变压器-高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳.docx

新教材 基础 巩固 提升三级跳
第三章 交变电流
3.3 变压器
基础知识
知识点梳理：
知识点一、变压器的构造

变压器的示意图及符号

知识点二、变压器的工作原理
1、互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。
2、变压器的作用
能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的周期和频率。(均选填“能”或“不能”)
知识点三、理想变压器的概念与规律
(1)概念:没有能量损失的变压器叫理想变压器,它也是一种理想化的模型。
(2)基本关系(只有一个副线圈时)

【点睛】理想变压器的基本关系推导
(1)功率关系
理想变压器为一理想化的模型,其特点是
①不计铜损,即变压器的原、副线圈的内阻很小,可以忽略,在有电流通过时认为不产生焦耳热;
②不计铁损,即变压器铁芯内不产生涡流,无热损耗;
③不计漏磁,即原、副线圈的磁通量总保持相同。
可见理想变压器不计一切电磁能量损失,所以理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入=P出。
(2) 电动势关系

(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

【点睛】理想变压器几个物理量的决定关系
理想变压器的结构(原、副线圈匝数和铁芯等)确定时,输入功率与输出功率、输入电压与输出电压、输入电流与输出电流、输入电流的频率与输出电流的频率,这些量之间有什么关系?
(1)输出功率决定输入功率。
理想变压器本身无电能损失,所以有P入=P出。但应注意的是,输入功率由输出功率决定,即输出功率增大,输入功率也随之增大;输出功率减小,输入功率也随之减小。通俗地说,就是用多少给多少,而不是给多少用多少。
(2)输入电压决定输出电压。
设理想变压器的原线圈匝数为n1,副线圈匝数为n2,输入电压为U1,输出电压为U2,则有

由于理想变压器的结构确定时,n1、n2均为定值,所以输出电压U2由输入电压U1决定,与负载电阻的大小无关。U1增大,U2也增大;U1减小,U2也减小。
(3)输出电流决定输入电流。
如果理想变压器只有一个副线圈有输出,并设原线圈的匝数为n1,输入电压为U1,输入电流为I1;副线圈的匝数为n2,输出电压为U2,输出电流为I2。

例如:在如图所示的电路中,用一变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,开始时开关S是断开的,现将开关S闭合,则图中所有交流电表的示数如何变化?

(4)输入电流的频率决定输出电流的频率。
理想变压器工作时,穿过原、副线圈的磁通量的变化频率(周期)相同,等于原线圈中所加交变电流的频率(周期)。因而在副线圈中感应出的交流电动势、电压和电流的频率(周期)也都等于原线圈输入的交变电流的频率(周期),即输入交变电流的频率(周期)决定输出交变电流的频率(周期)。
【点睛】电压互感器与电流互感器
(1)原副线圈匝数、“粗细”特点:电压互感器把高电压变成低电压,所以副线圈比原线圈匝数少,导线粗。电流互感器把强电流变成弱电流,所以副线圈比原线圈匝数多,导线细。
(2)接入特点:电压互感器并联在高压电路中,低压一侧安装保险丝,以防短路,因短路时副线圈阻抗大大减小,会出现很大的短路电流,使副线圈严重发热而烧毁。电流互感器串联在电路中,副线圈端不允许安装保险丝,这是因为若副线圈断开,铁芯中磁通量会急剧增加(因原线圈中电流很大,正常时I1产生的磁通量大部分被I2的磁通量抵消), 这将在副线圈一端感应出高压,给人和仪表带来危险,所以电流互感器副线圈端不允许断路,当然不允许安装保险丝。
预习基础：
一、判断题
1．判断下列说法的正误．
（1）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。( )
（2）输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。( )
（3）变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压。( )
（4）理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率．( )
（5）理想变压器的输入和输出功率相等。( )
二、填空题
2．变压器原线圈应该与_______电源相连 (选填“直流”、“交流”)。如果原线圈两端的电压为220V，匝数为110匝，副线圈的匝数为22匝，则副线圈两端的电压是______V。

3．一台理想变压器将10 kV的电压经降压后提供给负载200 A的电流。已知两个线圈的匝数比为40：1。则变压器原线圈中的电流为______A，输出电压为______V，输出功率为_______W。
4．如图所示为一与电源相连接的理想变压器，原线圈中电流为I1，副线圈中电流为I2，则原副线圈的匝数之比为___________ ；当副线圈中负载电阻R变大时，原线圈的输入功率将___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

5．变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的，如图所示为可拆式变压器的构造。

（1）其工作原理是：___________；
（2）实验中考虑到变压器“三损”，实验结论将有：___________（选填“>”“＜”或“=”）。
6．实际变压器原、副线圈的导线是不一样粗的。小区附近居民用电的变压器是降压变压器，它的原线圈所用导线比副线圈所用导线______（填粗或细），这是因为______。
巩固所学
三、单选题
7．如图所示的四个图中，使用的仪器是电压互感器。（　　）
A． B．
C． D．
8．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，原线圈接交流电源和交流电压表，副线圈与热水器、抽油烟机连接．已知副线圈上的电压按图乙所示规律变化，现闭合开关S接通抽油烟机，下列说法正确的是（　　）

A．电压表示数为V
B．热水器消耗的功率变大
C．变压器的输入功率变大
D．副线圈两端电压的瞬时值表达式u＝sin（50πt）V
9．如图所示，匝数为50匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为 T的水平匀强磁场中，线框面积S=0.4m2，线框电阻为10Ω。线框绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入如图所示电路，当开关S断开时电压表读数为20V，每个电阻R=0.2Ω，C是电容器，其击穿电压为V，下列说法正确的是（　　）

A．如图所示时刻，线框ABCD处于中性面，穿过线框的磁通量变化率最大
B．原线圈两端电压的有效值为200V
C．变压器原、副线圈匝数比为5：1
D．闭合开关，电容器恰好被击穿
10．手机无线充电是比较新颖的充电方式．如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量．当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电．在充电过程中（　　）

A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化
B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变
C．送电线圈和受电线圈无法通过互感现象实现能量传递
D．手机和基座无须导线连接，这样传递能量没有损失
11．如图所示，一理想变压器原线圈输入正弦式交流电，交流电的频率为50Hz，电压表示数为11000V，灯泡L1与L2的电阻相等，原线圈与副线圈的匝数比为n1∶n2=50∶1，电压表和电流表均为理想交流电表，则（　　）

A．原线圈输入的交流电压的表达式为u=11000sin50πt（V）
B．开关K未闭合时，灯泡L1两端的电压为220V
C．开关K闭合后电流表的示数为通过灯泡L1中电流的
D．开关K闭合后，原线圈输入功率增大为原来的倍
12．如图乙所示，在AB间接入甲图所示正弦交流电，通过理想变压器和二极管D1、D2给阻值R=20Ω的纯电阻负载供电，已知D1、D2为相同的理想二极管，正向电阻为0，反向电阻无穷大，变压器原线圈n1=110匝，副线圈n2=20匝，Q为副线圈中心抽头，为保证安全，二极管的反向耐压值至少为U0，设电阻R上消耗的热功率为P，则有（　　）

A．U0=V，P=20W B．U0=40V，P=80W
C．U0=V，P=20W D．U0=20V，P=20W
能力提升
四、多选题
13．如图甲是一款无线充电手机的实物图，图乙是其原理图。送电线圈接电源，受电线圈接手机电池，则（　　）

A．若送电线圈接余弦交流电，则受电线圈中将产生周期性变化的电流
B．若送电线圈接直流电源，则受电线圈中将产生不变的电流
C．当送电线圈产生的磁场如图乙所示且逐渐变小时，受电线圈将产生向下的感应磁场
D．当送电线圈产生的磁场如图乙所示且逐渐变大时，受电线圈将产生向下的感应磁场
14．如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的8倍时，两灯泡均能正常发光。则（　　）

A．原、副线圈匝数之比为7∶1 B．原、副线圈匝数之比为8∶1
C．此时a和b的电功率之比为1∶1 D．此时a和b的电功率之比为1∶7
15．如图所示,矩形金属线圈abcd与理想变压器的原线圈组成闭合电路,灯泡L1、L2完全相同,当变压器原线圈中的抽头P置于最上端时,原、副线圈的匝数比为n∶1。矩形线圈abcd在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,且磁场只分布在bc边的左侧,磁感应强度大小为B,线圈面积为S,转动的角速度为ω,匝数为N,线圈电阻不计。则下列说法正确的是（　　）

A．若减小矩形线圈abcd的转速,灯泡L1会变暗
B．在图示位置时,矩形线圈中瞬时感应电动势最小
C．当抽头P置于最上端时,在线圈abcd转动的过程中,电压表示数为
D．若仅将线圈abcd的转轴平移至ad边处,且转速不变,则电压表示数也不变
16．如图所示含有理想变压器的电路中，电阻、的阻值分别为2Ω、3Ω，电流表、和电压表、均为理想交流电表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。此时，电流表、的示数之比为1：2，下列说法正确的是（　　）

A．电压表、示数之比为2：1
B．电压表、示数之比为7：3
C．电阻、电功率之比为1：3
D．电阻、电功率之比为1：6
五、实验题
17．在“探究变压器电压与匝数的关系”实验中，某同学利用可拆变压器（如图所示）进行探究。

（1）以下给出的器材中，本实验还需要用到的是______；（填字母代号）
A．干电池                 B．学生电源
C．直流电压表             D．万用表
（2）本实验中需要运用的科学方法是______。（填字母代号）
A．控制变量法            B．等效替代法           C．科学推理法
（3）已知该变压器两组线圈的匝数分别为、，有关测量数据见下表，根据测量数据可判断连接电源的线圈是______（填“na”或“nb”）。
实验次数
1
2
3
4

参考答案：
1．     正确     错误     错误     错误     正确
【来源】2023步步高 选择性必修2（通用）第三章　3　变压器
【详解】略
2．     交流     44
【来源】江西省宜春市万载中学2021-2022学年高二下学期开学考物理试题
【详解】[1][2]变压器的工作原理是电磁感应现象，只能实现交流电的变压。根据

得

3．     5     250     5×104
【来源】浙江省临海市白云中学2009—2010学年度高二下学期第一次月考物理试题
【详解】[1][2]由题意可知，原线圈电压为10kV；副线圈两端的电流为200A，由电压与匝数成正比可得

由理想变压器

解得

[3]输出功率

4．          变小
【来源】陕西省宝鸡市金台区2020-2021学年高二上学期期末物理试题（理）
【详解】[1]变压器的输出功率等于输入功率即P1=P2，则原副线圈的匝数之比为

[2]当副线圈中负载电阻R变大时，根据

可知副线圈功率减小，则原线圈的输入功率将变小。
5．     电磁感应或互感     大于
【来源】西藏林芝市第二高级中学2021-2022学年高二下学期第二学段考试理综物理试题
【详解】（1）[1]变压器有两组线圈。初级线圈和次级线圈。次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势，即变压器工作原理是采用电磁感应或者互感；
（2）[2]实验中考虑到变压器“三损”，即铁芯损耗（不变损耗简称铁损），铜损（可变损耗）和附加损耗。实验结论将有。
6．     细     见解析
【来源】山东省烟台海阳市第一中学2020-2021学年高二下学期3月月考物理试题
【详解】[1][2]给用户送电的变压器是降压变压器，根据远距离输电原理可知其原线圈两端电压高、电流小，而副线圈两端电压低、电流大，所以原线圈应该用较细的导线。
7．D
【来源】宁夏中卫市海原县第一中学2020-2021学年高二上学期期末物理试题
【详解】电压互感器是把高电压通过变压器变为低电压后再测量，通过匝数比可求高电压的电压数值。所以应该为测电压的接法，一根接火线，一根接零线。所以ABC错误，D正确。
本题选D。
8．C
【来源】第11讲 变压器【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）
【详解】A．根据变压器电压与匝数关系，有

则电压表示数为1100V，故A错误；
B．接通开关，副线圈所接电路电阻减小，但是副线圈的电压并不变，根据分压原理，定值电阻所分电压变大，热水器两端电压变小，所以消耗功率变小。故B错误；
C．接通开关，电流变大，电压不变，所以副线圈消耗的功率增大，输入功率等于输出功率，变压器的输入功率增大。故C正确；
D．由图乙可以知道，交变电流的峰值为

则副线圈两端电压的瞬时值表达式u＝sin（100πt）V
故D错误。
故选C。
9．C
【来源】专题12 交变电流——2018-22年五年浙江卷高考汇编
【详解】A．如图所示时刻，线框ABCD处于中性面，穿过线框的磁通量最大，磁通量变化率最小，选项A错误；
B．感应电动势的最大值

电动势有效值为

因发电机线圈有电阻，则原线圈两端电压的有效值小于200V，选项B错误；
C．变压器副线圈电压为
U2=20V
电流

则原线圈电压

原线圈电流

由题意可知

解得变压器原、副线圈匝数比为

选项C正确；
D．闭合开关前，与电容器并联的电阻两端电压有效值为：UR=10V，最大值为UmR=10V，闭合开关后，由于电容器对交流电有容抗作用，则电容与右边的电阻并联后总电阻减小，电容器两端电压小于10V，电容器的击穿电压为10V，电容器不会被击穿，故D错误。
故选C。
10．A
【来源】第08讲 互感和自感-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）
【详解】A．由于送电线圈中通入正弦式交变电流，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，A正确；
B．周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，所以受电线圈中感应电流仍是正弦交流电，产生的磁场也是周期性变化的，B错误；
C．无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，C错误；
D．无线充电器的优点之一是不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上，但充电过程中仍有电能量损失，D错误。
故选A。
11．B
【来源】2023版创新设计高考物理总复习 第十一章 第2节　变压器　电能的输送（精讲）
【详解】A．原线圈的电压最大值
Um=11 000V
角速度
ω=2πf=100π rad/s
所以原线圈输入的交流电压的表达式为
u=11 000sin 100πt（V）
故A错误；
B．开关K未闭合时，灯泡L1两端的电压即为副线圈电压

则开关K未闭合时，灯泡L1两端的电压U2=220 V，故B正确；
C．开关K闭合后，L1与L2并联，且电阻相等，所以电流表的示数与通过灯泡L1中电流相等，故C错误；
D．开关K闭合后，副线圈功率增大为原来的2倍，则原线圈输入功率增大为原来的2倍，故D错误。
故选B。
12．C
【来源】2023届江苏省苏州市高考模拟物理试卷（一）
【分析】根据图像可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，二极管的作用是只允许正向的电流通过，再根据电压与匝数成正比即可求得结论。
【详解】在AB间接入正弦交流电，变压器原线圈匝，副线圈匝，根据

得有效值为：

而二极管的反向耐压值至少为，它需要承受交流电的最大值，所以

Q为副线圈正中央抽头，则电阻R两端电压为20V，所以电阻R消耗的热功率P为：

故选C。
13．AD
【来源】福建省漳州市四校2021-2022学年高二下学期期末联考物理试题
【详解】A．若送电线圈接余弦交流电，则受电线圈中将产生周期性变化磁场，产生周期性变化的电流，A正确；
B．若送电线圈接直流电源，则受电线圈中无感应电流产生，B错误；
C．当送电线圈产生的磁场如图乙所示且逐渐变小时，根据楞次定律，受电线圈将产生向上的感应磁场，C错误；
D．当送电线圈产生的磁场如图乙所示且逐渐变大时，根据楞次定律，受电线圈将产生向下的感应磁场，D正确。
故选AD。
14．AD
【来源】专题14　交变电流 电磁振荡和电磁波【测】——2023年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考通用）
【详解】AB．灯泡正常发光，则其电压均为额定电压U额，则说明原线圈两端电压为

副线圈两端电压为
U2=U额
则可知，原、副线圈匝数之比为

故A正确；B错误；
CD．根据公式

可得原、副线圈电流之比为1∶7，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式
P＝UI
可得两者的电功率之比为1∶7。故C错误；D正确。
故选AD。
15．ABC
【来源】2022版高中同步人教版选择性必修第二册 第三章 专题强化练9　交变电流与理想变压器的综合问题
【详解】A．感应电动势的峰值

若减小矩形线圈abcd的转速,交变电流的频率变小,原线圈输入电压变小,副线圈输出电压变小,电容器C的容抗变大,与电容器C串联的灯泡L1变暗,故A正确;
B．图示位置为中性面位置,此时感应电动势最小,故B正确;
C．在线圈abcd转动的过程中,线圈中产生的感应电动势的最大值

由

得理想变压器原线圈电压的有效值为

则电压表示数为

故C正确;
D．若仅将线圈abcd的转轴平移至ad边处,且转速不变,变压器原线圈输入电压变大,副线圈输出电压也变大,电压表示数变大,故D错误。
故选ABC。
16．BD
【来源】押江苏卷12题 交变电流综合题-备战2022年高考物理临考题号押题（江苏卷）
【详解】AB．设电流表的示数为，则电流表的示数为，则电压表的读数为

设原线圈两端的电压为，则

解得

根据欧姆定律可知，电阻两端的电压为

则电压表的读数为

则电压表、示数之比为

A错误，B正确；
CD．电阻的功率为

电阻的功率为

则电阻、电功率之比为

C错误，D正确。
故选BD。
17．     BD##DB     A    
【来源】福建省龙岩市2021-2022学年高二下学期教学质量检查物理试题
【详解】（1）[1]本实验中需要交流电源和交流电压表（万用表），不需要干电池和直流电压表。
故选BD。
（2）[2]为实验探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压，这个过程采用的科学探究方法是控制变量法，故BC错误，A正确。
故选A。
（3）[3]理想变压器由

但是因为实际中线圈漏磁，所以副线圈的测量电压应该小于理论变压值，结合表中数据可知为输入端，即连接电源。