2022-2023學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第6節(jié) 變壓器練習(xí) 教科版選修3-21當(dāng)變壓器的原線圈加上交變電壓時(shí)，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發(fā)交變的磁通量，交變的磁通量穿過(guò)_也穿過(guò)_，在原、副線圈中產(chǎn)生_當(dāng)副線圈閉合時(shí)，在副線圈中就會(huì)有交流電通過(guò)，這樣，雖然原、副線圈并不相連，電能卻從原線圈通過(guò)磁場(chǎng)傳輸給副線圈2在理想情況下，變壓器原、副線圈兩端的電壓跟它們的_，公式表示為_(kāi)如果原線圈的匝數(shù)小于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈高，這種變壓器稱為_(kāi)；如果原線圈的匝數(shù)大于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈低，這種變壓器稱為_(kāi)3關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說(shuō)法正確的是()A通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變B穿過(guò)原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等C穿過(guò)副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D原線圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線圈4對(duì)理想變壓器，下列說(shuō)法中正確的是()A原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大B原線圈的輸入電流，隨副線圈的輸出電流增大而增大C原線圈的電流，不隨副線圈的輸出電流變化而變化D當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈的電壓也為零5某變電站用原、副線圈匝數(shù)比為n1n2的變壓器，將遠(yuǎn)距離輸來(lái)的電能送給用戶，如圖1所示，將變壓器看作理想變壓器，當(dāng)變壓器正常工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()圖1A原、副線圈電壓比為n2n1B原、副線圈電流比為n1n2C原、副線圈電壓比為n1n2D變壓器的輸入功率與輸出功率的比為n1n2【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一變壓器的基本規(guī)律1如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V,60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則()圖2A電流表的示數(shù)為AB電源輸出功率為1200WC電流表的示數(shù)為AD原線圈端電壓為11V2某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為559，原線圈所接電源電壓按如圖3所示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載，下列判斷正確的是()圖3A輸出電壓的最大值為36VB原、副線圈中電流之比為559C變壓器輸入、輸出功率之比為559D交流電源電壓有效值為220V，頻率為50Hz知識(shí)點(diǎn)二常見(jiàn)變壓器3如圖4所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值UAB100V，R040，當(dāng)滑動(dòng)片處于線圈中點(diǎn)位置時(shí)，C、D兩端電壓的有效值UCD為_(kāi)V，通過(guò)電阻R0的電流有效值為_(kāi)A.圖44如圖5所示，M、N為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說(shuō)法正確的是()圖5A在乙圖中，線圈N4的導(dǎo)線一定比線圈N3的導(dǎo)線粗B甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表C甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表D甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表【方法技巧練】一、變壓器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析方法5如圖6所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈的電壓，則()圖6A保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大B保持P的位置及U1不變，K由b合到a時(shí)，R消耗功率將減小C保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大6如圖7所示，理想變壓器的副線圈上通過(guò)輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)當(dāng)S接通時(shí)，以下說(shuō)法中正確的是()圖7A副線圈兩端M、N的輸出電壓減小B副線圈輸電線等效電阻R上的電壓增大C通過(guò)燈泡L1的電流減小D原線圈中的電流增大二、有多個(gè)副線圈的理想變壓器問(wèn)題的分析方法7理想變壓器如圖8所示，原線圈匝數(shù)n11000匝，兩副線圈匝數(shù)分別為n2600匝，n3200匝，當(dāng)原線圈兩端接在220V的交流電源上時(shí)，原線圈上電流為2A，通過(guò)R2的電流為1A，則通過(guò)R3的電流為()圖8A10 A B7 AC3 AD1 A8如圖9所示，一臺(tái)有兩個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)n11100匝，接入電壓U1220V的電路中(1)要求在兩個(gè)副線圈上分別得到電壓U26V，U3110V，它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少？(2)若在兩副線圈上分別接上“6V，20W”、“110V，60W”的兩個(gè)用電器，原線圈的輸入電流為多少？圖91理想變壓器工作時(shí)，原線圈輸入與副線圈輸出的物理量一定相同的是()A電壓有效值B電流有效值C交變電流頻率D交流電功率2如圖10所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n241，當(dāng)導(dǎo)體棒l在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，電流表的示數(shù)是12mA，則電流表的示數(shù)為()圖10A3mAB0mAC48mAD與負(fù)載R的值有關(guān)3在繞制變壓器時(shí)，某人將兩個(gè)線圈繞在如圖11所示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過(guò)另一個(gè)線圈，另一半通過(guò)中間的臂已知線圈1,2的匝數(shù)之比n1n221.在不接負(fù)載的情況下()圖11A當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時(shí)，線圈2輸出電壓為110VB當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時(shí)，線圈2輸出電壓為55VC當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時(shí)，線圈1輸出電壓為220VD當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時(shí)，線圈1輸出電壓為110V4一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖12甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動(dòng)變阻器的觸頭下列說(shuō)法正確的是()圖12A副線圈輸出電壓的頻率為50HzB副線圈輸出電壓的有效值為31VCP向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小DP向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸入功率增加5一臺(tái)理想變壓器從10kV的線路中降壓并提供200A的負(fù)載電流已知兩個(gè)線圈的匝數(shù)比為401，則變壓器原線圈的電流、輸出電壓及輸出功率是()A5 A,250 V,50 kWB5 A,10 kV,50 kWC200 A,250 V,50 kWD200 A,10 kV,2×103 kW6一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈有可調(diào)電阻R.設(shè)原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2.當(dāng)R增大時(shí)()AI1減小，P1增大BI1減小，P1減小CI2增大，P2減小DI2增大，P2增大7如圖13所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為15，原線圈兩端的交變電壓為u20sin100tV氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時(shí)開(kāi)始發(fā)光下列說(shuō)法中正確的有()圖13A開(kāi)關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100HzB開(kāi)關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100VC開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，電壓表的示數(shù)變大D開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，變壓器的輸出功率不變8圖14所示是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器已知變壓器原線圈與副線圈匝數(shù)比，加在原線圈的電壓為u1311sin100tV，霓虹燈正常工作的電阻R440k，I1、I2表示原、副線圈中的電流下列判斷正確的是()圖14A副線圈兩端電壓6220V，副線圈中的電流14.1mAB副線圈兩端電壓4400V，副線圈中的電流10mACI1<I2DI1>I29如圖15甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，R120，R230，C為電容器已知通過(guò)R1的正弦式交變電流如圖14乙所示，則()圖15A交變電流的頻率為0.02HzB原線圈輸入電壓的最大值為200VC電阻R2的電功率約為6.67WD通過(guò)R3的電流始終為零10如圖16所示，理想變壓器線圈匝數(shù)比n1n221，分別接有相同的兩只燈泡A和B，若在a、b間接正弦式交流電源，電源電壓為U，則B燈兩端電壓為()圖16A0.5UB2UC0.2UD0.4U題號(hào)12345678910答案11如圖17所示的變壓器的原線圈1接到220V的交流電源上副線圈2的匝數(shù)n230匝，與一個(gè)“12V12W”的燈泡L連接，L能正常發(fā)光副線圈3的輸出電壓U3110V，與電阻R連接，通過(guò)R的電流為0.4A，求：圖17(1)副線圈3的匝數(shù)n3；(2)原線圈1的匝數(shù)n1和電流I1.12如圖18所示，一個(gè)變壓器(可視為理想變壓器)的原線圈接在220V的市電上，向額定電壓為1.80×104V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過(guò)12mA時(shí)，熔絲就熔斷圖18(1)熔絲的熔斷電流是多大？(2)當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時(shí)，變壓器的輸入功率是多大？13如圖19所示，交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的有效值E20V，內(nèi)阻不計(jì)，它通過(guò)一個(gè)R6的指示燈連接變壓器變壓器輸出端并聯(lián)24只彩色小燈泡，每只燈泡都是“6V，0.25W”，燈泡都正常發(fā)光，導(dǎo)線電阻不計(jì)求：圖19(1)降壓變壓器初級(jí)、次級(jí)線圈匝數(shù)比(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率第6節(jié)變壓器答案課前預(yù)習(xí)練1原線圈副線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2匝數(shù)成正比升壓變壓器降壓變壓器3C通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的，由于面積S不變，故磁通量變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無(wú)漏磁，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能，原副線圈通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤4AB理想變壓器原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，且隨副線圈的輸出功率的變化而變化，原線圈的輸入電流取決于副線圈的輸出電流，當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈的電流也為零，但原線圈電壓并不一定為零，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤5C電壓之比等于匝數(shù)之比，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，所以電流之比等于電壓之比的反比，也就等于線圈匝數(shù)比的反比課堂探究練1C因?yàn)闊襞菡０l(fā)光，所以副線圈中的電流I2AA根據(jù)公式得I1I2×AA，即電流表的示數(shù)應(yīng)為A，故A錯(cuò)，C對(duì)；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入P出可得電源的輸出功率為60W，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)公式，得U1U2×220V4400V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤點(diǎn)評(píng)變壓器的基本規(guī)律電壓關(guān)系：(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)或當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)(2)功率關(guān)系：P入P出只有一個(gè)副線圈時(shí)，P1P2當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)P1P2P3(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)，由P1P2知，I1U1I2U2得即當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，由P1P2P3知I1U1I2U2I3U3得I1n1I2n2I3n32D由圖知原線圈電壓最大值為220V，周期T2×102s，故有效值為220V，頻率為50Hz；由，得輸出電壓最大值為36V，原、副線圈電流之比為955，輸入、輸出功率應(yīng)相等，所以正確答案為D.點(diǎn)評(píng)變壓器的電壓關(guān)系、電流關(guān)系是有效值(或最大值)間的關(guān)系，即如公式中，若U1是有效值則U2就是有效值，若U1是最大值則U2就是最大值32005解析由理想變壓器公式得UCDUAB2×100V200V，又由I2A5A.點(diǎn)評(píng)自耦變壓器鐵芯上只繞一個(gè)線圈，原、副線圈共用一個(gè)繞組，最大優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，缺點(diǎn)是低壓端和高壓端直接有電的聯(lián)系，使用不夠安全變壓器的規(guī)律都適用于自耦變壓器4C電壓互感器輸入端分別接在兩根線上，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)少；電流互感器輸入端只能串聯(lián)在電路中，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)多點(diǎn)評(píng)甲圖是電壓互感器，乙圖是電流互感器，它們分別與電壓表和電流表的使用方法相同，即：電壓互感器測(cè)電壓時(shí)需并聯(lián)接入電路，電流互感器測(cè)電流時(shí)需串聯(lián)接入電路它們利用變壓器的原理把高電壓、大電流變成低電壓、小電流，以方便測(cè)量5ABDK由a合到b時(shí)，n1減小而U1不變，由可知副線圈上電壓增大，負(fù)載R的電流I2增大，P2增大；又由于P1P2U1I1，故I1增大，A項(xiàng)正確同理K由b合到a時(shí)，P2減小，B項(xiàng)正確P上滑時(shí)，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由可知I1將減小，故C項(xiàng)錯(cuò)誤當(dāng)U1增大時(shí)，由可知U2也增大，I2增大，再由可知I1增大，故D項(xiàng)正確方法總結(jié)此類(lèi)問(wèn)題大致有兩種情況：一是負(fù)載電阻不變，原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)，輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，如選項(xiàng)A、B；另一類(lèi)是原、副線圈的匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負(fù)載電阻的變化而變化的情況，如選項(xiàng)C.處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，要根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系6BCD由于輸入電壓不變，所以S接通時(shí)，理想變壓器副線圈M、N兩端輸出電壓不變并聯(lián)燈泡L2，負(fù)載總電阻變小，由歐姆定律I知，流過(guò)R的電流增大，電阻R上的電壓URIR增大副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率I1U1I2U2得，I2增大，則原線圈輸入電流I1也增大UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過(guò)燈泡L1的電流減小方法總結(jié)變壓器動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為7B由理想變壓器變壓比公式可得U2V132V，由可得U3U1V44V，根據(jù)輸入功率等于輸出功率有I1U1I2U2I3U3解得I37A，選B方法總結(jié)理想變壓器變壓比公式，對(duì)有一個(gè)或n個(gè)副線圈的變壓器均適用，而變流比公式，只適用于有一個(gè)副線圈的變壓器，若為兩個(gè)以上副線圈的變壓器，必須用P入P出，即U1I1U2I2U3I3或n1I1n2I2n3I3來(lái)計(jì)算8(1)30匝550匝(2)0.36A解析(1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關(guān)系，由，得n2n1×1100匝30匝n3n1×1100匝550匝(2)設(shè)原線圈輸入電流為I1，P入P出，即I1U1I2U2I3U3P2P3，所以I1A0.36A方法總結(jié)第(1)問(wèn)中，也可根據(jù)原、副線圈每伏電壓分配到的匝數(shù)相等進(jìn)行計(jì)算即由5匝/V，得匝數(shù)n25×6匝30匝，n35×110匝550匝課后鞏固練1CD2B3BD在不考慮原、副線圈內(nèi)電阻的情況下，變壓器原、副線圈電壓之比(U1/U2)等于原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比(E1/E2)當(dāng)給線圈1輸入電壓U1時(shí)，×.當(dāng)給線圈2輸入電壓U2時(shí)，×1.所以選項(xiàng)B、D正確4AD變壓器不改變電壓的頻率，副線圈中的電壓頻率等于原線圈中的電壓頻率為fHz50Hz；由可得副線圈中電壓的最大值31V，故有效值為V；P向右移動(dòng)時(shí)，輸出電路中電壓不變，電阻減小，電流增大，輸出功率增大，變壓器的輸入功率等于輸出功率，也增大，故正確的選項(xiàng)為A、D.5A設(shè)原線圈輸入電壓、電流、功率分別為U1、I1、P1，副線圈輸出電壓、電流、功率分別為U2、I2、P2，原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2.由知I1I2×200 A5 A.由知U2U1×10×103 V250 V輸出功率P出U2I2250×200W50kW6B副線圈的電壓不變，當(dāng)副線圈接的電阻R增大時(shí)，I2減小，P2減小，因?yàn)镻1P2，所以P1減小，I1I2，I1也減小7AB由得：副線圈的輸出電壓u25u100sin100tV，此電源頻率f050Hz，而氖泡每個(gè)周期發(fā)光2次，則氖泡的發(fā)光頻率f氖2f0100Hz，A正確；電壓表的示數(shù)應(yīng)為副線圈輸出電壓的有效值，故U100V，B正確；交變電流、電壓的有效值不變，故表示數(shù)不變，C錯(cuò)；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，變壓器的輸出功率減小，D錯(cuò)8BD原線圈電壓有效值U1V220V，由，可得U24400V，由歐姆定律可知I210mA，由可得：I1>I2，所以B、D兩項(xiàng)正確9C由題中圖象可知該交變電流的周期為0.02s，所以頻率為50Hz，A錯(cuò)誤；因?yàn)樽儔浩鬏敵鲭妷鹤畲笾禐?0×1V20V，所以由變壓比公式知變壓器原線圈電壓的最大值為20×10V200V，B錯(cuò)誤；R2的功率P2W6.67W，C正確；因?yàn)殡娙萜鞔嬖诔?、放電現(xiàn)象，所以電阻R3中的電流不是始終為零，D錯(cuò)誤10D設(shè)原線圈電壓為U1，電流為I1，副線圈電壓為U2，電流為I2，則U1UI1RA，U2I2RB，依題意，A、B完全相同，有RARB，聯(lián)立以上各式，整理可得U1(UU1)，即U12(UU1)，得U1U，U2U1U0.4U11(1)275匝(2)550匝0.255A解析(1)變壓比公式對(duì)于兩個(gè)副線圈也適用，則有，n3匝275匝(2)同理：，n1n2×30匝550匝理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P1P2P312W0.4×110W56W原線圈中電流I1A0.255A12(1)0.98A(2)180W解析(1)設(shè)原、副線圈上的電壓、電流分別為U1、U2、I1、I2.根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有I1U1I2U2當(dāng)I212mA時(shí)，I1即為熔斷電流，代入數(shù)據(jù)，得I10.98A(2)設(shè)副線圈中電流為I210mA時(shí)，變壓器的輸入功率為P1，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有P1I2U2，代入數(shù)據(jù)，得P1180W13(1)31(2)6.67W解析(1)彩色小燈泡額定電流ILAA，次級(jí)線圈總電流I224IL1A變壓器輸入功率等于輸出功率，有I1U1I2U26W，變壓器原線圈電路中，利用歐姆定律可得EU1I1R6I1，代入E值解得I1A(I13A應(yīng)舍去，據(jù)題意是降壓變壓器，應(yīng)I1<I21A)，所以.(2)發(fā)電機(jī)輸出功率PI1E6.67W