第3章 第3节 科学探究：变压器-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（鲁科版2019）

DISANZHANG 第3章 第3节　科学探究：变压器 1 1.理解变压器的构造及工作原理(重点)。 2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。 3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系(重难点)。 4.了解几种常见的变压器。 学习目标 2 一、变压器的工作原理 二、探究变压器电压与线圈匝数的关系 课时对点练 三、理想变压器的电压与匝数的关系 内容索引 四、几种常见的变压器 3 变压器的工作原理 一 4 如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连 接电路，接通电源，小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ 答案　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，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)若将原线圈接在恒定的直流电源上，小灯泡会发光吗？为什么？ 答案　不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 1.变压器的构造 (1)变压器：能 或 交变电流电压的装置。 (2)构造：由 和绕在铁芯上的两个或两个以上 的线圈组成，符号如图所示。 ①原线圈：与 连接的线圈，也叫 ，匝数用符号n1表示。 ②副线圈：与 连接的线圈，也叫 ，匝数用符号n2表示。 ③输入电压， 两端的电压，用符号 表示。 ④输出电压， 两端的电压，用符号 表示。 梳理与总结 升高 降低 闭合的铁芯 电源 初级线圈 负载 次级线圈 原线圈 U1 副线圈 U2 2.原理 如图所示，当原线圈两端加上交变电压时，就有 通过原线圈，并在铁芯中产生 ，铁芯中的磁通量发生变化，这个变化的磁通量在副线圈两端产生 。 交变电流 交变的磁场 感应电动势 3.工作原理图解 4.理想变压器 (1)概念： 的变压器叫作理想变压器。 (2)理想变压器特点： ①无铜损：原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热。 ②无铁损：不计闭合铁芯中的涡流。 ③无磁损：原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内。 忽略能量损耗 1.变压器的作用是改变电压，它能改变交变电流的周期和频率吗？ 思考与讨论 2.变压器能改变恒定电流的电压？ 答案　变压器不能改变交变电流的周期和频率。 答案　不能。变压器的工作原理是互感现象，而恒定电流不会产生互感现象。 3.铁芯的作用是什么？ 答案　铁芯可以使磁场集中，两个线圈通过一根铁芯使磁场的变化同步。 4.变压器铁芯为什么由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成？ 答案　为了减小涡流 (1)原副线圈绕在一个闭合铁芯上是为了减小磁场能的损失，有效地传送电能。(　　) (2)铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路造成危险。 (　　) (3)变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小。(　　) × √ √ 易错辨析 　关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 A.通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 例1 √ 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，故磁通量Φ变化，A错误； 因理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量相等，B错误； 由变压器的原理知，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，电流不通过铁芯，故D错误。 返回 二 探究变压器电压与线圈匝数的关系 16 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 两只多用电表、学生电源(低压交流电 源)、开关、可拆变压器、导线若干。 原理如图： 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，闭合开关，读出电压值，并记 录在表格中。 (3)保持原、副线圈匝数不变，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，记录每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4.数据分析 根据数据分析比值和之间的关系。 5.实验结论 在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比， 即。 = 6.注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先 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 ，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________ 挡测试，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 断开 12 V 最大量程 7.误差分析 (1)实验变压器存在能量损耗。 (2)电表的读数存在误差。 在上述实验中，慢慢抽出变压器的铁芯，原线圈和副线圈的电压测量结果如何？为什么？ 思考与讨论 答案　U1不变，U2减小，因为抽出铁芯后，线圈中有漏磁。 　(2023·泉州市高二期末)某同学用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。 (1)先将图甲中的零件组装成图乙中的变压器。再将原线圈接在交流电源上，之后再将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈输出电压U随时间t变化的图像如图丙所示，在保证安全的前提下，该同学可能在t1~t2时间内进行的操作是　　。  A.减少了原线圈的匝数 B.减少了原线圈的输入电压 C.增大了交流电源的频率 D.拔掉了变压器铁芯Q 例2 A 由题图丙可知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据=，减少了原线圈的匝数，副线圈输出电压U2增大，故A正确； 若减少了原线圈的输入电压，副线圈输出电压U2减小，故B错误； 只增大交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故C错误； 拔掉了变压器铁芯Q，副线圈输出电压U2减小，故D错误。 (2)用匝数na=50匝和nb=150匝的变压器，实验测量数据如下表。 U/V 1.25 2.61 3.30 Ub/V 3.80 7.92 9.98 根据测量数据可判断连接电源的线圈是　　。(选填“na”或“nb”)  nb 由表中数据可知，≠，变压器存在漏磁现象，副线圈两端测量值小于理论值，所以连接电源的线圈是nb。 (3)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为　　。  A.原、副线圈通电发热 B.铁芯在交变磁场作用下产生涡流 C.变压器铁芯“漏磁” D.原线圈输入电压发生变化 D 原、副线圈通电发热、铁芯在交变磁场作用下产生涡流，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故A、B正确； 变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，故C正确； 原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D错误。 　(多选)如图所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是 A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不 　同匝数的线圈 B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动 　势和内阻”实验中的直流电压表 C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压大于原线 　圈电压 D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研 　究其对副线圈电压的影响 例3 √ √ 变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆变压器研究，选项A正确； 变压器只对交流电压有作用，故不能用直流电压表测量原、副线圈的电压，选项B错误； 根据输入、输出电压之比等于原、副线圈匝数之比可知，原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压小于原线圈电压，选项C错误； 探究副线圈电压与匝数的关系，采用控制变量法，故D正确。 返回 理想变压器的电压与匝数的关系 三 30 理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即=。 (1)当n2>n1时， ，这种变压器称为升压变压器。 (2)当n2<n1时， ，这种变压器称为降压变压器。 U2>U1 U2<U1 原线圈从电源处获得电能，通过电磁感应给予副线圈向负载供电的能力。 1.理想变压器在忽略线圈电阻，漏磁和铁芯中涡流现象，即忽略各种电磁能量损失的前提下，输入功率和输出功率相等吗？ 思考与讨论 答案　P1=P2 2.若只有一组副线圈，你能得出变压器的电流关系是怎样的？ 答案　P1=P2 U1I1=U2I2 又因为= 所以== 3.变压器的电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系，对于某时刻瞬时值，这些关系成立吗？ 答案　不成立 　(2023·南安市高二月考)理想变压器原线圈1 400匝，副线圈700匝并接有电阻R。当变压器工作时原、副线圈中 A.电流的频率之比2∶1 B.功率之比2∶1 C.电流之比2∶1 D.电压之比2∶1 例4 √ 变压器不会改变电流的频率，所以原、副线圈中电流频率比为1∶1，所以A错误。 变压器的原线圈和副线圈的功率是相同的，即P1=P2，所以原、副线圈中功率之比为1∶1，所以B错误。 电流与匝数成反比，所以有电流关系为==，所以C错误。 电压与匝数成正比，所以有==，所以D正确。 　(2023·广州市期末)如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦式交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R=44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A。电表均为理想电表，下列判断正确的是 A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1 B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1 C.电流表A2的示数为0.1 A D.R消耗的功率为1.76 W 例5 √ 线圈的输入功率P1=U1I1=220×0.2 W=44 W，根据理想变压器输入功率等于输出功率，则副线圈上R消耗的电功率也是44 W，根据P2=，变压器的副线圈电压U2== V= 44 V，所以===，故A、D错误，B正确； 根据=得I2=×I1=5×0.2 A=1.0 A，故C错误。 返回 几种常见的变压器 四 38 1.自耦变压器 图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是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；如果把线圈的一部分作为原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，A、B之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以连续或较大范围内调节输出电压U2。 2.互感器 分类 电压互感器 电流互感器 原理图     原线圈的连接 在高压电路中接在火线和零线间 在待测电路中接在火线上 副线圈的连接 连接_______ 连接_______ 并联 串联 电压表 电流表 分类 电压互感器 电流互感器 互感器的作用 测高电压，将 电压变为 电压(降压变压器) 测大电流，将 电流变成___电流(升压变压器) 利用的关系式 =(n1>n2) I1n1=I2n2(n1<n2) 高 低 大 小 　(多选)如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间的电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为100 V，交流电流表的示数为1 A，则 A.b是交流电压表 B.T2的原、副线圈匝数比为100∶1 C.高压线路输送的电流为1 A D.高压线路输送的电功率为2.2×104 kW 例6 √ √ T1是电流互感器，a是交流电流表，T2是电压互感器，b是交流电压表，故A正确； 对T2，根据电压与匝数成正比，则= =，故B错误； 对T1，根据电流与匝数成反比==，得I1=100 A，故C错误； 电功率P=UI=220 kV×100 A=2.2×104 kW，故D正确。 返回 课时对点练 五 44 考点一　变压器的工作原理 1.(2024·绍兴市会稽联盟高二期末)关于理想变压器，下列说法正确的是 A.理想变压器可以改变交变电流的频率 B.理想变压器可以改变输送电功率的大小 C.当理想变压器副线圈空载时，副线圈负载电阻为零 D.当理想变压器副线圈空载时，副线圈两端电压不为零，输出功率为零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 13 14 变压器不能改变交变电流的频率，故A错误； 理想变压器输入功率等于输出功率，故B错误； 空载相当于电阻无穷大，副线圈两端电压不为零，但输出电流为零，输出功率为零，故C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2.(2023·厦门市高二期中)如图所示，电流互感器是一种测量大电流的仪器，将待测通电导线绕过铁芯作为原线圈、副线圈两端接在电流表上，则该电流互感器 A.电流表示数为电流的瞬时值 B.能测量直流输电电路的电流 C.原、副线圈电流的频率不同 D.副线圈的电流小于原线圈的电流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 交流电流表的示数为电流的有效值，故A 错误； 电流互感器的工作原理是电磁感应现象， 因此不能测量直流输电电路的电流，故B错误； 变压器不改变交流电的频率，因此变压器原、副线圈电流的频率相同，故C错误； 根据理想变压器电流与匝数比关系可得=，由于原线圈匝数小于 副线圈匝数，可知副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确。 14 考点二　探究变压器电压与线圈匝数的关系 3.(2024·山东省临清市高二月考)某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，把铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。 (1)下列说法正确的是　　。  A.为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源 B.变压器中铁芯是整块硅钢 C.保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的 　匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D.变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 C 14 热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，选项B错误； 研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对输出电压的影响，选项C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 变压器改变的是交变电压，因此原线圈不能接低压直流电源，选项A错误； 因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块硅钢，会产生很大的涡流发热，当 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，选项D错误。 14 (2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下，由数据可知N1一定是　　线圈的匝数(填“原”或“副”)。  根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系：　　　　　　　　　　　　　　 　　　。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 副 N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 原、副线圈两端电压之比等于匝数之比 14 由表中数据可知<，考虑漏磁影响，原线圈与副线圈电压比大于匝数比，可知N1是副线圈； 由表可知，在实验误差允许的范围内，原、副线圈两端电压之比等于匝数之比，即=。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 14 (3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为　　(填“原”或“副”)线圈。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 原 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，故应将较细的线圈作为原线圈。 14 4.(2023·厦门市高二月考)在实验室中探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系时，同学们发现以下几个问题，并展开了讨论。 (1)观察变压器的铁芯，发现它的结构和材料是　　；  A.整块硅钢铁芯 B.整块不锈钢铁芯 C.绝缘的硅钢片叠成 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 C 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，之所以做成这种结构，一方面是防止磁漏，另一方面尽量减少涡流造成的能量损失，故C正确，A、B错误。 14 (2)观察原副线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数　　(填“多”或“少”)；  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 少 观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据=可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。 14 (3)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是　　；  A.控制变量法 B.等效替代法 C.整体隔离法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 实验中需要运用的科学方法是控制变量，故A正确，B、C错误。 14 (4)实验中将电源接在原线圈两个接线柱之间，调整原 副线圈的匝数之比为2∶3，用电压表测得副线圈的两 个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可 能为　　。  A.1.8 V　　　　B.2.0 V　　　　C.2.2 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 C 若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系= 原副线圈的匝数之比为2∶3，用电压表测得副线圈的两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的电压为2 V。考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于2 V，可能为2.2 V。 14 考点三　变压器的基本规律 5.(2023·芜湖市月考)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电阻R=2 Ω，电流表示数为1 A，各电表均为理想电表，则下列说法正确的是 A.电压表的示数为20 V B.流经电阻R的电流大小为0.1 A C.电阻R消耗的电功率是400 W D.该变压器为升压变压器 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 电阻R消耗的电功率P=R=102×2 W=200 W，C错误； 由于变压器原线圈的匝数大于副线圈的匝数，故该变压器为降压变压器，D错误。 根据=可知，输出电流I2=I1=×1 A= 10 A，故电压表示数U=I2R=10×2 V=20 V，A正确，B错误； 14 6.(2023·莆田市高二期中)某理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶9，原线圈所接电源电压的变化规律如图所示，副线圈接有负载。下列判断正确的是 A.输出电压的最大值为36 V B.原、副线圈中电流之比为55∶9 C.该理想变压器的输入、输出功率 　之比为55∶9 D.原线圈两端电压有效值为220 V，频率为50 Hz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 输出电压的有效值U2=U1=36 V，故输出电压的最大值U2max=36 V， A错误； 由于==，B错误； 理想变压器的输入功率与输出功率相等，C错误。 由题图可知原线圈两端电压的有效值U1==220 V，频率f==50 Hz，D正确； 14 7.某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压 A.降低2 V B.增加2 V C.降低200 V D.增加200 V √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由==，代入数据得ΔU2=200 V，故D正确。 14 考点四　几种常见的变压器 8.为了能安全对某一高电压U、高电流I的线路进行测定，图中接法可行的是(绕组匝数n1>n2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电压互感器的原线圈应并联在高压线路中，副线圈接电压表，且原线圈匝数应大于副线圈的匝数，B正确，D错误； 电流互感器的原线圈应串联在高压线路中，副线圈接电流表，且原线圈匝数应小于副线圈的匝数，A、C错误。 13 14 9.某理想自耦变压器接入电路中的示意图如图甲所示，其输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示。已知滑动触头P0在图示位置时，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=10∶1，电阻R=22 Ω。下列说法正确的是 A.通过R的交变电流的频 　率为100 Hz B.电流表A2的示数为2 A C.此时变压器的输入功率为22 W D.将P0沿逆时针方向转动一些，电流表A1的示数变小 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 不改变频率，故通过R的交变电流的频率也为50 Hz，选项A错误； 输入电压的最大值为Um=220 V，有效值为U1=220 V，则副线圈两端的电压为U2=U1=220× V=22 V，所以通过电阻R的电流即电流表A2的示数为I2== A=1 A，选项B错误； 由题图乙可知，该交变电流的周期为T=0.02 s，其频率为f==50 Hz，变压器 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 将P0沿逆时针方向转动一些，变压器的副线圈匝数增多，输出电压变大，输出功率变大，输入功率变大，所以输入电流也变大，故电流表A1的示数变大，选项D错误。 变压器的输出功率为P'=　U2I2=22×1 W=22 W，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P=P'=22 W，选项C正确； 14 10.(2024·福建省长泰第二中学高二月考)图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为如图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈两端接交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。则 A.电压表的示数等于5 V B.实现点火的条件是>1 000 C.t=0.2 s时电压表的示数为0 D.要使点火装置正常工作，转换器输出的一定为正弦式交流电 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 能力综合练 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据电压与匝数成正比可知= 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，解得>1 000，故B正确； 13 由题图乙，可得电压的最大值为5 V，则电压表的示数为有效值，即U1== V，故A错误； 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 只要转换器输出变化的电流，点火装置就可能正常工作，故转换器输出的不一定为正弦式交变电流，故D错误。 13 t=0.2 s时，电压表的示数为电压的有效值U1== V，C错误； 14 11.(2023·平顶山市期末)含有理想变压器的电路如图所示，L1、L2、L3、L4为规格相同的四只灯泡，a、b端接正弦式交流电源，电源的输出电压的有效值恒定。若开关S闭合后，四只灯泡均正常发光，则变压器原、副线圈匝数比为 A.1∶1 B.3∶1 C.1∶3 D.4∶1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 四只灯泡均正常发光，设原线圈中的电流为I，则副线圈中干路电流为3I，根据变压器电流关系得n1∶n2=I2∶I1=3∶1，B正确，A、C、D错误。 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.(多选)(2023·厦门市高二月考)如图所示的电路，变压器为理想自耦变压器，滑动触头P可控制原线圈的匝数，已知电动机的额定功率为80 W、额定电压为40 V，电动机的内阻为1 Ω，灯泡L的额定功率为20 W、额定电压为10 V。现在原线圈两端接正弦交流电压，当滑动触头位于某位置时，电动机和灯泡刚好正常工作，理想交流电流表的示数为10 A。则下列说法正确的是 A.电动机正常工作时的输出功率为4 W B.定值电阻的阻值为15 Ω C.原线圈两端所加交流电压的最大值为16 V D.原、副线圈的匝数比为5∶2 √ √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 通过电动机的电流IM== A=2 A 电动机正常工作时的输出功率为P出= P电-P热=P电-RM=80 W-22×1 W=76 W，故A错误； 通过灯泡的电流为IL== A=2 A 定值电阻的阻值为R== Ω=15 Ω，故B正确； 副线圈电流I2=IL+IM=2 A+2 A=4 A 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 理想变压器原副线圈匝数比等于电流的 反比，有n1∶n2=I2∶I1=4∶10=2∶5，故 D错误； 理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，有U1∶U2=n1∶n2=2∶5 代入数据解得U1=16 V 原线圈两端所加交流电压的最大值为Um=U1=16 V，故C正确。 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.(2022·山东卷)如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcos (100πt)。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W。下列说法正确的是 A.n1为1 100匝，Um为220 V B.BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C.若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频 　率为100 Hz D.若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 与单匝线圈的匝数比为=，解得原线圈为2 200匝，A错误； 根据题图可知，当原线圈输入电压为220 V时，BC间的电压为UBC==12 V，故BC间的线圈与单匝线圈匝数关系有=，则BC间的线圈匝数为120匝，流过R的电流为IBC===1 A，B错误； 变压器的输入电压为220 V，原线圈的交流电压与时间成余弦函数关系，故输入交流电压的最大值为220 V，根据理想变压器原线圈 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 的角速度为100π rad/s，故交流电的频率为f===50 Hz，C错误； 若将R接在AC两端，根据题图可知，当原线圈输入电压为220 V时，AC间的电压为30 V，根据欧姆定律可知，流过电阻R的电流为IAC== A=2.5 A，交流电的周期为T==0.02 s，D正确。 若将R接在AB两端，根据题图可知，当原线圈输入电压为220 V时，AB间的电压为18 V。根据交流电原线圈电压的表达式可知，交流电 14 14.(2023·张家口市高二期末)一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1，电阻R1和R2阻值分别为3 Ω和1 Ω，电流表、电压表均为理想电表，a、b端输入的电流如图乙所示，下列说法正确的是 A.电流表的示数为 A B.电压表的示数为 V C.0~0.04 s内，电阻R2产生的焦耳热为0.32 J D.0.07 s时，通过电阻R1的电流为 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 尖子生选练 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设电流表示数为I1，根据有效值定义有RT=()2R·+R·，解得I1=1.5 A，A错误； 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 原线圈中只有交流部分电流才能输出到副线圈中，故副线圈中交流部分的电流最大值为I1m=3 A，设副线圈电流的有效值为I2，则RT=R·+0，解得I2= A，因此电压表的示数U=I2R2= ×1 V= V，B正确； 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0~0.04 s内，电阻R2产生的焦耳热为Q=R2t=()2×1×0.04 J=0.27 J，C错误； 由题图乙可知，在0.07 s前后，原线圈中的电流不变化，则副线圈中没有感应电流，所以通过电阻R1的瞬时电流为0，D错误。 返回 14 BENKEJIESHU 本课结束 $$ 第3节　科学探究：变压器 ［学习目标］　1.理解变压器的构造及工作原理(重点)。2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系(重难点)。4.了解几种常见的变压器。 一、变压器的工作原理 如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路，接通电源，小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ (2)若将原线圈接在恒定的直流电源上，小灯泡会发光吗？为什么？ 答案　(1)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，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 1.变压器的构造 (1)变压器：能升高或降低交变电流电压的装置。 (2)构造：由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，符号如图所示。 ①原线圈：与电源连接的线圈，也叫初级线圈，匝数用符号n1表示。 ②副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈，匝数用符号n2表示。 ③输入电压，原线圈两端的电压，用符号U1表示。 ④输出电压，副线圈两端的电压，用符号U2表示。 2.原理 如图所示，当原线圈两端加上交变电压时，就有交变电流通过原线圈，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中的磁通量发生变化，这个变化的磁通量在副线圈两端产生感应电动势。 3.工作原理图解 4.理想变压器 (1)概念：忽略能量损耗的变压器叫作理想变压器。 (2)理想变压器特点： ①无铜损：原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热。 ②无铁损：不计闭合铁芯中的涡流。 ③无磁损：原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内。 1.变压器的作用是改变电压，它能改变交变电流的周期和频率吗？ 答案　变压器不能改变交变电流的周期和频率。 2.变压器能改变恒定电流的电压？ 答案　不能。变压器的工作原理是互感现象，而恒定电流不会产生互感现象。 3.铁芯的作用是什么？ 答案　铁芯可以使磁场集中，两个线圈通过一根铁芯使磁场的变化同步。 4.变压器铁芯为什么由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成？ 答案　为了减小涡流 (1)原副线圈绕在一个闭合铁芯上是为了减小磁场能的损失，有效地传送电能。(　√　) (2)铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路造成危险。(　×　) (3)变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小。(　√　) 例1　关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A.通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 答案　C 解析　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，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量相等，B错误；由变压器的原理知，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，电流不通过铁芯，故D错误。 二、探究变压器电压与线圈匝数的关系 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 两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。原理如图： 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，闭合开关，读出电压值，并记录在表格中。 (3)保持原、副线圈匝数不变，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，记录每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4.数据分析 根据数据分析比值和之间的关系。 5.实验结论 在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比，即=。 6.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，先用最大量程挡测试，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 7.误差分析 (1)实验变压器存在能量损耗。 (2)电表的读数存在误差。 在上述实验中，慢慢抽出变压器的铁芯，原线圈和副线圈的电压测量结果如何？为什么？ 答案　U1不变，U2减小，因为抽出铁芯后，线圈中有漏磁。 例2　(2023·泉州市高二期末)某同学用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。 (1)先将图甲中的零件组装成图乙中的变压器。再将原线圈接在交流电源上，之后再将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈输出电压U随时间t变化的图像如图丙所示，在保证安全的前提下，该同学可能在t1~t2时间内进行的操作是　　　　。  A.减少了原线圈的匝数 B.减少了原线圈的输入电压 C.增大了交流电源的频率 D.拔掉了变压器铁芯Q (2)用匝数na=50匝和nb=150匝的变压器，实验测量数据如下表。 U/V 1.25 2.61 3.30 Ub/V 3.80 7.92 9.98 根据测量数据可判断连接电源的线圈是　　　　。(选填“na”或“nb”)  (3)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为　　　　。  A.原、副线圈通电发热 B.铁芯在交变磁场作用下产生涡流 C.变压器铁芯“漏磁” D.原线圈输入电压发生变化 答案　(1)A　(2)nb　(3)D 解析　(1)由题图丙可知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据=，减少了原线圈的匝数，副线圈输出电压U2增大，故A正确； 若减少了原线圈的输入电压，副线圈输出电压U2减小，故B错误； 只增大交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故C错误； 拔掉了变压器铁芯Q，副线圈输出电压U2减小，故D错误。 (2)由表中数据可知，≠，变压器存在漏磁现象，副线圈两端测量值小于理论值，所以连接电源的线圈是nb。 (3)原、副线圈通电发热、铁芯在交变磁场作用下产生涡流，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故A、B正确； 变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，故C正确； 原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D错误。 例3　(多选)如图所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是(　　) A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈 B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表 C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压大于原线圈电压 D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响 答案　AD 解析　变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆变压器研究，选项A正确；变压器只对交流电压有作用，故不能用直流电压表测量原、副线圈的电压，选项B错误；根据输入、输出电压之比等于原、副线圈匝数之比可知，原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压小于原线圈电压，选项C错误；探究副线圈电压与匝数的关系，采用控制变量法，故D正确。 三、理想变压器的电压与匝数的关系 理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即=。 (1)当n2 >n1时，U2>U1，这种变压器称为升压变压器。 (2)当n2<n1时，U2<U1，这种变压器称为降压变压器。 原线圈从电源处获得电能，通过电磁感应给予副线圈向负载供电的能力。 1.理想变压器在忽略线圈电阻，漏磁和铁芯中涡流现象，即忽略各种电磁能量损失的前提下，输入功率和输出功率相等吗？ 答案　P1=P2 2.若只有一组副线圈，你能得出变压器的电流关系是怎样的？ 答案　P1=P2 U1I1=U2I2 又因为= 所以== 3.变压器的电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系，对于某时刻瞬时值，这些关系成立吗？ 答案　不成立 例4　(2023·南安市高二月考)理想变压器原线圈1 400匝，副线圈700匝并接有电阻R。当变压器工作时原、副线圈中(　　) A.电流的频率之比2∶1 B.功率之比2∶1 C.电流之比2∶1 D.电压之比2∶1 答案　D 解析　变压器不会改变电流的频率，所以原、副线圈中电流频率比为1∶1，所以A错误。 变压器的原线圈和副线圈的功率是相同的，即P1=P2，所以原、副线圈中功率之比为1∶1，所以B错误。 电流与匝数成反比，所以有电流关系为==，所以C错误。 电压与匝数成正比，所以有==，所以D正确。 例5　(2023·广州市期末)如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦式交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R=44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A。电表均为理想电表，下列判断正确的是(　　) A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1 B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1 C.电流表A2的示数为0.1 A D.R消耗的功率为1.76 W 答案　B 解析　线圈的输入功率P1=U1I1=220×0.2 W=44 W，根据理想变压器输入功率等于输出功率，则副线圈上R消耗的电功率也是44 W，根据P2=，变压器的副线圈电压U2== V=44 V，所以===，故A、D错误，B正确；根据=得I2=×I1=5×0.2 A=1.0 A，故C错误。 四、几种常见的变压器 1.自耦变压器 图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是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；如果把线圈的一部分作为原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，A、B之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以连续或较大范围内调节输出电压U2。 2.互感器 分类 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中接在火线和零线间 串联在待测电路中接在火线上 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 测高电压，将高电压变为低电压(降压变压器) 测大电流，将大电流变成小电流(升压变压器) 利用的关系式 =(n1>n2) I1n1=I2n2(n1<n2) 例6　(多选)如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间的电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为100 V，交流电流表的示数为1 A，则(　　) A.b是交流电压表 B.T2的原、副线圈匝数比为100∶1 C.高压线路输送的电流为1 A D.高压线路输送的电功率为2.2×104 kW 答案　AD 解析　T1是电流互感器，a是交流电流表，T2是电压互感器，b是交流电压表，故A正确；对T2，根据电压与匝数成正比，则==，故B错误；对T1，根据电流与匝数成反比=，即=，得I1=100 A，故C错误；电功率P=UI=220 kV×100 A=2.2×104 kW，故D正确。 　　　　课时对点练　［分值：100分］ 1、2、5~9题每题6分，3、4题每题8分，共58分 考点一　变压器的工作原理 1.(2024·绍兴市会稽联盟高二期末)关于理想变压器，下列说法正确的是(　　) A.理想变压器可以改变交变电流的频率 B.理想变压器可以改变输送电功率的大小 C.当理想变压器副线圈空载时，副线圈负载电阻为零 D.当理想变压器副线圈空载时，副线圈两端电压不为零，输出功率为零 答案　D 解析　变压器不能改变交变电流的频率，故A错误；理想变压器输入功率等于输出功率，故B错误；空载相当于电阻无穷大，副线圈两端电压不为零，但输出电流为零，输出功率为零，故C错误，D正确。 2.(2023·厦门市高二期中)如图所示，电流互感器是一种测量大电流的仪器，将待测通电导线绕过铁芯作为原线圈、副线圈两端接在电流表上，则该电流互感器(　　) A.电流表示数为电流的瞬时值 B.能测量直流输电电路的电流 C.原、副线圈电流的频率不同 D.副线圈的电流小于原线圈的电流 答案　D 解析　交流电流表的示数为电流的有效值，故A错误；电流互感器的工作原理是电磁感应现象，因此不能测量直流输电电路的电流，故B错误；变压器不改变交流电的频率，因此变压器原、副线圈电流的频率相同，故C错误；根据理想变压器电流与匝数比关系可得=，由于原线圈匝数小于副线圈匝数，可知副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确。 考点二　探究变压器电压与线圈匝数的关系 3.(8分)(2024·山东省临清市高二月考)某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，把铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。 (1)(2分)下列说法正确的是　　　　。  A.为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源 B.变压器中铁芯是整块硅钢 C.保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D.变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 (2)(4分)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下，由数据可知N1一定是　　　　线圈的匝数(填“原”或“副”)。  根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系：　　　　。  N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 (3)(2分)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为　　　　(填“原”或“副”)线圈。  答案　(1)C　(2)副　原、副线圈两端电压之比等于匝数之比　(3)原 解析　(1)变压器改变的是交变电压，因此原线圈不能接低压直流电源，选项A错误；因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块硅钢，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，选项B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对输出电压的影响，选项C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，选项D错误。 (2)由表中数据可知<，考虑漏磁影响，原线圈与副线圈电压比大于匝数比，可知N1是副线圈； 由表可知，在实验误差允许的范围内，原、副线圈两端电压之比等于匝数之比，即=。 (3)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，故应将较细的线圈作为原线圈。 4.(8分)(2023·厦门市高二月考)在实验室中探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系时，同学们发现以下几个问题，并展开了讨论。 (1)(2分)观察变压器的铁芯，发现它的结构和材料是　　　　；  A.整块硅钢铁芯 B.整块不锈钢铁芯 C.绝缘的硅钢片叠成 (2)(2分)观察原副线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数　　　　(填“多”或“少”)；  (3)(2分)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是　　　　；  A.控制变量法 B.等效替代法 C.整体隔离法 (4)(2分)实验中将电源接在原线圈两个接线柱之间，调整原副线圈的匝数之比为2∶3，用电压表测得副线圈的两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为　　　　。  A.1.8 V　　　　B.2.0 V　　　　C.2.2 V 答案　(1)C　(2)少　(3)A　(4)C 解析　(1)观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，之所以做成这种结构，一方面是防止磁漏，另一方面尽量减少涡流造成的能量损失，故C正确，A、B错误。 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据=可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。 (3)实验中需要运用的科学方法是控制变量，故A正确，B、C错误。 (4)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系= 原副线圈的匝数之比为2∶3，用电压表测得副线圈的两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的电压为2 V。考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于2 V，可能为2.2 V。 考点三　变压器的基本规律 5.(2023·芜湖市月考)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电阻R=2 Ω，电流表示数为1 A，各电表均为理想电表，则下列说法正确的是(　　) A.电压表的示数为20 V B.流经电阻R的电流大小为0.1 A C.电阻R消耗的电功率是400 W D.该变压器为升压变压器 答案　A 解析　根据=可知，输出电流I2=I1=×1 A=10 A，故电压表示数U=I2R=10×2 V=20 V，A正确，B错误；电阻R消耗的电功率P=R=102×2 W=200 W，C错误；由于变压器原线圈的匝数大于副线圈的匝数，故该变压器为降压变压器，D错误。 6.(2023·莆田市高二期中)某理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶9，原线圈所接电源电压的变化规律如图所示，副线圈接有负载。下列判断正确的是(　　) A.输出电压的最大值为36 V B.原、副线圈中电流之比为55∶9 C.该理想变压器的输入、输出功率之比为55∶9 D.原线圈两端电压有效值为220 V，频率为50 Hz 答案　D 解析　由题图可知原线圈两端电压的有效值U1==220 V，频率f==50 Hz，D正确；输出电压的有效值U2=U1=36 V，故输出电压的最大值U2max=36 V，A错误；由于==，B错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，C错误。 7.某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压(　　) A.降低2 V B.增加2 V C.降低200 V D.增加200 V 答案　D 解析　由=知=，代入数据得ΔU2=200 V，故D正确。 考点四　几种常见的变压器 8.为了能安全对某一高电压U、高电流I的线路进行测定，图中接法可行的是(绕组匝数n1>n2)(　　) 答案　B 解析　电压互感器的原线圈应并联在高压线路中，副线圈接电压表，且原线圈匝数应大于副线圈的匝数，B正确，D错误；电流互感器的原线圈应串联在高压线路中，副线圈接电流表，且原线圈匝数应小于副线圈的匝数，A、C错误。 9.某理想自耦变压器接入电路中的示意图如图甲所示，其输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示。已知滑动触头P0在图示位置时，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=10∶1，电阻R=22 Ω。下列说法正确的是(　　) A.通过R的交变电流的频率为100 Hz B.电流表A2的示数为2 A C.此时变压器的输入功率为22 W D.将P0沿逆时针方向转动一些，电流表A1的示数变小 答案　C 解析　由题图乙可知，该交变电流的周期为T=0.02 s，其频率为f==50 Hz，变压器不改变频率，故通过R的交变电流的频率也为50 Hz，选项A错误；输入电压的最大值为Um=220 V，有效值为U1=220 V，则副线圈两端的电压为U2=U1=220× V=22 V，所以通过电阻R的电流即电流表A2的示数为I2== A=1 A，选项B错误；变压器的输出功率为P'=U2I2=22×1 W=22 W，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P=P'=22 W，选项C正确；将P0沿逆时针方向转动一些，变压器的副线圈匝数增多，输出电压变大，输出功率变大，输入功率变大，所以输入电流也变大，故电流表A1的示数变大，选项D错误。 10~13题每题8分，共32分 10.(2024·福建省长泰第二中学高二月考)图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为如图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈两端接交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。则(　　) A.电压表的示数等于5 V B.实现点火的条件是>1 000 C.t=0.2 s时电压表的示数为0 D.要使点火装置正常工作，转换器输出的一定为正弦式交流电 答案　B 解析　由题图乙，可得电压的最大值为5 V，则电压表的示数为有效值，即U1== V，故A错误； 根据电压与匝数成正比可知= 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，解得>1 000，故B正确； t=0.2 s时，电压表的示数为电压的有效值U1== V，C错误； 只要转换器输出变化的电流，点火装置就可能正常工作，故转换器输出的不一定为正弦式交变电流，故D错误。 11.(2023·平顶山市期末)含有理想变压器的电路如图所示，L1、L2、L3、L4为规格相同的四只灯泡，a、b端接正弦式交流电源，电源的输出电压的有效值恒定。若开关S闭合后，四只灯泡均正常发光，则变压器原、副线圈匝数比为(　　) A.1∶1 B.3∶1 C.1∶3 D.4∶1 答案　B 解析　四只灯泡均正常发光，设原线圈中的电流为I，则副线圈中干路电流为3I，根据变压器电流关系得n1∶n2=I2∶I1=3∶1，B正确，A、C、D错误。 12.(多选)(2023·厦门市高二月考)如图所示的电路，变压器为理想自耦变压器，滑动触头P可控制原线圈的匝数，已知电动机的额定功率为80 W、额定电压为40 V，电动机的内阻为1 Ω，灯泡L的额定功率为20 W、额定电压为10 V。现在原线圈两端接正弦交流电压，当滑动触头位于某位置时，电动机和灯泡刚好正常工作，理想交流电流表的示数为10 A。则下列说法正确的是(　　) A.电动机正常工作时的输出功率为4 W B.定值电阻的阻值为15 Ω C.原线圈两端所加交流电压的最大值为16 V D.原、副线圈的匝数比为5∶2 答案　BC 解析　通过电动机的电流IM== A=2 A 电动机正常工作时的输出功率为P出=P电-P热=P电-RM=80 W-22×1 W=76 W，故A错误； 通过灯泡的电流为IL== A=2 A 定值电阻的阻值为R== Ω=15 Ω，故B正确； 副线圈电流I2=IL+IM=2 A+2 A=4 A 理想变压器原副线圈匝数比等于电流的反比，有n1∶n2=I2∶I1=4∶10=2∶5，故D错误； 理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，有U1∶U2=n1∶n2=2∶5 代入数据解得U1=16 V 原线圈两端所加交流电压的最大值为Um=U1=16 V，故C正确。 13.(2022·山东卷)如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcos (100πt)。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W。下列说法正确的是(　　) A.n1为1 100匝，Um为220 V B.BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C.若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz D.若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s 答案　D 解析　变压器的输入电压为220 V，原线圈的交流电压与时间成余弦函数关系，故输入交流电压的最大值为220 V，根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为=，解得原线圈为2 200匝，A错误；根据题图可知，当原线圈输入电压为220 V时，BC间的电压为UBC==12 V，故BC间的线圈与单匝线圈匝数关系有=，则BC间的线圈匝数为120匝，流过R的电流为IBC===1 A，B错误；若将R接在AB两端，根据题图可知，当原线圈输入电压为220 V时，AB间的电压为18 V。根据交流电原线圈电压的表达式可知，交流电的角速度为100π rad/s，故交流电的频率为f===50 Hz，C错误；若将R接在AC两端，根据题图可知，当原线圈输入电压为220 V时，AC间的电压为30 V，根据欧姆定律可知，流过电阻R的电流为IAC== A=2.5 A，交流电的周期为T==0.02 s，D正确。 (10分) 14.(2023·张家口市高二期末)一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1，电阻R1和R2阻值分别为3 Ω和1 Ω，电流表、电压表均为理想电表，a、b端输入的电流如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A.电流表的示数为 A B.电压表的示数为 V C.0~0.04 s内，电阻R2产生的焦耳热为0.32 J D.0.07 s时，通过电阻R1的电流为 A 答案　B 解析　设电流表示数为I1，根据有效值定义有RT=()2R·+R·，解得I1=1.5 A，A错误；原线圈中只有交流部分电流才能输出到副线圈中，故副线圈中交流部分的电流最大值为I1m=3 A，设副线圈电流的有效值为I2，则RT=R·+0，解得I2= A，因此电压表的示数U=I2R2=×1 V= V，B正确；0~0.04 s内，电阻R2产生的焦耳热为Q=R2t=()2×1×0.04 J=0.27 J，C错误；由题图乙可知，在0.07 s前后，原线圈中的电流不变化，则副线圈中没有感应电流，所以通过电阻R1的瞬时电流为0，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$