理想变压器、远距离输电模型---2024高中物理模型与方法（PDF版，含答案）

2024版新课标高中物理模型与方法 理想变压器、远距离输电模型 目录 一.理想变压器基本模型 二．变压器原线圈接有负载模型--等效法 三．变压器副线圈接有二极管模型 四．多组副线圈的理想变压器模型 五．理想变压器动态分析模型 六．远距离输电的电模型 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 ε = n1Δφ11 ,ε2= n2Δφ2 Δt Δ 忽略原、副线圈内阻，有 U1= ε1,U2= ε2。 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 Δφ1=Δφ2。 U n 由此便可得理想变压器的电压变化规律为 1 = 1。 U2 n2 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P1=P2，而 P1= I1U1，P2= I2U2。 I n 于是又得理想变压器的电流变化规律为 1 = 2。 I2 n1 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。 1 (2023春·贵州黔东南·高三凯里一中校考阶段练习)如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。 当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率 25W的小灯泡恰好正常发光，已知正常工作时灯泡的电 阻为 100Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是 ( ) 1 A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u= 220 2sin10πt(V) B.变压器原、副线圈的匝数比为 22:5 C.电压表的示数为 220V D.变压器的输入功率为 110W 2 (2023春·海南省直辖县级单位·高三嘉积中学校考期中)在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图 所示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另 一半通过中间的臂，已知线圈 1、2的匝数之比n1:n2= 1:2，在不接负载的情况下 ( ) A.当线圈 1输入电压为 110V时，线圈 2输出电压为 220V B.当线圈 1输入电压为 110V时，线圈 2输出电压为 55V C.当线圈 2输入电压为 220V时，线圈 1输出电压为 110V D.当线圈 2输入电压为 220V时，线圈 1输出电压为 55V 3 (2023·云南昆明·统考二模)某燃气灶点火装置的原理图如图甲所示。转换器将直流电压转换为图乙 所示的正弦交流电压，并加在理想变压器的原线圈上。变压器原、副线圈的匝数比为 k，电压表为理想交流 电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于 5000V时，就会在钢针和金属板间弓发火花进而点燃气体。 下列说法正确的是 ( ) A.副线圈输出电压一个周期内钢针只能点火一次 B. t= 0.01s时，交流电压表示数为零 C. k 1当 小于 时，点火装置才能点火 1000 D.转换器输出的交流电压频率为 100Hz 4 (2023·云南·模拟预测)如图所示为一含有理想变压器的交流电路，R= 2.5Ω，理想电流表的示数为 1A，两个标有“5V，10W”的灯泡正常发光，则下列说法正确的是 ( ) 2 A.流过电阻R的电流为 2A B.理想变压器原、副线圈的匝数比为 1:4 C.原线圈两端的电压峰值为 15 2V D.原线圈的输入功率为 60W 5 (2023· ... ...