第3章 3.变压器-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

要点三 问题导引 1.提示(1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器 对交变电流有阻碍作用。 (2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高 的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越 大，交变电流的频率越高，线圈对交变电流的阻碍作用 越大。 2.提示(1)图甲中的灯泡不亮，图乙中的灯泡亮。图甲 中的电源是直流电源，电容器在电路中是断路，电路中 没有电流，灯泡不亮。图乙中的电源是交流电源，把交 流电源接到电容器两个极板上后，电容器交替进行充电 和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容 器，灯泡就亮了，但实际上自由电荷并没有通过电容器 两极板间的绝缘介质。 (2)灯泡变得比图乙中亮，说明电容器对交变电流有阻 碍作用。 (3)电容变大，灯泡变亮；频率变高，灯泡变亮。电容器 的电容和交变电流的频率都对电容器的阻碍作用有 影响。 典例剖析 [例3] [解析] 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗 变大，电容器的容抗变小，因此L?变亮，L?变暗。又因 为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L?亮度 不变，所以选D。 [答案] D 针对训练 3.AD 当开关置于1、2时，接直流，电流稳定后能通过电 感器，而不能通过电容器，所以L?亮，L?不亮；稳定后 突然断开开关，L、L、L?、C能构成回路，由于自感现象， L?、L?将慢慢熄灭，故 A、D正确，C错误；当开关置于3、 4时，且交流频率增大，则感抗增大，容抗减小，所以L? 变暗，L?变亮，故 B错误。 随堂巩固促应用 I?=I?;对题图乙：1.A 题图甲中交流电的有效值为 I?=I;(r?)r·否+16R·雲=I3·RT,解得1 对题图丙：有效值为I?=I?;则三种交流电的有效值之 比为I?:I?:I=2:3:1=√2:√3:2,A正确。 2.C 由题图可知，该交流电压的周期为0.02 s,最大值为 u=i= v=220 V,故A、B错311 V,而有效值U 误，C正确；正弦交流电压的瞬时值表达式 u=Umsin wt =311sin(0.02t) V=311sin(100m)V,故D错误。 3.ACD 因为电感器L是一个高频扼流圈，“通低频，阻 高频”,A正确；C是一个电容较小的电容器，所以对低 频的交流容抗就较大，故C正确，B错误；根据分析，高 频扼流圈对高频交流阻碍更大可知通过电阻R的电流 中，低频交流所占百分比远远大于高频交流所占的百分 比，D正确。 3.变压器 自主学习探新知一、 1.闭合铁芯(1)电源 初级线圈(2)负载 次级线圈 2.互感 副 感应电动势 3.不改变 二、 1.能量损失 n2.匝数 3.(1)降压(2)升压 自我诊断 1.(1)√(2)×(3)×(4)√ 2.250 50 5 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交 变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉 第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动 势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 典例剖析 [例1] [解析] 导体棒匀速运动产生恒定的电动势，所 以原线圈中的电流是恒定的，故穿过副线圈的磁通量变 化量△Φ=0,副线圈两端不产生感应电动势，所以无 电流。 [答案] B 针对训练 1.C 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化 的，由于面积 S不变，故穿过原线圈的磁通量Φ变化， A错误；因理想变压器无漏磁，故 B错误；由法拉第电磁 感应定律知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转 化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故 D错误。 要点二 问题导引 提示(1)输入功率等于输出功率，即P?=P?。=(2)由能量守恒有P?=P?,即U?I?=U?I?,根据 =u=n。得， (3)输入功率等于输出功率，即P?=P?+Pg。穿过原、 会相等，所以有副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率 U?=n,雯，U?=n,雯，u=n,故有兴=元=元。 由能量守恒有P?=P?+P?,即U?I?=U?I?+U?Ig,可得 n?I?=n?I?+n?I?。 典例剖析 [例2] [解析] 灯泡正常发光，所以U?=12 V, u?=n代入数据解得U?=240 V,根据 ,?=29=1A,两个灯泡均正常发光， 15 =n根据 代入数据解得I?=0.05 A,故 D正确。 [答案] D 针对训练 2.BCD 对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿 过两个线圈的磁通量相同，磁通量的变化率相同，A错 误；根据E=n,得磁通量的变化率的最大值为每一 ()_=22100v匝线圈产生的电动势的最大值，即 =3 v,所以每一匝线圈产生的电动势的有效值为 0.2 V,B、C正确；由于匝数比为1:2,所以原、副线圈 电压最大值之比也为1:2,D正确。 要点三 问题导引 u=n得U?=nU?提示(1)由 所以要使U?保持 220 V不变，需要减小原线圈匝数，故P向上移动。 (2)用户负载改变时，变压器的输入功率变化。 典例剖析 [例3] [解析] 由图像知T=0.02 s,w=r=100m rad/s, u=20√2sin(100πt)V,A错误；由于副线圈两端电压不 变，故只断开S?,两灯串联，电压为额定值一半，不能正 常发光，B错误；只断开S?,副线圈电路电阻变为原来的 p=长知2 倍，由1 副线圈消耗功率减小，则原线圈输入 功率也减小，C错误；输入电压有效值U?=20 V,U?= nU P=R,由F -得Pp=0.8 W,D正确。 [答案] D 针对训练 =,Pa=餐，可得Pa=uR,3.D 由 ,又因为P入 P=R,,减少原线圈匝数、增大副线圈=Pl,所以F 匝数以及减小负载电阻 R的阻值，均可使变压器的输 入功率增大，D正确。 随堂巩固促应用 1.B 变压器可以改变原、副线圈中的电流，因此原、副线 圈中的电流不一定有相同的有效值；由于穿过原线圈的 磁通量全部穿过副线圈，因而原、副线圈的磁通量变化 率一定相同；变压器的工作基础是互感现象，副线圈中 感应的交流频率与原线圈中交流频率一定是相同的；理 想变压器中Px=P出，故B正确。 2.C AB.设该变压器的原、副线圈和新绕线圈的匝数分 别为n?、n?、n?,变压器的原、副线圈和新绕线圈的电压 =n,分别为U?、U?、Ug,则有 ,解得该充电器原线圈 n=元·n=1100匝数为： 匝，故 AB错误；CD.同理可-, n-号·n=300得 ,解得被烧坏的副线圈匝数 匝，故C正确，D错误。故选C。 3.A 当单刀双掷开关与a连接时，原、副线圈的匝数之 u?=22022v=比为10:1,原线圈两端的电压有效值 u=n,220 V,根据 ,代入数据得U?=22 V,故电压表的 示数为22 V,故A正确；当t=600s时，c、d间电压的瞬 间值u=220√2 sin(100π×600)v=110√2 V,故B错 误；当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头P向上 移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，副 线圈输出电压不变，电流减小，即电压表示数不变，电流 表示数减小，故C错误；当单刀双掷开关由 a扳向b时， u=知U?变大，电压表和电原线圈匝数减小，根据 流表的示数均变大，故D错误。 4.电能的输送 自主学习探新知一、 1.(2)电压 频率 (3)电能 2.I2r Ir 3.(1)电阻 电阻 电阻率 横截面积(2)电流 电流 电压 二、 1.升压 升压 降压 2.变电站 网络 3.(2)断电(3)电力 自我诊断 1.(1)√ (2)×(3)√ (4)× 2.U?2:U?2 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 (1)减少输电线的电阻。 (2)减少输电线中的电流。 典例剖析 [例1] [解析] 根据输送电功率P=U I及P 不 变，可知，输电电流I=,当U排变为原来的2 1 倍时，I。变为原来的,A 错误；输电线上降落的电压2 12Up=IR我CI,所以，当输电电流变为原来的 时， 1 输电线上降落的电压也变为原来的,B错误，C正确 2 输电线上损耗的电功率P摘=I2R线cI2,所以输电线 4,D错误。上损耗的电功率将变为原来的- [答案] C 针对训练 1.AD 由电功率公式得△P=I2R,输电线上电压下降 I=导，△U=IR,输电电流为 ,在输送的电功率和输电线 16 第三章交变电流。 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.(交变电流有效值的计算)如图所示，图甲为 A.周期是0.01s 正弦式交流电，图乙正值部分按正弦规律变 B.电压的最大值是220V 化，负值部分电流恒定，图丙为方波式交流 C.电压的有效值是220V 电，三个图中的【。和周期T相同。三种交流 D.瞬时值表达式为u=220sin(100πt)V 电的有效值之比为 3.(电阻、感抗、容抗的对比)（多 选)如图所示的电路中，a、b两 端连接的交流电源中既含高 丙 频交流，又含低频交流，L是一个25mH的 A.√2：5：2 B.2:5:√2 高频扼流圈，C是一个100pF的电容器， R是负载电阻，下列说法正确的是() C.√3：√2：2 D.√2：2：3 A.L的作用是“通低频，阻高频” 2.(描述交变电流的物理量)如图是某种正弦交 B.C的作用是“通低频，隔高频” 流电压的波形图，由图可确定该电压的() C.C的作用是“通高频，阻低频” 311/W D.通过R的电流中，低频交流所占的百分比 远远大于高频交流所占的百分比 0.010.020.030.04 311 提示请完成《素能提升训练》训练十三 3.变压器 学习目标 1.知道变压器的构造及工作原理」 2.掌握变压器原、副线圈中电压、电流和功率的关系及其制约关系。 3.了解变压器在实际中的应用 自主学习探新知 课前预习双基落实 一、变压器的原理 (1)原线圈：与交流 连接的线圈，也 1.变压器的构造 叫 由 和绕在铁芯上的两个线圈组 (2)副线圈：与 连接的线圈，也 成，如图所示。 叫 原线圈 刷线圈 变压器的示意图 2.变压器的工作原理 变压器工作的基础是 现象，电 流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿 过原线圈，也同时穿过 线圈，由于电 流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也 61 》高中物理·选择性必修第二册（人教版） 在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生《自我诊断 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的 3.作用 画“X”)。 改变交变电流的电压， (选填 (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两 “改变”或“不改变”)交变电流的周期和频率。 个线圈的匝数之比。 二、电压与匝数的关系 (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流 1.理想变压器：没有 的变压器。 2.电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比， 的电压就越高。 () (3)我们在使用质量好的变压器工作时没有 等于原、副线圈的 之比，即可 U 能量损失。 () 三 (4)理想变压器不能改变交变电流的频率。 3.两类变压器 () (1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫2.一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并 变压器。 提供200A的负载电流。已知两个线圈的匝 (2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫 数比为40：1，则副线圈中的输出电压为 变压器。 V,输出功率为 kW,变压 4.应用 器原线圈中的电流为 A。 (1)远距离输电中，升压和降压后提供给 用户。 (2)满足各种不同电压要求的用电设备。 互动探究解疑难 要点归纳重难突破 要点一 变压器的原理 问题导引 探究升华 如图所示，把两个没有导线相连的线圈套 1,变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压 在同一个闭合铁芯上，一个线圈（原线圈）通过 U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中 开关可以连接到交流电源或直流电源的两端， 产生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生 另一个线圈（副线圈）连到小灯泡上。连接电 感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线 路，接通电源，小灯泡能发光。两个线圈并没有 圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中 连接，小灯泡为什么会发光？ 产生变化的磁通量，原、副线圈间虽然不相 连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副 学生电源 线圈。如图所示。 原线调 副线 铁芯 2.能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互感现 象实现了电能向磁场能再到电能的转化 62 第三章交变电流。 3.原、副线圈的作用 1规律方法川 (1)原线圈在其所处回路中充当负载。 变压器的作用 (2)副线圈在其所处回路中充当电源。 如果变压器接在直流电路中，原线国中电流不变， 典例剖析 在铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象，变压 器起不到变压作用。 「例1门如图所示，理想变压器原、副线圈的匝 数比n1：n2=4：1,当导体棒在匀强磁场中 口针对训练 向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表：1.关于理想变压器的工作原理，以下说法正确 A的示数为12mA,则电流表A,的示数为 的是 () A.通有正弦式交变电流的原线圈的磁通量 不变 B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不 B x 相等 C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产 A.3 mA B.0 C.48 mA D.与负载R的值有关 生感应电动势 D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 要点二 理想变压器规律 口问题导引 口探究升华 如图甲所示，一个理想变压器，两线圈的匝1.理想变压器的特点 数分别为n1和n2,原线圈的输人功率和副线圈 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚 的输出功率分别为P1和P2,输人电压和输出 在闭合铁芯内，即“无漏磁”。 (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生 电压分别为U,和U2,原线圈的电流和副线圈 焦耳热，即无“铜损”。 的电流分别为I1和I2,请思考下列问题： (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。 说明：实际中的变压器（特别是大型变压器） 一般都可以近似看成理想变压器。 2.理想变压器的基本规律 (1)电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁， (1)原、副线圈中的功率有什么关系？ 原，副线圈中每一匝线圈都具有相同的A (2)原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？ 根据法拉第电磁感应定律有E,=△， △Φ (3)如图乙所示，功率、电压和电流与匝数有什 么关系？ E=总所以哈-丹 (2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因 此原线圈两端的电压U1=E,,副线圈两端的 电压U2=E2。 U1_西 ①只有一个副线圈时⑦，一 ②当有n组线圈时， _U_0 n n2 n3 (3)功率关系：对于理想变压器，输入功率等 于输出功率，即P人=P出，UI=U212。 63 》高中物理·选择性必修第二册（人教版） (4)电流关系 A.120V,0.10A B.240V,0.025A ①只有一个副线圈时，由1U1=I2U2,得 C.120V,0.05A U:n2 D.240V,0.05A U n 。针对训练 ②当有多个副线圈时，由IU1=IU2十IU 2.(多选)如图所示的理想 +…得I11=I2n2十13n3+… 变压器，原、副线圈的匝 典例剖析 数比n1：2=1：2, [例2]如图所示，理想变压器原、副线圈匝数 U1=220√2sin(wt)V, 之比为20：1，两个标有“12V6W”的灯泡 n=1100,以下说法中正确的是 并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作 A.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为 时，原线圈电路中电压表和电流表（可视为理 1:2 想的电表)的示数分别是 B.穿过原、副线圈的磁通量的变化率的最大 A ☒☒ 值相等，均为号V C.原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等， 均为0.2V D.原、副线圈电压的最大值之比为1：2 要点三 变压器工作时的制约关系及动态分析 口问题导引 为保证用户电压稳定在220V,变压器需 电压U由输入电压U,决定，即U,=凸 1 要适时进行调压，如图为调压变压器示意图。 (2)电流制约：输出电流I2决定输入电流I1。 保持输入电压“1不变，当滑动接头P上下移动 当变压器原、副线圈的匝数比”一定，且输入 时可改变输出电压。 2 电压U1确定时，原线圈中的电流[由副线 圈中的输出电流12决定，即1，= 2。而变 压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压 P 西瑞定即-无 (1)若用户两端电压减小，为使用户电压稳定在 (3)功率制约：输出功率P,决定输入功率 220V,滑动接头P应向哪移动？ P1。变压器副线圈中的功率P:由用户负载 (2)用户两端电压不变时，变压器的输人功率不 变吗？ 决定，即P2=P1十P负2…P2增大，P增大； P2减小，P减小；P2为零，P为零。 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 探究升华 负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析 1,电压、电流、功率的制约关系 的顺序是R→I2→Pm→P人→I1 (1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2 (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 当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出 n n1、n2→U2→I2→P出→P人→I1。 64 第三章交变电流。 典例剖析 川规律方法川 [例3]图甲中理想变压器原、副线圈的匝数 动态问题的分析思路 之比1：n2=5：1,电阻R=202,L1、L2为 U= 总 R-髓1=u1 块定 规格相同的两只小灯泡，S为单刀双掷开 P-UI I, 谗定 -P1 关。原线圈接正弦交流电源，输人电压u随时 间t的变化关系如图乙所示。现将S接1、： 针对训练 S闭合，此时L2正常发光。下列说法正确 3.如图所示，某理想变压 的是 器原、副线圈的匝数均 fuNV 202 可调节，原线圈两端电 压为最大值不变的正弦 0.01 0026 -202 交流电。在其他条件不变的情况下，为了使 甲 乙 变压器输入功率增大，可使 () A.输入电压u的表达式u=20sin(50πt)V A.原线圈匝数n1增加 B.只断开S2后，L1、L2均正常发光 B.副线圈匝数2减少 C.只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D.若S,换接到2后，R消耗的电功率为 C.负载电阻R的阻值增大 0.8W D.负载电阻R的阻值诚小 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.(变压器的工作原理)一个正常工作的理想变：3.（变压器的动态分析）如图所示，理想变压器 压器的原、副线圈中，下列物理量不一定相等 原、副线圈的匝数之比为10：1，b是原线圈 的是 的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表。 A.交流的频率 从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交流电 B.电流的有效值 压，其瞬时值表达式4=220，√2sin100πt(V), C.电功率 则 () D.磁通量的变化率 2.(变压器的基本规律)某同 学的电动自行车充电器 是一输人电压为220V, 输出电压为60V的变 A.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示 压器。由于副线圈烧坏 数为22V 了需要维修，该同学拆下烧坏的副线圈，用绝 B当= 600s时，cd间电压的瞬时值为110V 缘导线在铁芯上绕了5匝线圈，如图所示。 C.单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触 将原线圈接到220V交流电源上，测得新绕 头P向上移动的过程中，电压表和电流表 线圈两端电压为1V。则 ( 的示数均变小 A.该充电器原线圈有2200匝 D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和 B.该充电器原线圈有5500匝 电流表的示数均变小 C.被烧坏的副线圈有300匝 提示请完成《素能提升训练》训练十四 D.被烧坏的副线圈有250匝 65