3.3 变压器-2021-2022学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019选择性必修第二册）

第三章：交变电流 3.3：变压器 一：知识精讲归纳 考点一、变压器的原理 1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈．其构造示意图与电路中的符号分别甲、乙所示． 2． 原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势． (2)原理图解 考点二、电压与匝数的关系 1．理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型． 2．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：＝ 3．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，如图所示． 理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即. ＝ 4．两类变压器 副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器． 考点三、变压器中的能量转化 原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量． 考点四、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系 1．功率关系 从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出． 2．电流关系 (1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或. ＝ (2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 考点五、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(只有一个副线圈时)． 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＝ 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，进行动态分析顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1. 二：考点题型归纳 题型一：变压器的原理和电压、电流和匝数的关系 1．（2021·全国·高二专题练习）如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，其中B、C的匝数分别为n2、n3，理想电压表的示数为U，理想电流表的示数为I，L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件不能计算出的物理量是（忽略温度对电阻的影响）（　　） A．线圈A的匝数 B．灯泡L2两端的电压 C．变压器的输入功率 D．通过灯泡L1的电流 2．（2021·湖南·长沙县第九中学高二阶段练习）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比 ，原线圈两端接交流电源，已知电阻R=5Ω，电压表V的读数为100V，则（　　） A．原、副线圈中电流频率之比f1∶f2=10∶1 B．电流表A2的读数为2A C．原、副线圈内交变电流之比I1∶I2=10∶1 D．变压器输入功率为200W 3．（2021·北京市延庆区教育科学研究中心高二期中）如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220 sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．电流表的读数为1 A B．原线圈的输入功率为220 W C．电压表的读数为110 V D．副线圈输出交流电的周期为50 s 题型二：理想变压器两端的功率计算 4．（2021·全国·高二课时练习）如图所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0＝220V，n0＝2200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1100匝、2200匝。电动机M的内阻r＝4Ω，额定电压为U＝220V，额定功率P＝110W。下列判断正确的是（  ） A．当选择挡位3时，电动机两端电压为110V B．当挡位由3变换到2时，电动机消耗的功率增大 C．当选择挡位2时，电动机的热功率为1W D．当选择挡位4时，电动机的输出功率为110W 5．（2021·安徽黄山·高二期末）如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220 sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．原线圈的输入功率为220 W B．电流表的读数为2A