，若不知道被測電壓的大致范圍，則應(yīng)選擇交流電壓擋的最大量程進(jìn)行試測。②組裝可拆變壓器：把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯，用交流電壓擋測量輸入、輸出電壓。(2)保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對副線圈電壓的影響。重復(fù)(1)中步驟。4．?dāng)?shù)據(jù)處理由數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2之比的關(guān)系。5．注意事項(xiàng)(1)在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開電源開關(guān)，再進(jìn)行操作。(2)為了人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12V，通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱。(3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。【典例1】在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，小型可拆變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n1＝120、n2＝240，某實(shí)驗(yàn)小組在原線圈兩端依次加上不同的電壓，用多用電表的交流電壓擋分別測量原、副線圈兩端的電壓，數(shù)據(jù)見下表。1∶1.9(1)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在表格中算出U1、U2的比值，還有一組U1、U2的比值沒有算出，把求出的結(jié)果填在表格中。(2)本實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系為______(用題目中給出的字母表示)。(3)該變壓器是____(選填“升壓”或“降壓”)變壓器?！窘馕觥?/p>

從表格中的數(shù)據(jù)可知副線圈匝數(shù)多、電壓高，所以該變壓器是升壓變壓器。升壓1．某物理小組欲探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系，提供的實(shí)驗(yàn)器材有：學(xué)生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導(dǎo)線。對點(diǎn)演練圖甲為實(shí)驗(yàn)原理圖，在原線圈A、B兩端加上電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，測量數(shù)據(jù)見下表：實(shí)驗(yàn)序號原線圈匝數(shù)n1＝400，原線圈兩端電壓U1/V副線圈匝數(shù)n2＝200，副線圈兩端電壓U2/V副線圈匝數(shù)n3＝1400，副線圈兩端電壓U3/V15.82.920.328.04.028.1312.66.244.0請回答下列問題：(1)在圖乙中，應(yīng)將A、B分別與______(選填“a、b”或“c、d”)連接。解析：在“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，原線圈兩端應(yīng)接入交變電流，故應(yīng)將A、B分別與c、d連接。c、d(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈的電壓之比等于__________________。兩個線圈的匝數(shù)之比(3)在實(shí)驗(yàn)序號為2的測量中，若把圖丙中的可移動鐵芯取走，副線圈匝數(shù)n2＝200，則副線圈兩端電壓__(填正確答案標(biāo)號)。A．一定小于4.0VB．一定等于4.0VC．一定大于4.0V解析：若把題圖丙中的可移動鐵芯取走，磁損耗變大，原線圈中磁通量變化率比副線圈中磁通量變化率大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，副線圈兩端電壓一定小于4.0V。A考點(diǎn)二理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用1．理想變壓器的制約關(guān)系2.含有多個副線圈的變壓器計(jì)算具有兩個或兩個以上副線圈的變壓器問題時，需注意三個關(guān)系：功率關(guān)系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn；電流關(guān)系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn。C對點(diǎn)演練BBC考點(diǎn)三理想變壓器的動態(tài)分析1．匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時，I2變化，根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化。(3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1＝P2，可以判斷P1的變化。2．負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示)3．分析動態(tài)問題的步驟【典例3】

(多選)(2025·陜西西安六校高三聯(lián)考)如圖為理想的自耦變壓器，其中P為變壓器上的滑動觸頭，P′為滑動變阻器上的滑片，電流表為理想電表，若輸入電壓U1一定，則(

)A．P不動，P′向下滑動時，U2一直在減小B．P′不動，P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時，U1和U2的比值增大C．P′不動，P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時，電流表讀數(shù)在增大D．P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度，同時P′向下滑動時，小燈泡的亮度可以不變BD4．某住宅小區(qū)變壓器給住戶供電的電路示意圖如圖所示，圖中R為輸電線的總電阻。若變壓器視為理想變壓器，所有電表視為理想電表，不考慮變壓器的輸入電壓隨負(fù)載變化，則當(dāng)住戶使用的用電器增加時，圖中各電表的示數(shù)變化情況是(

)A．A1增大，V2不變，V3增大B．A1增大，V2減小，V3增大C．A2增大，V2增大，V3減小D．A2增大，V2不變，V3減小對點(diǎn)演練D5．(多選)(2024·山東聊城高三質(zhì)檢)如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1，b是原線圈的中心抽頭，S為單刀雙擲開關(guān)，定值電阻R1、R2的阻值均為10Ω。在原線圈c、d兩端加上圖乙所示的交變電壓，下列說法正確的是(

)A．當(dāng)S與a連接時，理想電流表示數(shù)為2.2AB．當(dāng)S與a連接時，理想電壓表示數(shù)為11VC．當(dāng)S由a撥到b時，副線圈輸出電壓的頻率變?yōu)?5HzD．當(dāng)S由a撥到b時，原線圈的輸入功率變?yōu)樵瓉淼?倍AD考點(diǎn)四遠(yuǎn)距離輸電1．明確三個回路(如圖所示)回路1：I1＝I輸入，U1＝U輸入，P1＝P輸入?；芈?：I2＝IR＝I3，U2＝U3＋ΔU，P2＝P3＋ΔP?；芈?：I4＝I輸出，U4＝U輸出，P4＝P輸出。2．抓住兩個聯(lián)系【典例4】

(2023·山東卷)某節(jié)能儲能輸電網(wǎng)絡(luò)如圖所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1＝250V，輸出功率500kW。降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝50∶1，輸電線總電阻R＝62.5Ω，其余線路電阻不計(jì)，用戶端電壓U4＝220V，功率88kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(

)A．發(fā)電機(jī)的輸出電流為368AB．輸電線上損失的功率為4.8kWC．輸送給儲能站的功率為408kWD．升壓變壓器的匝數(shù)比n1∶n2＝1∶44C輸電線路功率損失的四種計(jì)算方法(1)輸送功率是指升壓變壓器輸出的功率，損失功率是指由于輸電線發(fā)熱而消耗的功率。兩者關(guān)系是P損＝P－P′(P為輸送功率，P′為用戶所得功率)。規(guī)律方法6．(2023·天津卷)如圖為用輸電線為用戶輸電的情境，電路中升壓變壓器T1和降壓變壓器T2都認(rèn)為是理想變壓器，中間輸電電路電阻為R，發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒定，下列說法正確的是(

)A．T1輸出電壓與T2輸入電壓相等B．T1輸出功率大于T2輸入功率C．若用戶接入的用電器增多，則R功率降低D．若用戶接入的用電器增多，則T2輸出功率降低對點(diǎn)演練B解析：輸電過程中，電阻R兩端有電勢差，故T1輸出電壓大于T2輸入電壓，A錯誤；輸電過程中電阻R產(chǎn)生熱量，會損失功率，故T1輸出功率大于T2輸入功率，B正確；由于變壓器T1的輸入電壓和匝數(shù)比不變，所以T1輸出電壓U2不變，若用戶接入的用電器增多，則T2副線圈電路的總電阻減小，變壓器T2及其負(fù)載的等效電阻R等減小，由U2＝I(R＋R等)可知，輸電線中的電流變大，根據(jù)P損＝I2R可知R功率增大，故C錯誤；若用戶接入電路的用電器增多，則用電器消耗總功率增大，即T2輸出功率增大，故D錯誤。7．(2024·湖南卷)根據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)，截止到2023年9月，我國風(fēng)電裝機(jī)4億千瓦，連續(xù)13年居世界第一位，湖南在國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。某實(shí)驗(yàn)小組模擬風(fēng)力發(fā)電廠輸電網(wǎng)絡(luò)供電的裝置如圖所示。已知發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，升、降壓變壓器均為理想變壓器，輸電線路上的總電阻可簡化為一個定值電阻R0。當(dāng)用戶端接一個定值電阻R時，R0上消耗的功率為P。不計(jì)其余電阻，下列說法正確的是(

)AA．風(fēng)速增加，若轉(zhuǎn)子角速度增加一倍，則R0上消耗的功率為4PB．輸電線路距離增加，若R0阻值增加一倍，則R0消耗的功率為4PC．若升壓變壓器的副線圈匝數(shù)增加一倍，則R0上消耗的功率為8PD．若在用戶端再并聯(lián)一個完全相同的電阻R，則R0上消耗的功率為6P課時作業(yè)66第分部三1．(5分)(2023·浙江6月選考)我國1100kV特高壓直流輸電工程的送電端用“整流”設(shè)備將交流變換成直流，用戶端用“逆變”設(shè)備再將直流變換成交流。下列說法正確的是(

)A．送電端先升壓再整流B．用戶端先降壓再變交流C．1100kV是指交流電的最大值D．輸電功率由送電端電壓決定A解析：因?yàn)樽儔浩鞯妮斎?、輸出端必須是交變電流，所以送電端先使用交流電升壓，再用“整流”設(shè)備把交流電變換成直流電，A正確；降壓端應(yīng)先將直流電逆變?yōu)榻涣麟娫俳祲?，B錯誤；1100kV指的是交流電的有效值，C錯誤；根據(jù)能量守恒，輸電功率由用戶端的功率決定，而用戶端的電壓為220V，因此用戶端功率由用戶端電流決定，即輸電功率取決于用戶端的電流大小，D錯誤。A3．(5分)(多選)如圖所示，L1和L2是輸電線，甲、乙是兩個互感器(可視為理想變壓器)，其中的線圈匝數(shù)關(guān)系為n1∶n2＝200∶1，n3∶n4＝1∶100，電流表和電壓表均為理想交流電表。下列說法正確的是(

)A．甲是電流互感器，乙是電壓互感器B．甲是電壓互感器，乙是電流互感器C.若V表示數(shù)為30V，則輸電線兩端的電壓最大值為6000VD．若A表示數(shù)為5A，則通過輸電線的電流有效值為500ABD4．(5分)(2023·北京卷)自制一個原、副線圈匝數(shù)分別為600匝和190匝的變壓器，原線圈接12V的正弦交流電源，副線圈接額定電壓為3.8V的小燈泡。實(shí)際測得小燈泡兩端電壓為2.5V。下列措施有可能使小燈泡正常發(fā)光的是(

)A．僅增加原線圈匝數(shù)B．僅增加副線圈匝數(shù)C．將原、副線圈匝數(shù)都增為原來的兩倍D．將兩個3.8V小燈泡并聯(lián)起來接入副線圈B5．(5分)(多選)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A處采用550kV的超高壓向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP，到達(dá)B處時電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1100kV特高壓輸電。輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣′，到達(dá)B處時電壓下降了ΔU′。不考慮其他因素的影響，則(

)AD6．(5分)(多選)(2025·江西南昌高三檢測)如圖所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調(diào)節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，P為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦式交流電，則(

)A．保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變大B．保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變小C．保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變大D．保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變小BC7．(6分)在探究變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，小李同學(xué)采用了如圖所示的可拆式變壓器(鐵芯不閉合)進(jìn)行研究。(1)(多選)實(shí)驗(yàn)還需下列器材中的____。A．電流表B．多用電表C．低壓交流電源解析：實(shí)驗(yàn)中，變壓器的原線圈應(yīng)接在低壓交流電源上；為了知道原、副線圈兩端的電壓比和線圈匝數(shù)比之間的關(guān)系，還需要用多用電表測交流電壓。故選BC。BC(2)實(shí)驗(yàn)中，上圖中變壓器的原線圈接“0、8”接線柱，副線圈接線“0、4”接線柱，當(dāng)副線圈所接電表的示數(shù)為5.0V時，則所接電源電壓擋位可能為__。A．18.0V B．10.0VC．5.0V D．2.5VA8．(5分)(2024·浙江1月選考)如圖為某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的原理圖。直流電經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出u＝5sin100πt(V)的交流電，經(jīng)原、副線圈匝數(shù)分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10kV，就會在打火針和金屬板間引發(fā)電火花，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。下列說法正確的是(

)B9．(5分)如圖所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P＝100kW，發(fā)電機(jī)的電壓U1＝250V，經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻R線＝8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220V。已知輸電線上損失的功率P線＝5kW，假設(shè)兩個變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是(

)A．發(fā)電機(jī)輸出的電流I1＝40AB．輸電線上的電流I線＝625AC．降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝190∶11D．用戶得到的電流I4＝455ACA．副線圈中交流電頻率為100HzB．電流表示數(shù)為2AC．理想變壓器輸入功率為440WD．二極管的反向耐壓值應(yīng)大于110VB11．(5分)(2025·山東煙臺高三期中)在如圖所示的電路中，交流電源輸出50Hz、電壓有效值為220V的正弦式交流電，通過副線圈n2、n3分別向10只標(biāo)稱為“12V