2019年高中物理第二章交变电流第六节变压器讲义（含解析）粤教版选修3_2.doc

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1、- 1 -变压器1互感现象是变压器的工作基础，变压器工作时有能量损失，变压器的输出功率与输入功率之比叫做变压器的效率。理想变压器的效率为 100%。2理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为 。U1U2 n1n23如果理想变压器的副线圈只有一个，则 P1 P2，即U1I1 U2I2，得出原、副线圈电流与匝数的关系为 I1I2。n2n14所有变压器不改变交变电流的频率，理想变压器不改变功率。一、认识变压器的结构与原理1变压器的结构变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，变压器的模型与符号如图 261 所示。图 261(1)原线圈：与电源相连接的线圈，也叫初级线圈。(2)副线圈：与负载相连接的线圈

2、，也叫次级线圈。2变压器的原理变压器的工作原理是电磁感应。当原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过副线圈产生感应电动势。当副线圈闭合时，就会有交流电通过。3能量传递电能从原线圈通过磁场传输给副线圈。二、变压器的电压与匝数的关系- 2 -1实验探究(1)实验目的：探究变压器原、副线圈匝数与电压的关系。(2)实验器材：原线圈、副线圈、变压器铁芯。(3)实验过程：图 262如图 262 所示，连接好电路。可先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响，然后再保持副线圈匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。为了人身安全，只能使用

3、低压交流电源，所用电压不要超过 12 V。(4)实验结论：理想变压器原、副线圈两端的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，即 。U1U2 n1n22升压变压器与降压变压器(1)升压变压器：当 n2n1时， U2U1，变压器使电压升高。(2)降压变压器：当 n2n1时， U2U1，这种变压器称为升压变压器；当 n2n1，故 A 选项正确。答案 A互感器的区分技巧(1)电压互感器是降压变压器，据 ，知 n1n2。U1U2 n1n2电流互感器是升压变压器，据 ，知 n1IcdC ab 接 PQ、 cd 接 MN， IabIcd解析：选 B 电流互感器 ab 一侧线圈匝数比 cd 一侧线圈匝数少，根据电流

4、关系得I1n1 I2n2，所以 IabIcd，电流表应接在电流较小的一侧，故选项 B 正确。2自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图 2615 所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为 1 900 匝；原线圈为 1 100 匝，接在有效值为 220 V 的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载 R 上的功率为 20 kW。设此时原线圈中电流有效值为 I1，负载两端电压的有效值为 U2，且变压器是理想的，则 U2和 I1分别约为( )图 2615A380 V 和 53 A B380 V 和 91 AC240 V 和 53 A

5、D240 V 和 91 A解析：选 B 对理想变压器，原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流 I1 PU1 2 000220A91 A，负载两端电压即为副线圈电压，由 ，即 ，可得 U2380 V，U1n1 U2n2 2201 100 U21 900故 B 对。1理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为( )A每匝线圈中磁通量的变化率B交变电流的频率C原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势解析：选 D 理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故 A、C 不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知，

6、B 不符合题意，选 D。2将输入电压为 220 V，输出电压为 6 V 的理想变压器改绕成输出电压为 30 V 的变压器，副线圈原来是 30 匝，原线圈匝数不变，则副线圈新增匝数为( )A120 匝 B150 匝C180 匝 D220 匝- 12 -解析：选 A 由变压比 ，则 ，所以 n11 100 匝。当 U230 V 时，n1n2 U1U2 n130 2206 ，所以 n2150 匝，故 n2 n2 n2120 匝。n1n2 220303在如图 1 所示的两电路中，当 a、 b 两端与 e、 f 两端分别加上 220 V 的交流电压时，测得 c、 d 间与 g、 h 间的电压均为 110

7、 V；若分别在 c、 d 与 g、 h 的两端加上 110 V 的交流电压，则 a、 b 间与 e、 f 间的电压分别为( )图 1A220 V,220 V B220 V,110 VC110 V,110 V D220 V,0解析：选 B 对变压器，根据 可得 Uab220 V；对滑动变阻器来说，当 gh 间接上U1U2 n1n2110 V 电压时， ef 间电压 Uef110 V，故 B 选项正确。4一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 31，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为 220 V 的正弦交流电源上，如图 2 所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为 U，原、副

8、线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k，则( )图 2A U66 V， k B U22 V， k19 19C U66 V， k D U22 V， k13 13解析：选 A 设原线圈中电流为 I1，原、副线圈电压比 3，原、副线圈220 V I1RU n1n2电流比 ，由欧姆定律可得，副线圈回路中电阻两端电压 U I2R，联立解得 U66 V。电I1I2 13阻消耗功率 P I2R，由于 ，所以原、副线圈回路中电阻消耗功率的比值为 ，选项 A 正I1I2 13 19确。5一输入电压为 220 V，输出电压为 36 V 的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘

9、导线在铁芯上新绕了 5 匝线圈，如图 3 所示，然后将原来线圈接到 220 V 交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 1 V，按理想变压器分析，- 13 -该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )图 3A1 100,360 B1 100,180C2 200,180 D2 200,360解析：选 B 对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得 n1 1 n3U1U3 52201100，变压器烧坏前，同理 n2 180，故 B 正确。n1U2U1 1 100362206如图 4 所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为 12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为 220 V，额定功率为 22 W；原

10、线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用 U 和 I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则( )图 4A U110 V， I02 AB U110 V， I005 AC U110 V， I02 A2D U110 V， I02 A2 2解析：选 A 由于灯泡正常发光，故灯泡两端电压(即副线圈两端电压)为 U2220 V，通过灯泡的电流(即副线圈中的电流)为 I2 01 A。根据理想变压器电压关系22 W220 VU1 U2 n1 n2，得 U1110 V，电流关系 I1 I2 n2 n1，得 I02 A，则 U U1110 V， I I102 A。故选项 A 正确。7如图 5

11、所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡 L1和 L2，输电线的等效电阻为 R。开始时，开关 S 断开，当 S 闭合时，下列说法正确的是( )- 14 -图 5A电压表示数变大 B灯泡 L1更亮C电流表示数增大 D变压器的输出功率减小解析：选 C 当 S 闭合时， R 中电流增大，电压表示数变小，灯泡 L1变暗，变压器的输出功率增大，电流表示数增大，选项 C 正确，A、B、D 错误。8如图 6 所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为31，接在副线圈上的三只灯泡正常发光，则对于串联在原线圈上的灯泡 L( )图 6A比正常发光时的亮度更大B也能

12、正常发光C比正常发光时的亮度更暗D无法判断其亮度变化情况解析：选 B 灯泡 L 的亮度如何，主要看灯泡 L 的实际功率多大，在本题中就是看通过灯泡 L 的电流如何变化。设每只灯泡的额定电流为 I0，因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈中的电流 I23 I0，由 得原线圈中的电流 I1 I2 I0，恰为灯泡 L 的额定电流，因此灯I1I2 n2n1 n2n1泡 L 也正常发光。故 B 正确。9如图 7 所示，变压器的输入电压 U 一定，两个副线圈的匝数是 n2和 n3。当把电热器接 a、 b，让 c、 d 空载时，电流表读数是 I2；当把同一电热器接 c、 d，让 a、 b 空载时，

13、电流表读数是 I3，则 I2 I3等于( )图 7A n2 n3 B n3 n2C n n D n n2 23 23 2- 15 -解析：选 C 由变压比知 ，由 P 入 P 出 知，当电热器接 a、 b，让 c、 d 空载Un1 U2n2 U3n3时，有 UI2 ；当把同一电热器接 c、 d，让 a、 b 空载时，有 UI3 ，所以 I2 I3 U UU2R U23R 2 n n ，故答案为 C。23 2 2310(多选)如图 8 甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定电压为 U0的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为 R，图中电压表为理想电表。下列说

14、法正确的是( )图 8A变压器输入电压的瞬时值为 u Umsin (V)(2Tt)B电压表的示数为 U02C变压器的输入功率为U20RD变压器的匝数比为 Um U0解析：选 AC 由题图乙知，变压器输入电压的瞬时值为 u Umsin (V)，选项 A 正确；(2Tt)电压表的示数为 U0，选项 B 错误；变压器的输入功率为 ，选项 C 正确；由变压器变压公式，U20R变压器的匝数比为 Um U0，选项 D 错误。211如图 9 所示，理想变压器 B 的原线圈跟副线圈的匝数比 n1 n221，交流电源电压 u1311sin 100 t V， F 为熔断电流为 I010 A 的保险丝，负载为一可变

15、电阻。图 9(1)当电阻 R100 时，保险丝能否被熔断？(2)要使保险丝不被熔断，电阻 R 的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？解析：原线圈电压的有效值为 U1 V220 V3112由 得副线圈两端的电压U1U2 n1n2- 16 -U2 U1 220 V110 V。n2n1 12(1)当 R100 时，副线圈中电流I2 A110 AU2R 110100由 U1I1 U2I2得原线圈中的电流为I1 I2 110 A055 AU2U1 110220由于 I1 I0(熔断电流)，故保险丝不会熔断。(2)设电阻 R 取某一值 R0时，原线圈中的电流 I1刚好达到熔断电流 I0，即

16、I110 A，则副线圈中的电流为 I2 I1210 A20 AU1U2电阻 R 的阻值为： R0 55 U2I2 1102.0此时变压器的输出功率为P2 I2U220110 W220 W可见，要使保险丝 F 不被熔断，电阻 R 的阻值不能小于 55 ，变压器输出的电功率不能超过 220 W。答案：见解析12图 10 甲为一理想变压器， ab 为原线圈， ce 为副线圈， d 为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的 ut 图像如图乙所示。若只在 ce 间接一只 Rce400 的电阻，或只在 de 间接一只 Rde225 的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为 80 W。图 10(1)请

17、写出原线圈输入电压瞬时值 uab的表达式。(2)求只在 ce 间接 400 电阻时，原线圈中的电流 I1。(3)求 ce 和 de 间线圈的匝数比 。ncende解析：(1)由题图乙知 200 rad/s，电压瞬时值 uab400sin 200 t V。(2)电压有效值 U1200 V，2理想变压器 P1 P2，- 17 -原线圈中的电流 I1 ，P1U1解得 I1028 A 。(或25 A)(3)设 ab 间匝数为 n1，则 ，U1n1 Ucence同理 ，U1n1 Udende由题意知 ，U2ceRce U2deRde解得 ，ncende RceRde代入数据得 。ncende 43答案：(1) uab400sin 200 t V (2)028 A 或 A (3)25 43