3.3 变压器（教用Word）-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

3．3　变压器 学习目标 1.知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。 2．知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。 3．经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，进一步提高科学探究的能力。 4．在实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。 一、变压器的原理 1．变压器的构造 由 闭合铁芯 和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示 (1)原线圈：与 交流电源 连接的线圈，也叫 初级线圈 。 (2)副线圈：与 负载 连接的线圈，也叫 次级线圈 。 2．原理： 互感 现象是变压器的工作基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的 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．作用：改变交变电流的 电压 ，不改变交变电流的 周期 和 频率 。 4．注意 (1)变压器不改变交变电流的周期和频率。 (2)变压器只对变化的电流起作用，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。 二、电压与匝数的关系 1．理想变压器 (1)定义：没有 能量 损失的变压器。 (2)特点 ①变压器铁芯内无漏磁。 ②原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。 ③铁芯中不产生涡流。 2．原、副线圈的电压关系 (1)对理想变压器，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝ 。 (2)由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝ 。当有多组线圈时，则有＝＝… 3．两类变压器 (1)降压变压器： 副线圈 的电压比 原线圈 电压低的变压器。 (2)升压变压器： 副线圈 的电压比 原线圈 电压高的变压器。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误。 (1)变压器的原、副线圈没有导线连接，副线圈不能输出电流。(　　) (2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的，两个线圈间是绝缘的。(　　) (3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。(　　) (4)理想变压器的输入功率和输出功率相等。(　　) (5)实际生活中不存在原、副线圈匝数相等的变压器。(　　) (6)＝适用于任何理想变压器。(　　) 【答案】　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)× 2．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流。已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为 ________ ，输出功率为 ________ ，变压器原线圈中的电流为 ________ 。 【答案】　250 V　50 kW　5 A 一、变压器的原理 如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光。 (1)闭合铁芯的作用是什么？ (2)两个线圈并没有直接接触，小灯泡为什么能发光？ 【答案】　(1)闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使原、副线圈的磁通量变化情况基本相同。 (2)原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光。 1．理想变压器的特点 (1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。 (2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。 (3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。 (4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。 2．工作原理 变压器的变压原理是电磁感应，如图所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于互感现象，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线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。 　(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能 B．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 C．变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小 D．当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出 【解析】　铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器。 【答案】　ACD 核心素养·思维升华 理想变压器的三点注意 (1)变压器不能改变直流电压。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量。 ◆针对训练1　下列关于变压器的说法正确的是(　　) A．变压器工作的基础是自感现象 B．在原线圈中，电能转化为磁场能 C．电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起 D．变压器对恒定电流也能变压 【解析】　变压器工作的基础是原、副线圈的互相感应，并不是自感现象，在原线圈中电能转化为磁场能，副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，变压器只能对变化的电流有变压作用，综上所述，B正确 【答案】　B 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 2．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、副线圈电压与匝数的关系。 3．实验器材 多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图所示) 4．物理量的测量 (1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。实物接线如下图所示。 表格一　U1＝5 V，n1＝400 匝 实验次数 1 2 3 n2/匝 U2/V ①选择n1＝400 匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。 ②将选择开关调至5 V挡，使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示。 ③将多用电表与副线圈n2＝200 匝的接线柱相连接，如图乙所示。读出副线圈两端的电压U2。 ④将n2、U2记录在表格一中。 ⑤保持n1＝400 匝，U1＝5 V不变。将多用电表与副线圈n2＝800 匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中。 ⑥保持n1＝400 匝，U1＝5 V不变。将多用电表与副线圈n2＝1 400 匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中。 (2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响。 表格二　U1＝5 V，n2＝400 匝 实验次数 1 2 3 n1/匝 U2/V ①将(1)中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。 ②选择n2＝400 匝，用导线将变压器原线圈n1＝200 匝接在学生电源的交流输出接线柱上。 ③将选择开关拨至5 V挡。 ④将多用电表与副线圈n2＝400 匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。 ⑤将U2、n1记录在表格二中。 ⑥保持n2＝400 匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800 匝和n1＝1 400 匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中。 ⑦拆除实验线路，整理好实验器材。 5．数据分析与结论 分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论： (1)当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比。当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 (2)原、副线圈的电压之比等于匝数之比。 　某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究变压器的电压与匝数的关系。可拆变压器如图甲、乙所示。 (1)下列说法正确的是 ________ 。 A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数 B．变压器的原线圈接低压交变电流，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 D．测量副线圈电压时，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 E．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 F．变压器开始正常工作后，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 (2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 ________ 。 A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力 B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变 C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起 (3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素；并证明：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＝。 【解析】　(1)为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器只能改变交变电流的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器线圈两端电压和匝数的关系时，用到了控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，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，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗时，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，而不是铁芯直接导电，传输电能，故E错误，F正确。 (2)与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据变流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确。 (3)理想变压器模型应忽略的次要因素如下： ①不计漏磁，即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失； ②不计原、副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失； ③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失。 综上，理想变压器在传输能量时没有能量损失。根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈产生的感应电动势分别为E1＝n1，E2＝n2。因理想变压器不计原、副线圈的电阻，则线圈两端的电压等于它产生的感应电动势，即U1＝E1，U2＝E2，联立解得＝。 【答案】　(1)CDF　(2)AC　(3)见解析 ◆针对训练2　理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器、一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。 (1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1.你认为猜想合理的同学是 ________ ，你做出上述判断所依据的物理规律是 ______________ 。 (2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究。为保证实验安全、有效地进行，应选用 __________ 电源。 (3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于 __________ 挡，并选用量 ________ 程进行试测，大致确定被测数据后，再用适当的量程进行测量。 【解析】　(1)由变压器的工作原理可知，猜想合理的同学是甲同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。 (2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12 V)交流电源。 (3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用最大量程进行试测。 【答案】　(1)甲　法拉第电磁感应定律　(2)低压(一般低于12 V)交流　(3)交流电压　最大 三、理想变压器的基本关系 如图甲所示，一个理想变压器，两线圈的匝数分别为n1和n2，原线圈的输入功率和副线圈的输出功率分别为P1和P2，输入电压和输出电压分别为U1和U2，原线圈的电流和副线圈的电流分别为I1和I2，请思考下列问题： (1)原、副线圈中的功率有什么关系？ (2)原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？ (3)如图乙所示，功率、电压和电流与匝数有什么关系？ 【答案】　(1)输入功率等于输出功率，即P1＝P2。 (2)由能量守恒有P1＝P2，即U1I1＝U2I2，根据＝，所以＝＝。 (3)输入功率等于输出功率，即P1＝P2＋P3.穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，所以有U1＝n1，U2＝n2，U3＝n3，故有＝＝。由能量守恒有P1＝P2＋P3，即U1I1＝U2I2＋U3I3，可得n1I1＝n2I2＋n3I3。 1．理想变压器的特点 (1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失。 (2)原副线圈不计内阻，即无能量损失。 2．电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝。 3．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＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。当有n组线圈时，则有＝＝… 4．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。 5．电流关系 由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得＝＝。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…得I1n1＝I2n2＋I3n3＋… 6．变压器的分类 　如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝110sin 60πt(V)的交流电源上，副线圈接有阻值为55 Ω的负载电阻R，原、副线圈匝数之比为1∶2，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　) A．电压表的示数为55 V B．原线圈的输入功率为880 W C．副线圈输出交流电的频率为60 Hz D．若在副线圈上电阻R的两端再并联一个阻值为55 Ω 的定值电阻，则电流表的示数为8 A 【解析】　根据原线圈的输入电压：u＝110sin 60πt(V)可知原线圈电压有效值为110 V，原、副线圈匝数之比为1∶2，所以有：＝，解得电压表的示数U2＝220 V，故A错误；因副线圈的功率为P＝＝W＝880 W，故B正确，根据原线圈的输入电压可知该交流电的频率为30 Hz，故C错误；若在副线圈上电阻R的两端再并联一个阻值为55 Ω的定值电阻，可知总电阻为：R总＝＝Ω＝27.5 Ω，所以副线圈电流为：I2＝＝ A＝8 A，根据：＝，可知原线圈电流，即电流表示数为I1＝16 A，故D错误。 【答案】　B 　在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2∶n3＝6∶3∶1，电流表均为理想交流电流表，两电阻阻值相同。当在原线圈两端加上大小为U的交变电压时，三个电流表的示数之比I1∶I2∶I3为(　　) A．1∶2∶3　　　　　　　 B．1∶2∶1 C．1∶3∶6 D．5∶9∶3 【解析】　由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比可知＝，＝，解得U2＝U，U3＝U，设电流表A3的示数为I，即I3＝I＝＝，则I2＝＝＝3I，理想变压器输入功率与输出功率相等，即U1I1＝U2I2＋U3I3，解得I1＝I，则I1∶I2∶I3＝5∶9∶3，故A、B、C错误，D正确。 【答案】　D 核心素养·思维升华 　　(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能在直流电路中使用 (2)原、副线圈的电压、电流发生变化，而频率不变。 (3)当变压器有多个副线圈时，电压关系仍适用，而电流关系式＝不再适用。 1．关于变压器，下列说法不正确的是(　　) A．变压器可以将交流电压升高或降低 B．升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数 C．理想变压器的输入功率和输出功率相等 D．不论是交流电还是直流电均能通过变压器进行变压 【解析】　变压器分为升压变压器和降压变压器，可以将交流电压升高或降低，故A正确。变压器电压之比等于匝数之比，故升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数，故B正确。理想变压器没有能量损耗，输入功率和输出功率相等，故C正确。变压器采用互感原理，只能改变交流电压的数值，不能改变直流电的电压，故D错误。 【答案】　D 2．如图所示，理想变压器原线圈匝数为n1＝1 000 匝，两个副线圈匝数分别为n2＝50 匝和n3＝100 匝，L1是“6 V　2 W”的灯泡，L2是“12 V　4 W”的灯泡，当原线圈接正弦交变电流时，两灯泡均正常发光，那么原线圈中的电流为(　　) A. A　 B. A　 C. A　 D. A 【解析】　由电压关系＝＝解得U1＝120 V，原线圈的输入功率为P入＝U1I1＝PL1＋PL2，解得I1＝A，C正确。 【答案】　C 3．(多选)如图所示，一台理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶2，原线圈连接交变电源，交变电源电压为u＝220sin(100πt)V。副线圈连接一台电动机，该电动机内阻r＝10 Ω。已知副线圈中的电流表A2示数为2 A，电表对电路的影响忽略不计。下列说法正确的是(　　) A．交变电源的频率为100 Hz B．电动机输出功率为40 W C．原线圈中的电流表A1，示数为11 A D．如果电动机被卡住而没有损坏，则电源的输出功率变为原来的2倍 【解析】　根据频率公式f＝＝ Hz＝50 Hz，故A错误；原线圈的电压有效值为U1＝＝ V＝220 V 根据变压公式可知＝ 所以U2＝40 V 根据能量关系，电动机的输出功率 P出＝P总－Pr＝U2I2－Ir＝40 W， B正确； 根据电流关系＝ 可知I1＝ A，C错误； 若电动机卡住，此时电动机相当于一个电阻，故I2′＝ A＝4 A 则副线圈电流变成原来的2倍，所以根据公式＝，原线圈的电流也变成原来的2倍，由于电源的电压不变，所以电源的输出功率也变成原来的2倍，D正确。 【答案】　BD 4．一个教学用的简易变压器如图所示，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。 (1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压 ________ (选填“直流”或“交流”)电源。 (2)该同学在变压器铁芯上绕10 匝绝缘金属导线C，然后将A线圈接电源，用电压表 分别测出线圈A、线圈B及线圈C两端的电压，记录在表格中，则线圈A的匝数为 __________ 匝，线圈B的匝数为 ________ 匝。 A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压 8.0 V 3.8 V 0.2 V (3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该 ________ (选填“多一些”或“少一些”)更好。 【解析】　(1)变压器必须使用交流电源，直流电流不能让变压器正常工作。 (2)设A、B、C的线圈匝数分别为n1、n2、n3，电压分别为U1、U2、U3，线圈电压和匝数成正比，有 ＝，n1＝n3＝×10＝400， ＝，n2＝n1＝×400＝190。 (3)为减小线圈匝数的测量误差，绕制线圈C的匝数应该多一些。 【答案】　(1)交流　(2)400　190 (3)多一些 课时作业(十三) A基础达标 1．关于理想变压器下列说法正确的是(　　) A．原线圈磁通量大于副线圈磁通量 B．原线圈电流的频率大于副线圈电流的频率 C．对同一变压器的任意两个线圈，电压和匝数成正比 D．变压器的输入功率大于输出功率 【解析】　A．理想变压器中，原线圈磁通量等于副线圈磁通量，选项A错误；B.变压器不改变交流电的频率，则原线圈电流的频率等于副线圈电流的频率，选项B错误；C.对同一变压器的任意两个线圈，电压和匝数成正比，选项C正确；D.理想变压器没有铜损和铁损，则变压器的输入功率等于输出功率，选项D错误；故选C。 【答案】　C 2．下列示意图，变压器可以将电压升高并能给电灯供电的是(　　) A．甲图　　　　　　　 B．乙图 C．丙图 D．丁图 【解析】　A．甲图中，原线圈接入恒定电流，变压器不能工作，故A错误；B.乙图中，原线圈匝数比副线圈匝数多，所以是降压变压器，故B错误；C.丙图中，原线圈匝数比副线圈匝数少，所以是升压变压器，故C正确；D.丁图中，原线圈接入恒定电流，变压器不能工作，故D错误；故选C。 【答案】　C 3．在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减少涡流的影响，铁芯应该选择(　　) A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的硅钢片叠成 D．绝缘的铜片叠成 【解析】　为了减少涡流的影响，铁芯材料应选用绝缘的硅钢片叠加而成，ABD错误，C正确。 故选C。 【答案】　C 4．(多选)实践课中，一位同学设计了如图的电路给浴室供电。理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈接到u＝220sin 100πt(V)的交变电路中。已知照明灯的额定功率为44 W，排气扇电动机的内阻为1 Ω。已知各用电器均正常工作时，理想电流表的示数为4 A，则(　　) A．理想电压表的示数为31.1 V B．交流电的频率为50 Hz C．排气扇输出功率为40 W D．保险丝中的电流为0.4 A 【解析】　A．依题意，可知原线圈电压为U1＝＝220 V，根据变压器电压比与匝数比的关系，有＝ 联立，可得U2＝22 V，故A错误； B．依题意，可知交变电流的频率为f＝＝50 Hz，故B正确； C．对于照明灯，有P灯＝U2I灯 排气扇输出功率为P输出＝U2(I2－I灯)－(I2－I灯)2r 带入数据，可得P输出＝40 W，故C正确； D．根据变压器电流比与匝数比的关系，有＝，解得I1＝0.4 A，故D错误。故选BC。 【答案】　BC 5．(多选)含有理想变压器的电路如图所示，L1、L2、L3为“24 V,2 W”的灯泡，V为理想交流电压表，a、b端接正弦交流电压源(输出电压的有效值恒定)。当开关S闭合时，灯泡均正常发光。下列说法正确的是(　　) A．变压器原、副线圈匝数比为1∶2 B．电压表的示数为72 V C．变压器的输入功率为8 W D．若在副线圈上再并联一个相同的灯泡，灯泡L1可能会烧毁 【解析】　A．每个灯泡的额定电流IL＝＝ A 则原线圈的电流为I1＝IL＝＝ A 副线圈的电流为I2＝2IL＝ A 则变压器原、副线圈匝数比为＝，故A错误； B．变压器输出电压为24 V，则根据匝数比可得输入电压为U1＝U2＝48 V 则电压表读数为48 V＋24 V＝72 V，故B正确； C．变压器的输入功率P1＝U1I1＝4 W，故C错误； D．副线圈上再并联一个相同灯泡，则副线圈电流增大，则原线圈电流也增大，超过额定电流，灯泡L1可能烧毁，故D正确。故选BD。 【答案】　BD 6．(多选)“稳压”电源可预防由于输电线老化，线损提高，入户电压降低，远远达不到电器正常工作的需要。这个电源就是一种升压设备。其原理是根据入户电压与电器工作电压来智能调节变压器原副线圈匝数比的机器。下列说法正确的是(忽略变压器电阻)(　　) A．现入户电压U1＝150 V，若要稳压源输出电压U2＝225 V，则需调节n1∶n2＝2∶3 B．空调制冷启动时，热水器实际功率不变 C．空调制冷停止时，导线电阻耗能升高 D．在用电器正常工作时，若入户电压U1减小，则需要更大的入户电流，从而输电线路损耗更大 【解析】　A．变压器原副线圈电压比等于匝数比＝ 代入数据有n1∶n2＝2∶3，故A正确； BC.空调启动时，副线圈并联负载增多，副线圈电流增大，导线电阻分压增加，导线电阻耗能升高，热水器电压降低，功率降低，空调制冷停止时则情况相反。故BC错误； D．在用电器正常工作时，功率不变，若入户电压U1减小，则需要更大的入户电流，从而输电线路损耗更大。故D正确。故选AD。 【答案】　AD 7．(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶10，接线柱a、b接在电压为u＝22sin(100πt)V的正弦交流电源上，R1为定值电阻，其阻值为100 Ω，R2为用半导体热敏材料制成的传感器。下列说法中正确的是(　　) A．t＝ s时，a、b两点间电压的瞬时值为11 V B．t＝ s时，电压表的读数为220 V C．当R2的温度升高时，电压表示数不变，电流表示数变大 D．在1分钟内电阻R1上产生的热量为29 040 J 【解析】　A．t＝ s时，a、b两点间电压的瞬时值为u＝22sin 100π× V＝11 V，A错误； B．电压表的读数为有效值，原线圈电压的有效值为22 V，则副线圈电压的有效值为U2＝U1＝220 V，B正确； C．当R2的温度升高时，R2的电阻减小，导致副线圈总电阻减小，U1不变的情况下U2也不变，电压表示数不变，由欧姆定律可知，I2增大，由I1＝I2，可知，I1增大，电流表示数变大，C正确；D.计算热量用有效值。R1两端的电压有效值为220 V，所以在1分钟内电阻R1上产生的热量为Q＝t＝29 040 J，D正确。故选BCD。 【答案】　BCD 8．在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。 (1)以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ________ ；(填字母) A．干电池组 B．低压交流电源 C．直流电压表 D．多用电表 (2)为了保证安全，低压交流电源的电压不要超过 ________ ；(填字母) A．2 V　　　　B．12 V　　　　C．50 V (3)在实验中，某同学保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将 ________ (选填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”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 ________ ；(填字母)。 A．1.5 V B．3.0 V C．6.0 V D．6.5 V 【解析】　(1)因为变压器两端要接入交流电源，才能起到变压的作用，所以不能用干电池，要用由交流输出的低压交流电源，故A错误，B正确；本实验不需要滑动变阻器，故B错误；测量交流电压不能用直流电压表，要用多用电表，故C错误，D正确。故选BD。 (2)为了保证安全，低压交流电源的电压不要超过12 V (3)因为原副线圈的电压之比满足＝，即＝U2 所以保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数时，副线圈两端的电压将减小； (4)因为当左侧线圈“0”“8”间接入时，左侧线圈匝数为8n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈匝数为4n，所以当变压器为理想变压器时满足＝＝，则U1＝6 V，因为实际情况时，变压器有漏磁，且线圈有焦耳热产生，故左侧输入电压应该大于6 V。故选D。 【答案】　(1)BD　(2)D　(3)减小　(4)D 9.如图所示理想变压器原副线圈匝数之比n1∶n2＝3∶1，R＝12 Ω，当ab间接上交变电源后，副线圈两端连接标有6 V,9 W的灯泡正常发光。 (1)求变压器原线圈两端的电压； (2)求电源的输出功率。 【解析】　(1)副线圈两端的电压为6 V，变压器电压与匝数的关系为＝ 解得变压器原线圈两端的电压为U1＝18 V。 (2)变压器不改变功率，可得原线圈中的电流为I1＝＝＝0.5 A 故电源的输出功率为P＝IR＋P1＝12 W。 【答案】　(1)18 V　(2)12 W B能力提升 10．理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路，变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流，则下列说法正确的是(　　) A．R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2 B．R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4 C．a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2 D．a、b间输入电压与变压器输入电压之比为3∶1 【解析】　A．设R3的电流为I，电压为U，则有U＝IR3 根据理想变压器原理可得原线圈两端电压电流为U原＝U＝，I原＝I＝2I R2与原线圈是并联关系，则有U2＝U原＝，I2＝＝，R1两端的电压与电流为I1＝2I＋I＝I，U1＝IR1＝U 所以R1、R2、R3两端的电压之比为5∶1∶2，A错误； D．a、b间输入电压为Uab＝U1＋U2＝3U 所以a、b间输入电压与变压器输入电压之比为Uab∶U原＝6∶1，D错误； B．由P＝可得，R1、R2、R3消耗的功率与其电压的平方成正比，则有P1∶P2∶P3＝25∶1∶4，B错误； C．a、b间输入功率为 Pab＝UabI1＝3U×I＝UI 变压器输入功率为P原＝U原I原＝×2I＝UI 所以a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2，C正确。故选C。 【答案】　C 11．(多选)如图为某款电吹风的电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风等不同的工作状态。n1和n2分别是理想变压器的两个线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表所示。下列说法正确的有(　　) 热风时输入功率 460 W 冷风时输入功率 60 W 小风扇额定电压 60 V 正常工作时小风扇输出功率 50 W A．吹热风时触片P与触点a、b接触 B．吹热风时电热丝的电阻为121 Ω C．由表中数据可知小风扇的内阻为8 Ω D．变压器原副线圈的匝数比n1∶n2＝11∶3 【解析】　A．当电吹风机送出来的是冷风时，电路中只有电动机自己工作，触片P与触点b、c接触；当电吹风机送出来的是热风时，触片P与触点a、b接触，A正确； C．小风扇消耗的功率转化为机械功率和线圈上的热功率，则小风扇的电流I＝＝ A＝1 A 则I2r＝P－P出＝60 W－50 W＝10 W 解得小风扇的内阻是r＝10 Ω，C错误； B．当吹热风时，设电热丝电阻为r热，则由能量守恒和题中数据P总＝Pr＋P出＋P热＝10 W＋50 W＋＝460 W，解得r热＝121 Ω，B正确； D．根据变压器的原线圈、副线圈的匝数与电压的关系＝＝，D正确。故选ABD。 【答案】　ABD 12．如图所示的电路，原副线圈匝数比为10∶1，副线圈导线的电阻r＝1 Ω，当开关K断开时，“22 V,44 W”的照明灯刚好正常发光，当开关K闭合后标称“20 V,40 W”的电动机M刚好正常工作，将质量m＝2 kg的重物匀速提升，物体的速度为v＝1.8 m/s。已知重力加速度g＝10 m/s2，所接交变电流的电压保持不变。下列说法中正确的是(　　) A．电压表示数为220 V B．闭合开关后照明灯的电阻变大 C．电动机的内阻0.5 Ω D．开关闭合前后变压器的输入功率增加48 W 【解析】　A．照明灯的电阻为R＝＝11 Ω 副线圈的电流为I2′＝＝2 A 开关断开时，副线圈的电压为 U2＝I2′(R＋r)＝24 V 则原线圈的电压为U1＝U2＝240 V， 故A错误； B．开关闭合后，通过电动机的电流为IM＝＝2 A 副线圈中的电流为I2＝＝4 A 则照明灯的电阻为R′＝＝10 Ω 照明灯的电阻减小，故B错误； C．电动机的输出功率为P′＝mgv＝36 W 则电动机的热功率为P″＝PM－P′＝4 W 电动机的内阻为r′＝＝1 Ω，故C错误； D．开关断开时，变压器的输入电压为 P1＝U2I2′＝48 W 开关闭合时，原线圈中的电流为I1＝I2＝0.4 A 变压器的输入电压为P1′＝U1I1＝96 W 则开关闭合前后变压器的输入功率增加P1′－P1＝48 W，故D正确。故选D。 【答案】　D 13.灭蚊灯是利用变压原理来灭蛾杀虫的一种环保型设备。如图是灭蚊灯高压电网的工作电路，高压电网利用变压器将U1＝220 V的家用交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为5 mm。已知常温常压下空气击穿场强的瞬时值为622 V/mm。为防止空气被击穿而造成短路，变压器的副、原线圈最大的匝数比不得超过(　　) A．10∶1 B．1∶10 C．22∶311 D．311∶22 【解析】　由题意可知，高压电网部分的电压不能超过U＝Ed＝3 110 V 即副线圈电压的最大值为Um＝3 110 V， 有效值为U有效＝＝2 200 V 根据变压器的原、副线圈电压与匝数比的关系可得＝＝＝ 故A正确，BCD错误。故选A。 【答案】　A 14．一边长为L的N匝正方形金属线框abcd，其总电阻为r，线框在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以恒定角速度ω做匀速圆周运动。金属线框外接电阻为R的电热器，如图甲所示，V为理想交流电压表。 (1)求电压表的示数U； (2)若在电刷与电压表间接入一理想变压器，如图乙所示，要使电阻R消耗的电功率最大，求变压器原、副线圈的匝数比k及电压表的示数U′。 【解析】　(1)线框在匀强磁场中匀速转动，回路中产生正弦式交变电流，设电动势的峰值为Em，则有Em＝NBL2ω U＝ 解得U＝ (2)把外电路(变压器和电阻R)等效为一个电阻R′，当等效电阻R′＝r时电阻R消耗的电功率最大，设变压器原、副线圈的电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2， 则有＝＝k，R＝，R′＝ 解得R′＝k2R 即当k＝ 时，电阻R消耗的电功率最大此时有U1＝，＝k 解得U′＝ 【答案】　(1)U＝ (2)k＝ ，U′＝ 学科网（北京）股份有限公司 $$