第2講變壓器電能的輸送實(shí)驗(yàn)15：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系第十三章交變電流電磁波傳感器目標(biāo)要求1.掌握探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的原理和操作，了解實(shí)驗(yàn)誤差。2.掌握變壓器的規(guī)律，會(huì)分析變壓器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題。3.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理，會(huì)計(jì)算輸電線的損失電壓、功率和輸送功率等。考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系考點(diǎn)2理想變壓器的原理及應(yīng)用內(nèi)容索引溫馨提示:點(diǎn)擊標(biāo)題鏈接相關(guān)內(nèi)容考點(diǎn)3理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析考點(diǎn)4遠(yuǎn)距離輸電實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)1必|備|知|識(shí)1.實(shí)驗(yàn)原理。(1)原理電路，如圖所示。

(2)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。①n1、U1一定，研究n2、U2的關(guān)系。②n2、U1一定，研究n1、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)、可拆變壓器、多用電表，導(dǎo)線若干。3.實(shí)驗(yàn)過(guò)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(duì)副線圈電壓U2的影響。(2)保持副線圈的匝數(shù)n2和電壓U1不變，改變?cè)€圈的匝數(shù)n1，研究n1對(duì)副線圈電壓U2的影響。4.數(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)為了人身安全，只能使用低壓交流電源，通電時(shí)不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。(2)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量?！镜淅?】

(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測(cè)量了A、B線圈的電阻值，指針?lè)謩e對(duì)應(yīng)圖乙中的a、b位置，則A線圈的電阻為

Ω，由此可推斷

(填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多。

24A關(guān)|鍵|能|力(2)如果把它看作理想變壓器，現(xiàn)要測(cè)量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長(zhǎng)的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)步驟的填空：①用絕緣導(dǎo)線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈；②將

(填“A”或“B”)線圈與低壓交流電源相連接；

③用多用電表的

擋分別測(cè)量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U；

④A線圈的匝數(shù)為

。

A交流電壓

解析理想變壓器的原理及應(yīng)用贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)2必|備|知|識(shí)1.構(gòu)造和原理。(1)構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由

和繞在鐵芯上的

組成的。(2)原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。閉合鐵芯兩個(gè)線圈

P入=P出

U2I2+U3I3+…+UnIn3.兩種特殊的變壓器。(1)自耦變壓器：自耦變壓器又稱調(diào)壓器，它只有一個(gè)線圈，其中的一部分作為另一個(gè)線圈，當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí)，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用，如圖所示。(2)互感器：分為電壓互感器和電流互感器，兩者比較如下。類別電壓互感器電流互感器原理圖

原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在交流電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯優(yōu)樾‰娏骼玫墓?I1n1=I2n2

關(guān)|鍵|能|力1.理想變壓器的制約關(guān)系。電壓原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2，U2=U1功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入，P入=P出電流副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1，I1=I2

考向1

變壓器基本物理量的關(guān)系【典例2】

(多選)(2024·海南卷)電動(dòng)汽車充電站變壓器輸入電壓為10kV，輸出電壓為220V，每個(gè)充電樁輸入電流16A，設(shè)原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，輸入正弦交流的頻率為50Hz，下列說(shuō)法正確的是(

)A.交流電的周期為0.02sB.原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=11∶500C.輸出的最大電壓為220VD.若10臺(tái)充電樁同時(shí)使用，輸入功率為35.2kW

解析考向2

原線圈接入用電器的變壓器問(wèn)題【典例3】在如圖所示的電路中，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，四個(gè)完全相同的燈泡額定電壓為U，若已知燈泡L3和L4恰能正常工作，那么(

)A.L1和L2不能正常工作B.輸入端電壓U0=4UC.若減小輸入端電壓U0，則L1和L2變得更亮D.因原線圈連接有燈泡，所以原線圈輸入功率不等于副線圈輸出功率設(shè)燈泡的額定電流為I，由于L3和L4恰能正常工作，副線圈的電流為2I，由于變壓器電流與匝數(shù)成反比，可知原線圈的電流為I，L1和L2與原線圈串聯(lián)電流為I，能正常工作，A項(xiàng)錯(cuò)誤；燈泡的額定電壓為U，變壓器電壓與匝數(shù)成正比，可知原線圈兩端電壓為2U,L1和L2正常工作，兩端的電壓均為U，故輸入端電壓為U0=4U，B項(xiàng)正確；若減小輸入端電壓U0，則變壓器原線圈電壓減小，副線圈電壓減小，副線圈電流減小，導(dǎo)致原線圈電流減小，故L1和L2變暗，C項(xiàng)錯(cuò)誤；理想變壓器原線圈輸入功率等于副線圈輸出功率，D項(xiàng)錯(cuò)誤。解析考向3

副線圈有多組的理想變壓器【典例4】如圖所示為帶有照明系統(tǒng)的電動(dòng)裝置電路，理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1=220匝，副線圈匝數(shù)n2=50匝、n3=28匝，原線圈兩端接入電壓有效值為220V的交變電源，兩副線圈分別連接電動(dòng)機(jī)M和燈泡L，電動(dòng)機(jī)M線圈的電阻為5Ω，燈泡L的電阻為28Ω。開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)M和燈泡L都正常工作，理想電流表的示數(shù)為0.4A。下列說(shuō)法正確的是(

)A.開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)M中的電流為10AB.開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)M中的電流為1.76AC.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，電動(dòng)機(jī)M的總功率為60WD.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)前后，電流表的示數(shù)不變

解析仍為PM=60

W，又由PM=U2I得電動(dòng)機(jī)M中的電流I=1.2

A，A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，電動(dòng)機(jī)消耗的功率不變，燈泡消耗的功率為0，由能量守恒定律可知，變壓器的輸入功率減小，輸入電壓恒為220

V不變，因此輸入電流減小，即電流表的示數(shù)減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。解析理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)3考向1

匝數(shù)比不變的情形匝數(shù)比不變的情況(如圖)。關(guān)|鍵|能|力

【典例5】有一理想變壓器如圖甲所示，原、副線圈匝數(shù)比為11∶4，原線圈接入如圖乙所示的交流電壓，回路中的燈泡L的額定電壓為18V，燈泡正常工作時(shí)的電阻RL=12Ω，定值電阻R1=11Ω，R2=8Ω，滑動(dòng)變阻器最大阻值50Ω，為保證燈泡不被燒壞，則滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為(

)A.不超過(guò)28Ω B.不小于28ΩC.不超過(guò)24Ω D.不小于24Ω

解析

解析考向2

負(fù)載電阻不變的情形負(fù)載電阻不變的情況(如圖)。

【典例6】

(多選)(2024·全國(guó)甲卷)如圖，理想變壓器的副線圈接入電路的匝數(shù)可通過(guò)滑動(dòng)觸頭T調(diào)節(jié)，副線圈回路接有滑動(dòng)變阻器R、定值電阻R0和R1、開(kāi)關(guān)S。S處于閉合狀態(tài)，在原線圈電壓U0不變的情況下，為提高R1的熱功率，可以(

)A.保持T不動(dòng)，滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)B.將T向b端移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器R的滑片位置不變C.將T向a端移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)D.將T向b端移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器R的滑片向e端滑動(dòng)保持T不動(dòng)，根據(jù)理想變壓器的電壓比可知副線圈兩端電壓不變，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)時(shí)，R與R1串聯(lián)后的總電阻減小，電流增大，根據(jù)P=I2R1，此時(shí)熱功率增大，A項(xiàng)正確；將T向b端移動(dòng)，副線圈匝數(shù)變小，副線圈兩端電壓變小，滑動(dòng)變阻器R的滑片位置不變時(shí)，通過(guò)R1的電流減小，熱功率減小，B項(xiàng)錯(cuò)誤；將T向a端移動(dòng)，副線圈匝數(shù)增加，副線圈兩端電壓變大，滑動(dòng)變阻器R解析的滑片向f端滑動(dòng)，R與R1串聯(lián)后的總電阻減小，電流增大，此時(shí)熱功率增大，C項(xiàng)正確；將T向b端移動(dòng)，副線圈匝數(shù)減少，副線圈兩端電壓變小，滑動(dòng)變阻器R的滑片向e端滑動(dòng)，R與R1串聯(lián)后的總電阻增大，電流減小，此時(shí)熱功率減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。解析遠(yuǎn)距離輸電贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)4必|備|知|識(shí)如圖所示，若發(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)增大輸電線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失(

)(2)高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的熱損耗(

)關(guān)|鍵|能|力1.理清三個(gè)回路。遠(yuǎn)距離輸電電網(wǎng)間的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。輸電過(guò)程的電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路，即電源回路、輸送回路和用戶回路。在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源，每個(gè)回路均可應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律,而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系則是聯(lián)系不同回路的橋梁。

3.用好能量守恒定律。發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)導(dǎo)線將能量輸送給線圈1，線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量，在輸送過(guò)程中，先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分，剩余的絕大部分通過(guò)降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗，所以其能量關(guān)系為P1=P線損+P用戶。【典例7】

(2024·湖南卷)根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，截止到2023年9月，我國(guó)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(guó)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(dòng),升、降壓變壓器均為理想變壓器，輸電線路上的總電阻可簡(jiǎn)化為一個(gè)定值電阻R0。當(dāng)用戶端接一