新高考物理二轮复习重难点专练热点10 理想变压器和远距离输电物理模型（解析版）.doc

热点10理想变压器和远距离输电物理模型

热点10理想变压器和远距离输电物理模型

1.高考中交流电路部分主要考查交变电流的产生和描述、交流电有效值、变压器的规律及动态分析、远距离输电等知识点。对理想变压器问题应该从电磁感应的本质、电压比、电流比和能量的观点几个方面正确理解。远距离输电问题应该分段分析，注意各段电压、电流、功率的关系。掌握输送电过程中功率损失和电压损失。

2.理想变压器和远距离输电问题有时也和电磁感应一起考查，熟练应用法拉第电磁感应定律、楞次定律判断感应电动势、感应电流的方向。

一.理想变压器基本模型

（1）理想变压器的构造、作用、原理及特征。

构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。

作用：在办理送电能的过程中改变电压。

原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。

特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交流电压。

（2）理想变压器的理想化条件及规律

如图所示，在理想变压器的原线圈两端加交流电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，有

SKIPIF10

忽略原、副线圈内阻，有SKIPIF10。

另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相同，于是又有SKIPIF10。

由此便可得理想变压器的电压变化规律为SKIPIF10。

在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有SKIPIF10，而SKIPIF10，SKIPIF10。

于是又得理想变压器的电流变化规律为SKIPIF10。

由此可见：

①理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因素的差别）。

②理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想化条件下的新的表现形式。

二．变压器原线圈接有负载模型----等效法

1.变压器原线圈接有负载R时，原、副线圈的制约关系依然成立，但电路输入的总电压U不再等于变压器原线圈的电压U1，而是U＝U1＋U负载，显然U≠U1.变压器原、副线圈两端的功率也始终相等，但电路输入的电功率P也不等于原线圈两端的功率P1，而是P＝P1＋P负载．

2.等效负载电阻法

变压器等效负载电阻公式的推导：

设理想变压器原副线圈的匝数之比为n1：n2，原线圈输入电压为U1，副线圈负载电阻为R，如图1（1）所示，在变压器正常工作时，求a、b间的等效电阻。

先画出等效电路图如图1（2）所示，设变压器等效负载电阻为SKIPIF10

在（1）中由变压器的分压规律：SKIPIF10得：

SKIPIF10，所以负载电阻R消耗的功率为：

SKIPIF10

在（2）中等效电阻消耗的功率为：SKIPIF10

因SKIPIF10，所以等效电阻为：SKIPIF10（重要结论）

三、多组副线圈的理想变压器模型

如图所示，原线圈匝数为SKIPIF10，两个副线圈的匝数分别为SKIPIF10、SKIPIF10相应的电压分别为SKIPIF10、SKIPIF10和SKIPIF10，相应的电流分别为SKIPIF10、SKIPIF10和SKIPIF10根据理想变压器的工作原理可得SKIPIF10①

SKIPIF10②可得

SKIPIF10③

根据SKIPIF10得：SKIPIF10④将

①③代入④得SKIPIF10整理得

SKIPIF10

四、理想变压器动态分析模型

【模型结构】1．变压器动态分析流程图

eq\x(\a\al(输入电,压U1))→eq\x(\a\al(输出电,压U2))→eq\x(\a\al(输出电,流I2))→eq\x(\a\al(输入电,压I1))→eq\x(\a\al(输入功,率P1))

2．涉及问题

(1)U2＝eq\f(n2,n1)U1，当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2都不会改变．

(2)输出电流I