易错点27 变压器 电能的输送（解析版）-备战2022年高考物理典型易错题辨析与精练

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易错点 27 变压器 电能的输送
易错总结
一、变压器的原理　电压与匝数的关系
1．变压器的构造
变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图 1甲、乙所示．
图1
2．变压器的工作原理
(1)原理
互感现象是变压器工作的基础．电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化 ，
所以铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流．
(2)原理图解
3．变压器原、副线圈中的电压关系
(1)只有一个副线圈：＝；
(2)有多个副线圈：＝＝＝…
4．自耦变压器
铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之
则可以升高电压，如图 2所示．
图2
二、输送电能的基本要求
1．可靠：指供电线路可靠地工作，故障少．
2．保质：保证电能的质量——电压和频率稳定．
3．经济：指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少．
三、降低输电损耗的两个途径
1．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻．
2．降低输电损耗的两个途径
(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽
可能增加导线的横截面积．
(2)减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压．
解题方法
一、理想变压器的制约关系和动态分析
1．电压、电流、功率的制约关系
(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压 U1决定输出电压 U2，即 U2＝.
(2)功率制约：P出决定 P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.
(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压 U1确定时，副线圈中的输出电流 I2决定原
线圈中的电流 I1，即 I1＝(只有一个副线圈时)．
2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 R→I2→P
出→P入→I1.
(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 n1、n2→U2→I2→P
出→P入→I1.
二、输电线上的电压和功率损失
1．输电线上的电压损失(如图 1)
图1
ΔU＝U－U′＝Ir＝r.
2．输电线上的功率损失(如图 2)
(1)ΔP＝I2r，其中 I为输电线上的电流，r为输电线的电阻．
(2)ΔP＝ΔU·I或ΔP＝，其中 ΔU为输电线上的电压损失．
3．减少电压损失和功率损失的方法
(1)减小输电线的电阻 r，根据 r＝ρ，可减小电阻率 ρ，目前一般用电阻率较小的铜或铝作为导线材料；也
可增大导线的横截面积 S，但过粗的导线会多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的
困难．
(2)减小输电电流 I，根据 I＝，在输送功率 P一定，输电线电阻 r一定的条件下，输电电压提高到原来的 n
倍，输送电流可减为原来的，输电线上的功率损耗将降为原来的.
三、解决远距离高压输电问题的基本方法
1．首先应画出远距离输电的电路图(如图 2)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
图2
2．理清三个回路：
回路 1：P1＝U1I1
回路 2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R线＋P3，I2＝I3
回路 3：P4＝U4I4.
3．常用关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.
(2)电压关系：＝，U2＝ΔU＋U3，＝.
(3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝.
(4)输电电流：I线＝＝＝.
(5)输电线上损耗的电功率：
ΔP＝P2－P3＝I线2 R线＝＝ΔU·I线．
(6)输电线上的电压损失：
ΔU＝I线R线＝U2－U3.
【易错跟踪训练】
1．（2021·全国高三专题练习）有些机床为了安全，照明电灯用的电压是 36 V，这个电压是把 380 V 的电
压降压后得到的。如果变压器的原线圈是 1140 匝，副线圈是（　　）
A．1081 匝B．1800 匝C．108 匝D．8010 匝
【答案】C
【详解】
由
得
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