3.3变压器（知识解读）-2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019选择性必修第二册）

3.3变压器（知识解读）（原卷版） •知识点1 变压器的原理 •知识点2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 •知识点3 电压与匝数的关系 •知识点4 理想变压器动态分析 •作业 巩固训练 知识点1 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。工作原理如图所示： 3、注意 （1）变压器不改变交变电流的周期和频率。 （2）变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。 （3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 【典例1-1】如图为某一街头变压器的实物图与原理示意图，下列说法正确的是（　　） A．变压器的工作原理是自感现象 B．该变压器为升压变压器 C．该变压器的原线圈导线比副线圈导线更细 D．使用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯是为了增大涡流 【典例1-2】（多选）如图1所示，、两端接一内阻不计的正弦交流电源，电源电压随时间变化的规律如图2所示，初始时开关接断开，电表为理想交流电表，下列说法正确的是（　　） A．电压表的读数约为 B．通过的是频率为的交流电 C．若将闭合，通过的电流减小 D．若将由接到b，M、两端间的输入功率变大 【典例1-3】变压器 (1)变压器：一种能改变 电压的设备．它是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的，跟电源相连的叫 （或叫初级线圈），跟负载相连的叫 （或叫次级线圈） (2)理想变压器：没有漏磁和能量损失的变压器，输入功率与输出功率的关系是 电压与匝数的关系是 ； 电流与匝数的关系是 ，仅适用于只有一个副线圈的变压器。 【变式1-1】如图所示，原副线圈匝数比为4∶1的理想变压器原线圈接的正弦式交变电压，其中，，电流表A、电压表V均为理想电表，则下列说法中正确的是（　　） A．该交流电的频率为 B．电流表A的示数为4A C．电压表V的示数为4V D．及上消耗的功率之比为4∶1 【变式1-2】（多选）一理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=11：2，原线圈与正弦交变电源连接， 输入电压u随时间t变化如图所示，副线圈仅接入一个R=10Ω的电阻。则下列说法正确的是（　　） A．流过电阻的最大电流是4A B．电压表的示数是40V C．变压器的输入功率是160W D．副线圈中电流变化的频率是50Hz 【变式1-3】变压器的原理 （1）构造：如图，变压器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 ，也叫初级线圈；与负载连接的线圈叫作 ，也叫次级线圈。 （2）原理： 是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的 也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 ，能够输出电压和电流。 （3）作用：在输入的交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压 ，即变压器的作用是改变交变电流的 。 （4）理想变压器：把没有 的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个 模型。 知识点2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1、实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2、实验器材：多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干 3、实验步骤 (1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 (2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。 (3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。 (4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4、实验结论：实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 5、注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 (3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 【典例2-1】(1)某学习小组进行“探究影响感应电流方向的因素”实验时，分别按图中甲图和乙图所示方式连接电路，开关闭合后，甲图中灵敏电流计指针向左偏，乙图中灵敏电流计指针向右偏。进行上述操作的目的是___________ A．检查干电池是否为新电池 B．检查灵敏电流计测量的电流是否准确 C．判断灵敏电流计指针偏转方向与电流进出方向的关系 (2)在进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”实验中，某同学接线如图所示，选择开关置于直流挡，将变压器的原线圈接线柱“0”“4”与电源输出端相连，则副线圈“0”“8”接线柱连接电压表后示数为___________ A．0 B． C． D． 【变式2-1】(1)请根据变压器工作原理，完成以下问题： ①街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则导线较粗的线圈为 （选填“原”或“副”）线圈。 ②在“探究变压器线圈原、副电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表交流电压档测量相应电压，记录如下，从实验数据分析可知，原、副线圈的电压之比并不等于匝数之比，造成这种结果的可能原因是 。 匝 200 400 400 800 匝 100 100 200 400 4.0 8.2 6.1 9.6 1.9 2.0 2.9 4.6 (2)在利用如图乙所示装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验中，磁铁的极向下运动时，电流从 （选填“+”或“-”）接线柱流入电流计；磁铁插入的速度越大，电流计指针偏转幅度越 （选填“大”或“小”）。 【变式2-2】在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 (1)对于实验过程，下列说法正确的有_____； A．本探究实验采用了控制变量法 B．测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量 D．因为实验所用电压较低，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱 (2)若变压器是理想变压器，电源接变压器原线圈“0”、“8”接线柱，副线圈接“0”、“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为6.0V，则原线圈的输入电压应为_____； A．18.0V B．12.0V C．5.0V D．3.0V (3)该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验，当原副线圈匝数比为8∶1，原线圈接12.0V交流电压，则测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是_____； A．0V B．9.60V C．1.50V D．0.65V 知识点3 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。 【典例3-1】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，原线圈两端接的交流电源，副线圈两端接的负载电阻，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数为 B．电压表的示数为 C．变压器的输入功率为 D．副线圈中交流电的频率为5Hz 【典例3-2】（多选）如图甲所示，某理想变压器原、副线圈的匝数比为11：3，电流表为理想电表。原线圈所接电源的电压按图乙所示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为30W。则下列判断正确的是（　　） A．副线圈两端输出电压的有效值为60V B．原线圈中电流表的示数为0.5A C．原线圈两端电压的瞬时值表达式为 D．变压器的输入功率、输出功率之比为1：1 【变式3-1】一起重器的电路示意图如图甲所示，理想变压器的原线圈中接入图乙所示的正弦交流电，照明灯的规格为“  ”，电动机线圈的内阻，装置工作时，重物以的速率匀速上升，照明灯正常工作，电表均为理想交流电表，电动机的输入功率。电动机的输出功率全部用来提升重物，取重力加速度大小，下列说法正确的是（　　） A．原、副线圈的匝数比为 B．电流表的示数为 C．重物的质量为 D．若电动机被卡住不转动，且电路尚未被烧坏，则原线圈中电流的有效值为 【变式3-2】（多选）如图甲所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈接有电流表A1，副线圈电路接有电压表V、电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想交流电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定，当原线圈接入如图乙所示的交变电压时，下列说法不正确的是（　　） A．电压表V的读数为88 V B．灯泡L两端电压的有效值为22 V C．当滑动变阻器R的滑片P向下滑动时，两电流表的示数均减小 D．原线圈接入的交变电压的瞬时值表达式为u＝440sin（100πt）V 【变式3-3】如图所示，理想变压器的原线圈左端接一有效值为的正弦式交流电源，定值电阻，副线圈接有阻值为的定值电阻和一个滑动变阻器R（最大阻值），现电路正常工作，两块理想交流电流表的示数为，的示数为。求： (1)变压器原副线圈的匝数比k； (2)调节滑动变阻器，求副线圈负载的总电功率最大时滑动变阻器的阻值Rm（结果保留至小数点后两位）。 知识点4 理想变压器动态分析 1、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。 2、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＋… 3、理想变压器的制约关系和动态分析 （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)。 4、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。 【典例4-1】我国在远距离高压输电方面取得了巨大成就，下图是远距离高压输电的原理图，其中E为交流电源，电阻r为输电线上的电阻，A为理想电流表，V为理想电压表，R为滑动变阻器，L1以及一系列灯泡L2至Ln为用电器，下列说法正确的是（　　） A．增加接入电路的用电器数量，原有用电器的功率将会减小 B．减少接入电路的用电器数量，电压表示数将减小 C．将滑动变阻器滑片向上移动，灯泡L1变亮，其他灯泡都变暗 D．增加接入电路用的电器后电压表示数变化量大小与电流表示数变化量大小的比值减小 【典例4-2】（多选）如图所示，理想变压器原副线圈匝数相同，原线圈一端有a、b两接线柱，a是原线圈的一端点，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，在原线圈c、d两端加上交变电压，从某时刻开始计时，其瞬时值表达式为，则（　　） A．当时，电压表读数为0 B．当单刀双掷开关分别与a、b连接时，电压表的示数比为1：2 C．当单刀双掷开关分别与a、b连接时，电流表的示数比为1：2 D．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电流表示数减小 【变式4-1】如图为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，Q为滑片。现令Q从均匀密绕的副线圈最下端开始，沿副线圈匀速上滑，用表示通过原线圈的电流的有效值，P表示定值电阻R的功率。下列各图中，能够正确反映相应物理量的变化规律的是（　　） A． B． C． D． 【变式4-2】（多选）如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，理想变压器的原线圈上接有阻值为的定值电阻，副线圈上接有最大阻值为的滑动变阻器，原、副线圈匝数之比为1∶2，电表均为理想电表。初始时，滑动变阻器的滑片处于正中间位置，滑片移动过程中，电流表、电压表示数变化量的绝对值分别为、，下列说法正确的是（　　） A．若滑片下移，电压表和电流表的示数均增大 B．若滑片上移，滑动变阻器消耗的功率先减小后增大 C．滑片移动过程中 D．若滑片上移，电源输出功率减小 一、单选题 1．如图所示，原、副线圈匝数之比为2：1的理想变压器，原线圈接在的交流电源上，副线圈接有定值电阻，滑动变阻器调节范围为，现将滑片置于正中央。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 B．电流表的读数为 C．电压表的读数为 D．若将变阻器的滑片向下滑，电压表读数增大 2．汽车点火系统的核心部件是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连接到12V的蓄电池上，副线圈连接到火花塞的两端。已知开关断开瞬间原线圈中的感应电动势为300V，副线圈中的感应电动势为30KV。则下列说法正确的是（　　） A．变压器的原线圈和副线圈要用相同粗细的导线绕制 B．变压器的原线圈用细导线绕制，而副线圈要用粗导线绕制 C．原副线圈匝数比 D．原副线圈匝数比 3．含理想自耦变压器的电路图如图所示，、两端与电压有效值恒定的正弦交流电源相连，为定值电阻，为滑动变阻器，电流表、电压表均理想，最初变压器上的滑动触头位于处。下列说法正确的是（　　） A．仅将滑片向右移动，则电压表的示数将增大 B．仅将由滑动到，则电流表的示数减小 C．仅改变的位置，若电流表示数增大，则原线圈上电流的峰值增大 D．仅改变的位置，若电流表示数增大，则消耗的功率增大 4．变压器被誉为“电魔术师”，在生产和生活中有着重要的作用。从家里的电视机、电风扇，到大街上的路灯、广告牌，都有变压器的身影。如图所示是实验小组研究的一种家用台灯的原理图，理想自耦变压器的、间接入的交变电流，交流电流表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．的滑片不动，滑片位于线圈中点时，电流表与示数之比为2：1 B．的滑片不动，滑片上移时灯泡变亮，两电流表示数均变大 C．滑片不动，的滑片右移时，电流表示数不变，电流表示数变小 D．滑片不动，的滑片右移时，灯泡变暗，灯泡消耗的电功率变大 5．一原、副线圈都有中心抽头（匝数一半处）的理想变压器如图所示，原线圈通过单刀双掷开关与一电压最大值为的正弦交流电源连接，副线圈通过另一单刀双掷开关与阻值为R的定值电阻、理想交流电流表相连接。通过对的操作可以改变原、副线圈的匝数，当接a、接d时，电流表的示数为，已知原线圈的总匝数为，则（ ） A．副线圈的总匝数 B．副线圈的总匝数 C．当接a、接c时，输出电压为 D．当接b、接c时，电流表示数为 6．心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电图仪与一理想变压器的原线圈相连接，扬声器等效为一个定值电阻与一滑动变阻器连接在副线圈两端。下列说法正确的是（　　） A．保持电压不变，向左滑动滑片P，副线圈两端的电压减小 B．保持电压不变，向左滑动滑片P，变压器的输入功率变小 C．保持滑片P不动，当变大时，扬声器两端的电压变小 D．保持滑片P不动，当变大时，扬声器的功率变大 7．如图所示为某电吹风的内部简化电路图，电机的内阻为，额定功率为，定值电阻的阻值为，理想变压器原、副线圈的匝数比为，在、两端输入电压有效值恒定的正弦交流电， S断开时，电机刚好能正常工作，将S闭合，、两端输入的功率是S断开时、两端输入功率的3倍，则下列判断正确的是（　　） A．S闭合后，电机的功率减小 B． C．、两端输入电压有效值为 D．S闭合时，变压器副线圈中的电流为 8．手机无线充电技术越来越普及，如图甲所示是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈匝数比，送电线圈所接电阻的阻值为。当间接上的正弦交变电源后，受电线圈中产生交变电流给手机充电，这时手机两端的电压为，流经手机的电流为。若把装置线圈视为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．受电线圈两端电压为 B．送电线圈的电流为 C．间输入功率为 D．电阻的阻值为 二、多选题 9．风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发利用。如图所示，这是风力发电机的简化模型，风带动叶片转动，使叶片的转速为，升速齿轮箱的转速比为，高速转轴使匝数为的发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电通过理想变压器后向用户端的盏灯泡供电，其中灯泡为指示灯，灯泡与用户端的灯泡相同，额定电压均为，所有灯泡正常发光，已知匀强磁场的磁感应强度大小为，线圈的电阻不计。下列说法正确的是（　　）    A．变压器原、副线圈的匝数比为 B．用户端的交变电流的频率为 C．发电机线圈的面积 D．若增加用户端的灯泡数量，且叶片的转速不变，则灯泡变亮（设灯泡不会被烧坏），其余灯泡的亮度变暗 10．在匀强磁场中有一电阻忽略不计的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交流电的感应电动势e随时间t的变化如图甲所示，把该交流电输入到图乙中理想变压器的A、B两端。已知为热敏电阻（其电阻随温度升高而减小），R为定值电阻，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．变压器A、B两端电压的瞬时值表达式为 B．图甲中时，穿过线圈的磁通量最大 C．处温度升高后，电压表V1与V2示数的比值不变 D．处温度升高后，变压器的输入功率减小 11．图甲为小型发电机与理想变压器变压输电过程的示意图，图乙为该发电机产生的电动势随时间的变化规律。理想变压器的匝数比，电阻R1阻值未知，电阻R2=5Ω，灯泡的额定电压为10V，额定功率为5W。不计发电机线圈内阻及交流电表A的内阻。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（　　） A．t=0.01s时，通过发电机线圈的磁通量为0 B．电流表A的示数为1A C．电阻R1=4Ω D．发电机的输出功率为10W 12．如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场的轴以角速度匀速转动，线圈长为2L、宽为L，匝数为N，磁感应强度大小为B。理想变压器原、副线圈匝数比为，定值电阻，电阻箱的最大值为10R。不计线圈和导线的电阻，下列说法正确的是（　　） A．当线圈平面与磁场方向平行时，线圈产生的电动势为 B．当线圈平面与磁场方向平行时，线圈产生的电动势为 C．变压器输出功率的最大值为 D．变压器输出功率的最大值为 三、实验题 13．某实验小组研究可拆式变压器原副线圈电压与匝数间的关系时发现标签脱落，变压器简图如图所示，为了查清原副线圈匝数，进行了如下操作： (1)原线圈接电压为的交流电源，原线圈匝数为，当副线圈匝数分别为、时，用交流电压表测得副线圈两端电压分别为、，若变压器为理想变压器，则原副线圈匝数 （用、、表示）， （用、、表示）。 (2)实验小组又找到一标签齐全的变压器，更换变压器后选择原副线圈匝数分别为、的绕组，然后原线圈接电压为的交流电源，用交流电压表测得副线圈两端电压为，改变输入电压的大小，获得多组数据后绘制图线发现是一条直线，斜率为k，由于铁芯存在漏磁，比较k与的值可以得到该变压器原副线圈电压之比 （选填“大于”“等于”或“小于”）原副线圈匝数之比。 14．(1)请根据变压器工作原理，完成以下问题： ①街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则导线较粗的线圈为 （选填“原”或“副”）线圈。 ②在“探究变压器线圆原、副电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表10V交流电压档测量相应电压，记录如下，从实验数据分析可知，原、副线圈的电压之比并不等于匝数之比，造成这种结果的可能原因是 200 400 400 800 100 100 200 400 4.0 8.2 6.1 9.6 1.9 2.0 2.9 4.6 (2)在利用如图乙所示装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验中，磁铁的N极向下运动时，电流从 （选填“+”或“-”）接线柱流入电流计；磁铁插入的速度越大，电流计指针偏转幅度越 （选填“大”或“小”）。 四、解答题 15．如图所示为远距离输电的原理图，降压变压器的原、副线圈匝数之比为n。电表均为理想电表，变压器均为理想变压器。 （1）若发电机输出电功率P不变，升压变压器的输出电压为U，若两变压器间输电线的总电阻r，则两变压器间输电线上的电流为多少？ （2）若发电机输出电压不变，用户端滑片移动，电压表示数变化，电流表示数变化，，则两变压器间输电线的总电阻r等于多少？（r恒定不变） 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.3变压器（知识解读）（解析版） •知识点1 变压器的原理 •知识点2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 •知识点3 电压与匝数的关系 •知识点4 理想变压器动态分析 •作业 巩固训练 知识点1 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。工作原理如图所示： 3、注意 （1）变压器不改变交变电流的周期和频率。 （2）变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。 （3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 【典例1-1】如图为某一街头变压器的实物图与原理示意图，下列说法正确的是（　　） A．变压器的工作原理是自感现象 B．该变压器为升压变压器 C．该变压器的原线圈导线比副线圈导线更细 D．使用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯是为了增大涡流 【答案】C 【详解】A．变压器的工作原理是互感现象，故A错误； B．该变压器副线圈匝数比原线圈匝数少，故该变压器为降压变压器，故B错误； C．根据可知，原线圈电流较小，电阻较大，导线较细，故C正确； D．使用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯是为了减小涡流，故D错误。 故选C。 【典例1-2】（多选）如图1所示，、两端接一内阻不计的正弦交流电源，电源电压随时间变化的规律如图2所示，初始时开关接断开，电表为理想交流电表，下列说法正确的是（　　） A．电压表的读数约为 B．通过的是频率为的交流电 C．若将闭合，通过的电流减小 D．若将由接到b，M、两端间的输入功率变大 【答案】BD 【详解】A．对于正弦交流电，电压表的示数对应的是电压的有效值，、两端输入电压最大值为，有效值为 A错误； B．变压器不改变交流电的频率，则原、副线圈中交流电的频率相等，原线圈输入交流电的周期为，频率为，所以通过的是频率为的交流电，B正确； C．若只将开关闭合，总电阻减小，副线圈输出电压不变，通过的电流增大，C错误； D．若只将开关由接到，副线圈匝数增加，副线圈输出电压变大，副线圈输出功率变大，由能量守恒可知、两端间的输入功率变大，D正确。 故选BD。 【典例1-3】变压器 (1)变压器：一种能改变 电压的设备．它是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的，跟电源相连的叫 （或叫初级线圈），跟负载相连的叫 （或叫次级线圈） (2)理想变压器：没有漏磁和能量损失的变压器，输入功率与输出功率的关系是 电压与匝数的关系是 ； 电流与匝数的关系是 ，仅适用于只有一个副线圈的变压器。 【答案】(1) 交变电流 原线圈 副线圈 (2) 【详解】（1）[1][2][3]变压器：一种能改变交变电流电压的设备．它是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的，跟电源相连的叫原线圈（或叫初级线圈），跟负载相连的叫副线圈（或叫次级线圈）. （2）[1][2]理想变压器：没有漏磁和能量损失的变压器，输入功率与输出功率的关系是 电压与匝数的关系是 电流与匝数的关系是 仅适用于只有一个副线圈的变压器。 【变式1-1】如图所示，原副线圈匝数比为4∶1的理想变压器原线圈接的正弦式交变电压，其中，，电流表A、电压表V均为理想电表，则下列说法中正确的是（　　） A．该交流电的频率为 B．电流表A的示数为4A C．电压表V的示数为4V D．及上消耗的功率之比为4∶1 【答案】C 【详解】A．该交流电的频率为 故A错误； BC．正弦式交变电压的有效值为 又 联立解得 故B错误，C正确； D．及上消耗的功率之比为 故D错误。 故选C。 【变式1-2】（多选）一理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=11：2，原线圈与正弦交变电源连接， 输入电压u随时间t变化如图所示，副线圈仅接入一个R=10Ω的电阻。则下列说法正确的是（　　） A．流过电阻的最大电流是4A B．电压表的示数是40V C．变压器的输入功率是160W D．副线圈中电流变化的频率是50Hz 【答案】ACD 【详解】B．初级电压有效值为U1=220V，则次级电压为 即电压表的示数是40V，选项B错误； A．流过电阻的最大电流是 选项A正确；     C．变压器的输出功率 则变压器的输入功率是160W，选项C正确；     D．变压器不改变交流电的频率，则副线圈中电流变化的频率是 选项D正确。 故选ACD。 【变式1-3】变压器的原理 （1）构造：如图，变压器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 ，也叫初级线圈；与负载连接的线圈叫作 ，也叫次级线圈。 （2）原理： 是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的 也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 ，能够输出电压和电流。 （3）作用：在输入的交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压 ，即变压器的作用是改变交变电流的 。 （4）理想变压器：把没有 的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个 模型。 【答案】 原线圈 副线圈 互感 磁场 感应电动势 不同 电压 能量损失 理想化 【详解】（1）[1][2]与交流电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈； （2）[3]互感现象是变压器工作的基础； [4][5]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； （3）[6][7]在输入的交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压不同，即变压器的作用是改变交变电流的电压； （4）[8][9]把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。 知识点2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1、实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2、实验器材：多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干 3、实验步骤 (1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 (2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。 (3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。 (4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4、实验结论：实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 5、注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 (3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 【典例2-1】(1)某学习小组进行“探究影响感应电流方向的因素”实验时，分别按图中甲图和乙图所示方式连接电路，开关闭合后，甲图中灵敏电流计指针向左偏，乙图中灵敏电流计指针向右偏。进行上述操作的目的是___________ A．检查干电池是否为新电池 B．检查灵敏电流计测量的电流是否准确 C．判断灵敏电流计指针偏转方向与电流进出方向的关系 (2)在进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”实验中，某同学接线如图所示，选择开关置于直流挡，将变压器的原线圈接线柱“0”“4”与电源输出端相连，则副线圈“0”“8”接线柱连接电压表后示数为___________ A．0 B． C． D． 【答案】(1)C (2)A 【详解】（1）进行上述操作的目的是判断灵敏电流计指针偏转方向与电流进出方向的关系。 故选C。 （2）由题可知，原线圈连接的电压为直流电压，因此，副线圈两端的电压为0。 故选A。 【变式2-1】(1)请根据变压器工作原理，完成以下问题： ①街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则导线较粗的线圈为 （选填“原”或“副”）线圈。 ②在“探究变压器线圈原、副电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表交流电压档测量相应电压，记录如下，从实验数据分析可知，原、副线圈的电压之比并不等于匝数之比，造成这种结果的可能原因是 。 匝 200 400 400 800 匝 100 100 200 400 4.0 8.2 6.1 9.6 1.9 2.0 2.9 4.6 (2)在利用如图乙所示装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验中，磁铁的极向下运动时，电流从 （选填“+”或“-”）接线柱流入电流计；磁铁插入的速度越大，电流计指针偏转幅度越 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1) 副 变压器铁芯漏磁，铁芯在交变磁场作用下产生涡流发热，原、副线圈上通过的电流发热等等。 (2) 大 【详解】（1）①[1]理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。 ②[2]从实验数据分析可知，原、副线圈的电压之比并不等于匝数之比，造成这种结果的可能原因是：变压器铁芯漏磁，铁芯在交变磁场作用下产生涡流发热，原、副线圈上通过的电流发热等等。 （2）[1]磁铁的极向下运动时，穿过线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律结合安培定则可知，感应电流接线柱流入电流计； [2]磁铁插入的速度越大，穿过线圈的磁通量变化越快，线圈产生的感应电动势越大，感应电流越大，则电流计指针偏转幅度越大。 【变式2-2】在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 (1)对于实验过程，下列说法正确的有_____； A．本探究实验采用了控制变量法 B．测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量 D．因为实验所用电压较低，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱 (2)若变压器是理想变压器，电源接变压器原线圈“0”、“8”接线柱，副线圈接“0”、“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为6.0V，则原线圈的输入电压应为_____； A．18.0V B．12.0V C．5.0V D．3.0V (3)该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验，当原副线圈匝数比为8∶1，原线圈接12.0V交流电压，则测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是_____； A．0V B．9.60V C．1.50V D．0.65V 【答案】(1)AC (2)B (3)D 【详解】（1）A．为便于探究，可以采用控制变量法，故A正确； B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，故B错误； C．使用多用电表测电压时，为了安全先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，故C正确； D．虽然实验所用电压较低，但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样可减小实验误差，避免发生危险，故D错误。 故选AC。 （2）变压器为理想变压器，则原线圈电压为 故选B。 （3）假设变压器为理想变压器，则副线圈电压为 考虑到变压器不是理想变压器，则副线圈两端电压小于1.5V，电压表测量有效值，则读数小于1.5V，故选D。 知识点3 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。 【典例3-1】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，原线圈两端接的交流电源，副线圈两端接的负载电阻，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数为 B．电压表的示数为 C．变压器的输入功率为 D．副线圈中交流电的频率为5Hz 【答案】B 【详解】B．变压器初级电压有效值 则次级电压 选项B正确； AC．变压器的输入功率等于输出功率，则 可得I1=0.1A 选项AC错误； D．副线圈中交流电的频率为 选项D错误。 故选B。 【典例3-2】（多选）如图甲所示，某理想变压器原、副线圈的匝数比为11：3，电流表为理想电表。原线圈所接电源的电压按图乙所示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为30W。则下列判断正确的是（　　） A．副线圈两端输出电压的有效值为60V B．原线圈中电流表的示数为0.5A C．原线圈两端电压的瞬时值表达式为 D．变压器的输入功率、输出功率之比为1：1 【答案】AD 【详解】A．变压器原线圈的电压有效值为V=220V 变压器的原副线圈的电压与匝数成正比 可得V 故A正确； B．副线圈中的电流由电功率公式可得A 理想变压器的原副线圈电流比与匝数成反比 可得原线圈中的电流为A 故B错误； C．由图乙可知交流电的周期为T=0.02s，角速度为rad/s 原线圈两端电压的瞬时值表达式为V 故C错误； D．理想变压器功率不损失，所以变压器的输入功率、输出功率之比为1:1，故D正确。 故选AD。 【变式3-1】一起重器的电路示意图如图甲所示，理想变压器的原线圈中接入图乙所示的正弦交流电，照明灯的规格为“  ”，电动机线圈的内阻，装置工作时，重物以的速率匀速上升，照明灯正常工作，电表均为理想交流电表，电动机的输入功率。电动机的输出功率全部用来提升重物，取重力加速度大小，下列说法正确的是（　　） A．原、副线圈的匝数比为 B．电流表的示数为 C．重物的质量为 D．若电动机被卡住不转动，且电路尚未被烧坏，则原线圈中电流的有效值为 【答案】C 【详解】A．原线圈电压的有效值 照明灯正常工作，副线圈的电压 原、副线圈的匝数比 故A错误； B．通过照明灯的电流的有效值 通过电动机的电流的有效值 电流表的示数 故B错误； C．电动机的输出功率等于输入功率减去发热功率，则有 解得 故C正确； D．若电动机被卡住不转动，电动机线圈中的电流 副线圈中的总电流为，根据电流比可知 解得原线圈中电流的有效值为 故D错误。 故选C。 【变式3-2】（多选）如图甲所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈接有电流表A1，副线圈电路接有电压表V、电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想交流电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定，当原线圈接入如图乙所示的交变电压时，下列说法不正确的是（　　） A．电压表V的读数为88 V B．灯泡L两端电压的有效值为22 V C．当滑动变阻器R的滑片P向下滑动时，两电流表的示数均减小 D．原线圈接入的交变电压的瞬时值表达式为u＝440sin（100πt）V 【答案】ACD 【详解】A．由题图乙可知理想变压器原线圈输入电压的有效值为 440 V，根据 可得副线圈的输出电压 U2＝44 V 电压表V的示数为有效值，即为 44 V，故A错误； B．设灯泡L两端电压的有效值为U′，灯泡L的阻值为r，交变电流的周期为T，因为二极管的单向导电性，根据有效值的定义有 解得 故B正确； C．当滑动变阻器R的滑片P向下滑动时，滑动变阻器R接入电路的阻值减小，则由欧姆定律可知电流表A2的示数增大，因为理想变压器输入功率与输出功率相等，所以电流表A1的示数也增大，故C错误； D．根据 可知原线圈接入的交变电压的瞬时值表达式为 故D错误。 故选ACD。 【变式3-3】如图所示，理想变压器的原线圈左端接一有效值为的正弦式交流电源，定值电阻，副线圈接有阻值为的定值电阻和一个滑动变阻器R（最大阻值），现电路正常工作，两块理想交流电流表的示数为，的示数为。求： (1)变压器原副线圈的匝数比k； (2)调节滑动变阻器，求副线圈负载的总电功率最大时滑动变阻器的阻值Rm（结果保留至小数点后两位）。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）副线圈两端电压为 原线圈两端电压为 变压器原副线圈的匝数比 （2）副线圈负载的总电功率等于原线圈的功率，则有 当 时，副线圈负载的总电功率最大，此时流过副线圈的电流为 副线圈两端的电压为 根据闭合电路的欧姆定律 解得此时滑动变阻器的阻值为 知识点4 理想变压器动态分析 1、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。 2、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＋… 3、理想变压器的制约关系和动态分析 （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)。 4、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。 【典例4-1】我国在远距离高压输电方面取得了巨大成就，下图是远距离高压输电的原理图，其中E为交流电源，电阻r为输电线上的电阻，A为理想电流表，V为理想电压表，R为滑动变阻器，L1以及一系列灯泡L2至Ln为用电器，下列说法正确的是（　　） A．增加接入电路的用电器数量，原有用电器的功率将会减小 B．减少接入电路的用电器数量，电压表示数将减小 C．将滑动变阻器滑片向上移动，灯泡L1变亮，其他灯泡都变暗 D．增加接入电路用的电器后电压表示数变化量大小与电流表示数变化量大小的比值减小 【答案】A 【详解】A．降压变压器的等效电阻为 增加接入电路的用电器数量，则R次减小，R等减小，则因升压变压器次级电压一定，可导致输电线上电流变大，输电线上损失的电压变大，降压变压器初级电压减小，次级电压也减小，则原有用电器两端电压减小，则原有电器的功率将会减小，选项A正确； B．减少接入电路的用电器数量，则R次变大，R等变大，则因升压变压器次级电压一定，可导致输电线上电流变小，输电线上损失的电压变小，电压表示数将增加，选项B错误； C．将滑动变阻器滑片向上移动，R变大，则次级电阻R次变大，R等变大，可导致输电线上电流变小，输电线上损失的电压变小，降压变压器初级电压变大，次级电压也变大，其他灯泡都变亮，初级电流减小，则次级电流变小，小灯泡L1变暗，选项C错误； D．根据 升压变压器次级电压U12不变，则增加接入电路用的电器后电压表示数变化量大小与电流表示数变化量大小的比值 不变，选项D错误。 故选A。 【典例4-2】（多选）如图所示，理想变压器原副线圈匝数相同，原线圈一端有a、b两接线柱，a是原线圈的一端点，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，在原线圈c、d两端加上交变电压，从某时刻开始计时，其瞬时值表达式为，则（　　） A．当时，电压表读数为0 B．当单刀双掷开关分别与a、b连接时，电压表的示数比为1：2 C．当单刀双掷开关分别与a、b连接时，电流表的示数比为1：2 D．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电流表示数减小 【答案】BCD 【详解】A．电压表读数为有效值，只要开关闭合，无论开关与a、b哪端连接，在任意时刻电压表读数均不为零。A错误； B．理想变压器原副线圈匝数相同，故 设变压器输入电压的有效值为，当单刀双掷开关与a连接，电压表的示数为 当单刀双掷开关与b连接，电压表的示数为 则电压表示数之比为1：2，B正确； C．电流表的示数为 滑动变阻器阻值不变的前提下，电流表的示数与变压器的输出电压成正比，即与电压表的示数成正比，则电流表示数之比为1：2，C正确； D．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器连入回路里的阻值变大，由 可知电流表示数减小，D正确。 故选BCD。 【变式4-1】如图为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，Q为滑片。现令Q从均匀密绕的副线圈最下端开始，沿副线圈匀速上滑，用表示通过原线圈的电流的有效值，P表示定值电阻R的功率。下列各图中，能够正确反映相应物理量的变化规律的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】AB．设原线圈的匝数为，副线圈的匝数为，交流电源电压的有效值为，根据理想变压器得原理可知 解得副线圈电压的有效值 当Q从均匀密绕的副线圈最下端开始，沿副线圈匀速上滑时，副线圈的匝数均匀增大，由于不变，故均匀增大，根据欧姆定律 可知，副线圈中电流的有效值均匀增大，根据变压器原副线圈电流关系 解得 由于不变，都是均匀增大，故不是正比关系，应是正比关系，AB错误； CD．定值电阻的功率 结合上述分析可知，均匀增大，故成正比，即成正比，C错误，D正确。 故选D。 【变式4-2】（多选）如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，理想变压器的原线圈上接有阻值为的定值电阻，副线圈上接有最大阻值为的滑动变阻器，原、副线圈匝数之比为1∶2，电表均为理想电表。初始时，滑动变阻器的滑片处于正中间位置，滑片移动过程中，电流表、电压表示数变化量的绝对值分别为、，下列说法正确的是（　　） A．若滑片下移，电压表和电流表的示数均增大 B．若滑片上移，滑动变阻器消耗的功率先减小后增大 C．滑片移动过程中 D．若滑片上移，电源输出功率减小 【答案】CD 【详解】A．由于理想变压器原线圈电路上含有电阻，则可把理想变压器和副线圈上的电阻等效为一个电阻，则电路变为简单的串联电路，如图所示 滑片逐步下移R阻值减小，减小，则总电阻减小，根据 可知总电流增大，即通过的电流增大，根据 可知通过电流表的电流增大，根据 可知减小，根据 可知电压表示数减小，故A错误； B．滑动变阻器R消耗的功率即等效电路的功率，则 可知当时变压器输出功率最大，又因为 可知时变压器输出功率最大，即滑片上移，等效电阻逐渐增大，滑动变阻器R消耗的功率增大，故B错误； C．根据理想变压器的变压、变流规律及闭合电路欧姆定律有 则 故C正确； D．若滑片上移，总电阻增大，由 知电源输出功率减小，故D正确。 故选CD。 一、单选题 1．如图所示，原、副线圈匝数之比为2：1的理想变压器，原线圈接在的交流电源上，副线圈接有定值电阻，滑动变阻器调节范围为，现将滑片置于正中央。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 B．电流表的读数为 C．电压表的读数为 D．若将变阻器的滑片向下滑，电压表读数增大 【答案】C 【详解】ABC．原线圈两端电压的有效值为 根据 可得副线圈两端的电压 副线圈所在回路的电流 根据 可得 原线圈的输入功率为 电压表示数为有效值 故A、B错误，C正确； D．因变压器的匝数比一定，且原线圈的输入电压一定，所以副线圈两端的电压一定，若将变阻器的滑片向下滑，则减小，R分得的电压也减小，即电压表的读数减小，故D错误。 故选C。 2．汽车点火系统的核心部件是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连接到12V的蓄电池上，副线圈连接到火花塞的两端。已知开关断开瞬间原线圈中的感应电动势为300V，副线圈中的感应电动势为30KV。则下列说法正确的是（　　） A．变压器的原线圈和副线圈要用相同粗细的导线绕制 B．变压器的原线圈用细导线绕制，而副线圈要用粗导线绕制 C．原副线圈匝数比 D．原副线圈匝数比 【答案】D 【详解】AB．变压器要在副线圈中产生高压，则原线圈匝数少，电流大，要用粗导线绕制，而副线圈电流小，可以用细导线绕制，AB错误； CD．原副线圈的匝数之比为 C错误，D正确。 故选D。 3．含理想自耦变压器的电路图如图所示，、两端与电压有效值恒定的正弦交流电源相连，为定值电阻，为滑动变阻器，电流表、电压表均理想，最初变压器上的滑动触头位于处。下列说法正确的是（　　） A．仅将滑片向右移动，则电压表的示数将增大 B．仅将由滑动到，则电流表的示数减小 C．仅改变的位置，若电流表示数增大，则原线圈上电流的峰值增大 D．仅改变的位置，若电流表示数增大，则消耗的功率增大 【答案】C 【详解】A．若仅将滑片向右移动，副线圈电压不变，由于滑动变阻器接入电路阻值变大，根据欧姆定律可知，副线圈的电流减小，电压表测量定值电阻两端的电压，由 可知，电压表的示数减小，A错误； B．若仅将由滑动到，副线圈匝数变大；原线圈电压不变，根据 可知副线圈电压变大，结合欧姆定律 可知，副线圈的电流变大，电流表的示数增大，B错误； C．根据变压器的原理可知，原副线圈的电流关系 解得 当仅改变的位置，若电流表示数增大，结合上述分析可知，副线圈匝数变大，故原线圈中电流的有效值增大，根据正弦交流电的峰值 故原线圈上电流的峰值增大，C正确； D．滑动变阻器消耗的功率 因滑动变阻器与定值电阻的数值关系不确定，因此若仅将向左滑动，滑动变阻器消耗的功率变化不能确定，D错误。 故选C。 4．变压器被誉为“电魔术师”，在生产和生活中有着重要的作用。从家里的电视机、电风扇，到大街上的路灯、广告牌，都有变压器的身影。如图所示是实验小组研究的一种家用台灯的原理图，理想自耦变压器的、间接入的交变电流，交流电流表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．的滑片不动，滑片位于线圈中点时，电流表与示数之比为2：1 B．的滑片不动，滑片上移时灯泡变亮，两电流表示数均变大 C．滑片不动，的滑片右移时，电流表示数不变，电流表示数变小 D．滑片不动，的滑片右移时，灯泡变暗，灯泡消耗的电功率变大 【答案】B 【详解】A．根据题意，的滑片不动，滑片位于线圈中点时，原、副线圈匝数比为 根据理想变压器的电流与匝数比关系有 可知电流表与示数之比为，故A错误； B．的滑片不动，滑片上移时，副线圈两端电压变大，副线圈的总电阻不变，则电流表示数变大，灯泡变亮，总功率增大，输入电压不变，则电流表示数变大，故B正确； CD．滑片不动，的滑片右移时，接入电路的电阻变大，副线圈两端电压不变，电流表示数变小，电流表示数变小，灯泡变暗，灯泡消耗的电功率变小，故CD错误。 故选B。 5．一原、副线圈都有中心抽头（匝数一半处）的理想变压器如图所示，原线圈通过单刀双掷开关与一电压最大值为的正弦交流电源连接，副线圈通过另一单刀双掷开关与阻值为R的定值电阻、理想交流电流表相连接。通过对的操作可以改变原、副线圈的匝数，当接a、接d时，电流表的示数为，已知原线圈的总匝数为，则（　　） A．副线圈的总匝数 B．副线圈的总匝数 C．当接a、接c时，输出电压为 D．当接b、接c时，电流表示数为 【答案】C 【详解】AB．设副线圈的总匝数为，电流表测的是电流有效值，根据题意得原线圈电压有效值为，根据变压器电压与匝数关系，有 解得 故AB错误； C．当接a、接c时，设输出电压为，则有 联立以上解得 故C正确； D．当接b、接c时，电流表示数为，则有 联立以上解得 故D错误。 故选 C。 6．心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电图仪与一理想变压器的原线圈相连接，扬声器等效为一个定值电阻与一滑动变阻器连接在副线圈两端。下列说法正确的是（　　） A．保持电压不变，向左滑动滑片P，副线圈两端的电压减小 B．保持电压不变，向左滑动滑片P，变压器的输入功率变小 C．保持滑片P不动，当变大时，扬声器两端的电压变小 D．保持滑片P不动，当变大时，扬声器的功率变大 【答案】D 【详解】A．保持电压不变，根据可知，副线圈两端的电压不变，故A错误； B．保持电压不变，次级电压不变，向左滑动滑片P，R阻值减小，次级电阻减小，则次级消耗的功率变大，则变压器的输入功率变大，故B错误； C．保持滑片P不动，当变大时，变压器次级电压变大，扬声器两端的电压变大，故C错误； D．保持滑片P不动，当变大时，根据可知，变压器次级电压变大，次级电流变大，则扬声器的功率变大，故D正确。 故选D。 7．如图所示为某电吹风的内部简化电路图，电机的内阻为，额定功率为，定值电阻的阻值为，理想变压器原、副线圈的匝数比为，在、两端输入电压有效值恒定的正弦交流电， S断开时，电机刚好能正常工作，将S闭合，、两端输入的功率是S断开时、两端输入功率的3倍，则下列判断正确的是（　　） A．S闭合后，电机的功率减小 B． C．、两端输入电压有效值为 D．S闭合时，变压器副线圈中的电流为 【答案】C 【详解】A．设、两端输入电压有效值为，则变压器副线圈两端电压为，闭合后，电机两端的电压不变，电机功率不变，故A错误； B．按电动机为纯电阻电路计算，S断开时 S闭合时 又 解得 由于电机是非纯电阻用电器，因此 故B错误； C．由题意可知S闭合后电阻功率为，有 解得 故C正确； D．S闭合时，变压器原线圈中的电流 则副线圈中的电流 故D错误。 故选C。 8．手机无线充电技术越来越普及，如图甲所示是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈匝数比，送电线圈所接电阻的阻值为。当间接上的正弦交变电源后，受电线圈中产生交变电流给手机充电，这时手机两端的电压为，流经手机的电流为。若把装置线圈视为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．受电线圈两端电压为 B．送电线圈的电流为 C．间输入功率为 D．电阻的阻值为 【答案】D 【详解】B．设通过送电线圈和受电线圈的电流分别为I1、I2，且，根据理想变压器的电流关系 解得 故B错误； AD．根据理想变压器电压与匝数关系有 解得 又 ， 整理可得 ， 代入数据联立解得 ， 故A错误，D正确； C．根据 间输入功率为 故C错误。 故选D。 二、多选题 9．风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发利用。如图所示，这是风力发电机的简化模型，风带动叶片转动，使叶片的转速为，升速齿轮箱的转速比为，高速转轴使匝数为的发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电通过理想变压器后向用户端的盏灯泡供电，其中灯泡为指示灯，灯泡与用户端的灯泡相同，额定电压均为，所有灯泡正常发光，已知匀强磁场的磁感应强度大小为，线圈的电阻不计。下列说法正确的是（　　）    A．变压器原、副线圈的匝数比为 B．用户端的交变电流的频率为 C．发电机线圈的面积 D．若增加用户端的灯泡数量，且叶片的转速不变，则灯泡变亮（设灯泡不会被烧坏），其余灯泡的亮度变暗 【答案】BD 【详解】A．根据理想变压器原副线圈功率相同 因所有灯泡相同且正常发光，所以 根据理想变压器的原副线圈电压与匝数关系 故A错误； B．低速转轴转速为n，由升速齿轮箱可知发电机线圈转速为kn，所以用户端的交变电流的频率为，故B正确； C. 根据条件可知 所以发电线圈的电动势有效值为 则发电线圈的电动势最大值为 且 求得发电机线圈的面积为 故C错误； D. 理想变压器输入功率与输出功率相等，所以 则 整理得到 若增多用户端的灯泡数量，且叶片的转速不变，所以电动势E不变，R2变小，RL不变，原副线圈电压比值不变，所以u2变小，u1变小，uL变大则灯泡L变亮（设灯泡不会被烧坏），其余灯泡的亮度变暗，故D正确。 故选BD。 10．在匀强磁场中有一电阻忽略不计的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交流电的感应电动势e随时间t的变化如图甲所示，把该交流电输入到图乙中理想变压器的A、B两端。已知为热敏电阻（其电阻随温度升高而减小），R为定值电阻，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．变压器A、B两端电压的瞬时值表达式为 B．图甲中时，穿过线圈的磁通量最大 C．处温度升高后，电压表V1与V2示数的比值不变 D．处温度升高后，变压器的输入功率减小 【答案】AB 【详解】A．根据图甲可知，，，则有 故变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为 故A正确； B．图甲中时，电动势为0，此时线圈平面与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，故B正确； CD．理想变压器匝数不变，输入电压不变，则电压表V1示数不变，根据可知副线圈两端的电压不变，处温度升高时，的阻值减小，根据欧姆定律可知，副线圈回路中的电流增大，则定值电阻两端电压增大，两端电压减小，即电压表V2示数减小，故电压表V1示数与V2示数的比值变大；根据 可知原线圈电流增大，根据 可知变压器的输入功率变大，故CD错误。 故选AB。 11．图甲为小型发电机与理想变压器变压输电过程的示意图，图乙为该发电机产生的电动势随时间的变化规律。理想变压器的匝数比，电阻R1阻值未知，电阻R2=5Ω，灯泡的额定电压为10V，额定功率为5W。不计发电机线圈内阻及交流电表A的内阻。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（　　） A．t=0.01s时，通过发电机线圈的磁通量为0 B．电流表A的示数为1A C．电阻R1=4Ω D．发电机的输出功率为10W 【答案】BC 【详解】A．由乙图可知，t=0.01s时，感应电动势为0，磁通量的变化率为零，磁通量最大，故A错误； BC．原线圈回路满足 原副线圈满足， 又，， 联立解得，，，，，，， 故BC正确； D．发电机的输出功率为 故D错误。 故选BC。 12．如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场的轴以角速度匀速转动，线圈长为2L、宽为L，匝数为N，磁感应强度大小为B。理想变压器原、副线圈匝数比为，定值电阻，电阻箱的最大值为10R。不计线圈和导线的电阻，下列说法正确的是（　　） A．当线圈平面与磁场方向平行时，线圈产生的电动势为 B．当线圈平面与磁场方向平行时，线圈产生的电动势为 C．变压器输出功率的最大值为 D．变压器输出功率的最大值为 【答案】BD 【详解】AB．当线圈平面与磁场方向平行时，线圈产生的电动势为 故A错误，B正确； CD．将副线圈所在电路与变压器整体等效为一个等效电阻。 等效电阻 副线圈输出功率等于等效电阻的功率，等效电阻的功率为 根据数学方法可知当时，即时输出功率最大 代入解得输出功率最大为 故C错误，D正确； 故选BD。 三、实验题 13．某实验小组研究可拆式变压器原副线圈电压与匝数间的关系时发现标签脱落，变压器简图如图所示，为了查清原副线圈匝数，进行了如下操作： (1)原线圈接电压为的交流电源，原线圈匝数为，当副线圈匝数分别为、时，用交流电压表测得副线圈两端电压分别为、，若变压器为理想变压器，则原副线圈匝数 （用、、表示）， （用、、表示）。 (2)实验小组又找到一标签齐全的变压器，更换变压器后选择原副线圈匝数分别为、的绕组，然后原线圈接电压为的交流电源，用交流电压表测得副线圈两端电压为，改变输入电压的大小，获得多组数据后绘制图线发现是一条直线，斜率为k，由于铁芯存在漏磁，比较k与的值可以得到该变压器原副线圈电压之比 （选填“大于”“等于”或“小于”）原副线圈匝数之比。 【答案】(1) (2)大于 【详解】（1）由变压器电压与匝数比关系有 解得 （2）因变压器存在漏磁等原因，会导致变压器原副线圈电压之比大于原副线圈匝数之比。 14．(1)请根据变压器工作原理，完成以下问题： ①街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则导线较粗的线圈为 （选填“原”或“副”）线圈。 ②在“探究变压器线圆原、副电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表10V交流电压档测量相应电压，记录如下，从实验数据分析可知，原、副线圈的电压之比并不等于匝数之比，造成这种结果的可能原因是 200 400 400 800 100 100 200 400 4.0 8.2 6.1 9.6 1.9 2.0 2.9 4.6 (2)在利用如图乙所示装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验中，磁铁的N极向下运动时，电流从 （选填“+”或“-”）接线柱流入电流计；磁铁插入的速度越大，电流计指针偏转幅度越 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1) 副 漏磁、铁芯和导线发热 (2) - 大 【详解】（1）①[1]理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制。 ②[2]通过分析实验数据发现，每次实验，变压器副线圈输出电压总比理论值小，造成这种结果的主要原因是漏磁、铁芯和导线发热。 （2）[1]原磁场的方向向下，磁铁向下运动，磁通量增加，根据楞次定律，感应电流产生磁场的方向与原磁场的方向相反，由安培定则可知，电流应从“-”接线柱进入电流计； [2]磁通量的变化率越大即磁铁插入的速度越快，感应电动势越大，感应电流越大，电流计指针偏转幅度越大。 四、解答题 15．如图所示为远距离输电的原理图，降压变压器的原、副线圈匝数之比为n。电表均为理想电表，变压器均为理想变压器。 （1）若发电机输出电功率P不变，升压变压器的输出电压为U，若两变压器间输电线的总电阻r，则两变压器间输电线上的电流为多少？ （2）若发电机输出电压不变，用户端滑片移动，电压表示数变化，电流表示数变化，，则两变压器间输电线的总电阻r等于多少？（r恒定不变） 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）升压变压器为理想变压器，则升压变压器的输出功率等于输入功率P，根据欧姆定律 （2）由于发电机输出电压不变，则升压变压器输出电压也不变，令其为，设降压变压器原副线圈两端电压分别为，降压变压器原副线圈中的电流分别为，则有 在两个变压器中间的电路有 解得 1 学科网（北京）股份有限公司 $$