變壓器-高二物理新教材基礎+鞏固+提升三級跳

新教材基礎鞏固提升三級跳第三章交變電流3.3變壓器基礎知識知識點梳理：知識點一、變壓器的構造變壓器的示意圖及符號知識點二、變壓器的工作原理1、互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎。原線圈中電流的大小、方向不斷變化,在鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變化,變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢。2、變壓器的作用能改變交變電流的電壓,不能改變交變電流的周期和頻率。(均選填“能”或“不能”)知識點三、理想變壓器的概念與規(guī)律(1)概念:沒有能量損失的變壓器叫理想變壓器,它也是一種理想化的模型。(2)基本關系(只有一個副線圈時)【點睛】理想變壓器的基本關系推導(1)功率關系理想變壓器為一理想化的模型,其特點是①不計銅損,即變壓器的原、副線圈的內阻很小,可以忽略,在有電流通過時認為不產生焦耳熱;②不計鐵損,即變壓器鐵芯內不產生渦流,無熱損耗;③不計漏磁,即原、副線圈的磁通量總保持相同?？梢娎硐胱儔浩鞑挥嬕磺须姶拍芰繐p失,所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,即P入=P出。電動勢關系(3)電壓關系由于不計原、副線圈的電阻,因此原線圈兩端的電壓U1=E1,副線圈兩端的電壓U2=【點睛】理想變壓器幾個物理量的決定關系理想變壓器的結構(原、副線圈匝數(shù)和鐵芯等)確定時,輸入功率與輸出功率、輸入電壓與輸出電壓、輸入電流與輸出電流、輸入電流的頻率與輸出電流的頻率,這些量之間有什么關系?(1)輸出功率決定輸入功率。理想變壓器本身無電能損失,所以有P入=P出。但應注意的是,輸入功率由輸出功率決定,即輸出功率增大,輸入功率也隨之增大;輸出功率減小,輸入功率也隨之減小。通俗地說,就是用多少給多少,而不是給多少用多少。(2)輸入電壓決定輸出電壓。設理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1,副線圈匝數(shù)為n2,輸入電壓為U1,輸出電壓為U2,則有由于理想變壓器的結構確定時,n1、n2均為定值,所以輸出電壓U2由輸入電壓U1決定,與負載電阻的大小無關。U1增大,U2也增大;U1減小,U2也減小。(3)輸出電流決定輸入電流。如果理想變壓器只有一個副線圈有輸出,并設原線圈的匝數(shù)為n1,輸入電壓為U1,輸入電流為I1;副線圈的匝數(shù)為n2,輸出電壓為例如:在如圖所示的電路中,用一變壓器給負載供電,變壓器輸入端的電壓不變,開始時開關S是斷開的,現(xiàn)將開關S閉合,則圖中所有交流電表的示數(shù)如何變化?(4)輸入電流的頻率決定輸出電流的頻率。理想變壓器工作時,穿過原、副線圈的磁通量的變化頻率(周期)相同,等于原線圈中所加交變電流的頻率(周期)。因而在副線圈中感應出的交流電動勢、電壓和電流的頻率(周期)也都等于原線圈輸入的交變電流的頻率(周期),即輸入交變電流的頻率(周期)決定輸出交變電流的頻率(周期)?！军c睛】電壓互感器與電流互感器(1)原副線圈匝數(shù)、“粗細”特點:電壓互感器把高電壓變成低電壓,所以副線圈比原線圈匝數(shù)少,導線粗。電流互感器把強電流變成弱電流,所以副線圈比原線圈匝數(shù)多,導線細。(2)接入特點:電壓互感器并聯(lián)在高壓電路中,低壓一側安裝保險絲,以防短路,因短路時副線圈阻抗大大減小,會出現(xiàn)很大的短路電流,使副線圈嚴重發(fā)熱而燒毀。電流互感器串聯(lián)在電路中,副線圈端不允許安裝保險絲,這是因為若副線圈斷開,鐵芯中磁通量會急劇增加(因原線圈中電流很大,正常時I1產生的磁通量大部分被I2的磁通量抵消),這將在副線圈一端感應出高壓,給人和儀表帶來危險,所以電流互感器副線圈端不允許斷路,當然不允許安裝保險絲。預習基礎：一、判斷題1．判斷下列說法的正誤．（1）理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比。()（2）輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高。()（3）變壓器能改變交變電流的電壓，也能改變恒定電流的電壓。()（4）理想變壓器不僅能改變交變電流的電壓和電流，也能改變交變電流的功率和頻率．()（5）理想變壓器的輸入和輸出功率相等。()二、填空題2．變壓器原線圈應該與_______電源相連(選填“直流”、“交流”)。如果原線圈兩端的電壓為220V，匝數(shù)為110匝，副線圈的匝數(shù)為22匝，則副線圈兩端的電壓是______V。3．一臺理想變壓器將10kV的電壓經降壓后提供給負載200A的電流。已知兩個線圈的匝數(shù)比為40：1。則變壓器原線圈中的電流為______A，輸出電壓為______V，輸出功率為_______W。4．如圖所示為一與電源相連接的理想變壓器，原線圈中電流為I1，副線圈中電流為I2，則原副線圈的匝數(shù)之比為___________；當副線圈中負載電阻R變大時，原線圈的輸入功率將___________（選填“增大”、“減小”或“不變”）。5．變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的，如圖所示為可拆式變壓器的構造。（1）其工作原理是：___________；（2）實驗中考慮到變壓器“三損”，實驗結論將有：___________（選填“>”“＜”或“=”）。6．實際變壓器原、副線圈的導線是不一樣粗的。小區(qū)附近居民用電的變壓器是降壓變壓器，它的原線圈所用導線比副線圈所用導線______（填粗或細），這是因為______。鞏固所學三、單選題7．如圖所示的四個圖中，使用的儀器是電壓互感器。（）A． B．C． D．8．如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為5：1，原線圈接交流電源和交流電壓表，副線圈與熱水器、抽油煙機連接．已知副線圈上的電壓按圖乙所示規(guī)律變化，現(xiàn)閉合開關S接通抽油煙機，下列說法正確的是（）A．電壓表示數(shù)為VB．熱水器消耗的功率變大C．變壓器的輸入功率變大D．副線圈兩端電壓的瞬時值表達式u＝sin（50πt）V9．如圖所示，匝數(shù)為50匝的矩形閉合導線框ABCD處于磁感應強度大小為T的水平勻強磁場中，線框面積S=0.4m2，線框電阻為10Ω。線框繞垂直于磁場的軸以角速度勻速轉動，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈接入如圖所示電路，當開關S斷開時電壓表讀數(shù)為20V，每個電阻R=0.2Ω，C是電容器，其擊穿電壓為V，下列說法正確的是（）A．如圖所示時刻，線框ABCD處于中性面，穿過線框的磁通量變化率最大B．原線圈兩端電壓的有效值為200VC．變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5：1D．閉合開關，電容器恰好被擊穿10．手機無線充電是比較新穎的充電方式．如圖所示，電磁感應式無線充電的原理與變壓器類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產生的磁場傳遞能量．當充電基座上的送電線圈通入正弦式交變電流后，就會在鄰近的受電線圈中感應出電流，最終實現(xiàn)為手機電池充電．在充電過程中（）A．送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化B．受電線圈中感應電流產生的磁場恒定不變C．送電線圈和受電線圈無法通過互感現(xiàn)象實現(xiàn)能量傳遞D．手機和基座無須導線連接，這樣傳遞能量沒有損失11．如圖所示，一理想變壓器原線圈輸入正弦式交流電，交流電的頻率為50Hz，電壓表示數(shù)為11000V，燈泡L1與L2的電阻相等，原線圈與副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2=50∶1，電壓表和電流表均為理想交流電表，則（）A．原線圈輸入的交流電壓的表達式為u=11000sin50πt（V）B．開關K未閉合時，燈泡L1兩端的電壓為220VC．開關K閉合后電流表的示數(shù)為通過燈泡L1中電流的D．開關K閉合后，原線圈輸入功率增大為原來的倍12．如圖乙所示，在AB間接入甲圖所示正弦交流電，通過理想變壓器和二極管D1、D2給阻值R=20Ω的純電阻負載供電，已知D1、D2為相同的理想二極管，正向電阻為0，反向電阻無窮大，變壓器原線圈n1=110匝，副線圈n2=20匝，Q為副線圈中心抽頭，為保證安全，二極管的反向耐壓值至少為U0，設電阻R上消耗的熱功率為P，則有（）A．U0=V，P=20W B．U0=40V，P=80WC．U0=V，P=20W D．U0=20V，P=20W能力提升四、多選題13．如圖甲是一款無線充電手機的實物圖，圖乙是其原理圖。送電線圈接電源，受電線圈接手機電池，則（）A．若送電線圈接余弦交流電，則受電線圈中將產生周期性變化的電流B．若送電線圈接直流電源，則受電線圈中將產生不變的電流C．當送電線圈產生的磁場如圖乙所示且逐漸變小時，受電線圈將產生向下的感應磁場D．當送電線圈產生的磁場如圖乙所示且逐漸變大時，受電線圈將產生向下的感應磁場14．如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當輸入電壓U為燈泡額定電壓的8倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。則（）A．原、副線圈匝數(shù)之比為7∶1 B．原、副線圈匝數(shù)之比為8∶1C．此時a和b的電功率之比為1∶1 D．此時a和b的電功率之比為1∶715．如圖所示,矩形金屬線圈abcd與理想變壓器的原線圈組成閉合電路,燈泡L1、L2完全相同,當變壓器原線圈中的抽頭P置于最上端時,原、副線圈的匝數(shù)比為n∶1。矩形線圈abcd在有界勻強磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉動,且磁場只分布在bc邊的左側,磁感應強度大小為B,線圈面積為S,轉動的角速度為ω,匝數(shù)為N,線圈電阻不計。則下列說法正確的是（）A．若減小矩形線圈abcd的轉速,燈泡L1會變暗B．在圖示位置時,矩形線圈中瞬時感應電動勢最小C．當抽頭P置于最上端時,在線圈abcd轉動的過程中,電壓表示數(shù)為D．若僅將線圈abcd的轉軸平移至ad邊處,且轉速不變,則電壓表示數(shù)也不變16．如圖所示含有理想變壓器的電路中，電阻、的阻值分別為2Ω、3Ω，電流表、和電壓表、均為理想交流電表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定。此時，電流表、的示數(shù)之比為1：2，下列說法正確的是（）A．電壓表、示數(shù)之比為2：1B．電壓表、示數(shù)之比為7：3C．電阻、電功率之比為1：3D．電阻、電功率之比為1：6五、實驗題17．在“探究變壓器電壓與匝數(shù)的關系”實驗中，某同學利用可拆變壓器（如圖所示）進行探究。（1）以下給出的器材中，本實驗還需要用到的是______；（填字母代號）A．干電池

B．學生電源C．直流電壓表

D．萬用表（2）本實驗中需要運用的科學方法是______。（填字母代號）A．控制變量法

B．等效替代法

C．科學推理法（3）已知該變壓器兩組線圈的匝數(shù)分別為、，有關測量數(shù)據(jù)見下表，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是______（填“na”或“nb”）。實驗次數(shù)1234參考答案：1．

正確

錯誤

錯誤

錯誤

正確【來源】2023步步高選擇性必修2（通用）第三章3變壓器【詳解】略2．

交流

44【來源】江西省宜春市萬載中學2021-2022學年高二下學期開學考物理試題【詳解】[1][2]變壓器的工作原理是電磁感應現(xiàn)象，只能實現(xiàn)交流電的變壓。根據(jù)得3．

5

250

5×104【來源】浙江省臨海市白云中學2009—2010學年度高二下學期第一次月考物理試題【詳解】[1][2]由題意可知，原線圈電壓為10kV；副線圈兩端的電流為200A，由電壓與匝數(shù)成正比可得由理想變壓器解得[3]輸出功率4．

變小【來源】陜西省寶雞市金臺區(qū)2020-2021學年高二上學期期末物理試題（理）【詳解】[1]變壓器的輸出功率等于輸入功率即P1=P2，則原副線圈的匝數(shù)之比為[2]當副線圈中負載電阻R變大時，根據(jù)可知副線圈功率減小，則原線圈的輸入功率將變小。5．

電磁感應或互感

大于【來源】西藏林芝市第二高級中學2021-2022學年高二下學期第二學段考試理綜物理試題【詳解】（1）[1]變壓器有兩組線圈。初級線圈和次級線圈。次級線圈在初級線圈外邊。當初級線圈通上交流電時，變壓器鐵芯產生交變磁場，次級線圈就產生感應電動勢，即變壓器工作原理是采用電磁感應或者互感；（2）[2]實驗中考慮到變壓器“三損”，即鐵芯損耗（不變損耗簡稱鐵損），銅損（可變損耗）和附加損耗。實驗結論將有。6．

細

見解析【來源】山東省煙臺海陽市第一中學2020-2021學年高二下學期3月月考物理試題【詳解】[1][2]給用戶送電的變壓器是降壓變壓器，根據(jù)遠距離輸電原理可知其原線圈兩端電壓高、電流小，而副線圈兩端電壓低、電流大，所以原線圈應該用較細的導線。7．D【來源】寧夏中衛(wèi)市海原縣第一中學2020-2021學年高二上學期期末物理試題【詳解】電壓互感器是把高電壓通過變壓器變?yōu)榈碗妷汉笤贉y量，通過匝數(shù)比可求高電壓的電壓數(shù)值。所以應該為測電壓的接法，一根接火線，一根接零線。所以ABC錯誤，D正確。本題選D。8．C【來源】第11講變壓器【幫課堂】2021-2022學年高二物理同步精品講義（人教版2019選擇性必修第二冊）【詳解】A．根據(jù)變壓器電壓與匝數(shù)關系，有則電壓表示數(shù)為1100V，故A錯誤；B．接通開關，副線圈所接電路電阻減小，但是副線圈的電壓并不變，根據(jù)分壓原理，定值電阻所分電壓變大，熱水器兩端電壓變小，所以消耗功率變小。故B錯誤；C．接通開關，電流變大，電壓不變，所以副線圈消耗的功率增大，輸入功率等于輸出功率，變壓器的輸入功率增大。故C正確；D．由圖乙可以知道，交變電流的峰值為則副線圈兩端電壓的瞬時值表達式u＝sin（100πt）V故D錯誤。故選C。9．C【來源】專題12交變電流——2018-22年五年浙江卷高考匯編【詳解】A．如圖所示時刻，線框ABCD處于中性面，穿過線框的磁通量最大，磁通量變化率最小，選項A錯誤；B．感應電動勢的最大值電動勢有效值為因發(fā)電機線圈有電阻，則原線圈兩端電壓的有效值小于200V，選項B錯誤；C．變壓器副線圈電壓為U2=20V電流則原線圈電壓原線圈電流由題意可知解得變壓器原、副線圈匝數(shù)比為選項C正確；D．閉合開關前，與電容器并聯(lián)的電阻兩端電壓有效值為：UR=10V，最大值為UmR=10V，閉合開關后，由于電容器對交流電有容抗作用，則電容與右邊的電阻并聯(lián)后總電阻減小，電容器兩端電壓小于10V，電容器的擊穿電壓為10V，電容器不會被擊穿，故D錯誤。故選C。10．A【來源】第08講互感和自感-【寒假自學課】2022年高二物理寒假精品課（人教版選擇性必修二）【詳解】A．由于送電線圈中通入正弦式交變電流，根據(jù)麥克斯韋理論可知送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化，A正確；B．周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，所以受電線圈中感應電流仍是正弦交流電，產生的磁場也是周期性變化的，B錯誤；C．無線充電利用的是電磁感應原理，所以送電線圈和受電線圈通過互感現(xiàn)象實現(xiàn)能量傳遞，C錯誤；D．無線充電器的優(yōu)點之一是不用傳統(tǒng)的充電線連接到需要充電的終端設備上，但充電過程中仍有電能量損失，D錯誤。故選A。11．B【來源】2023版創(chuàng)新設計高考物理總復習第十一章第2節(jié)變壓器電能的輸送（精講）【詳解】A．原線圈的電壓最大值Um=11000V角速度ω=2πf=100πrad/s所以原線圈輸入的交流電壓的表達式為u=11000sin100πt（V）故A錯誤；B．開關K未閉合時，燈泡L1兩端的電壓即為副線圈電壓則開關K未閉合時，燈泡L1兩端的電壓U2=220V，故B正確；C．開關K閉合后，L1與L2并聯(lián)，且電阻相等，所以電流表的示數(shù)與通過燈泡L1中電流相等，故C錯誤；D．開關K閉合后，副線圈功率增大為原來的2倍，則原線圈輸入功率增大為原來的2倍，故D錯誤。故選B。12．C【來源】2023屆江蘇省蘇州市高考模擬物理試卷（一）【分析】根據(jù)圖像可以求得輸出電壓的有效值、周期和頻率等，二極管的作用是只允許正向的電流通過，再根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比即可求得結論?！驹斀狻吭贏B間接入正弦交流電，變壓器原線圈匝，副線圈匝，根據(jù)得有效值為：而二極管的反向耐壓值至少為，它需要承受交流電的最大值，所以Q為副線圈正中央抽頭，則電阻R兩端電壓為20V，所以電阻R消耗的熱功率P為：故選C。13．AD【來源】福建省漳州市四校2021-2022學年高二下學期期末聯(lián)考物理試題【詳解】A．若送電線圈接余弦交流電，則受電線圈中將產生周期性變化磁場，產生周期性變化的電流，A正確；B．若送電線圈接直流電源，則受電線圈中無感應電流產生，B錯誤；C．當送電線圈產生的磁場如圖乙所示且逐漸變小時，根據(jù)楞次定律，受電線圈將產生向上的感應磁場，C錯誤；D．當送電線圈產生的磁場如圖乙所示且逐漸變大時，根據(jù)楞次定律，受電線圈將產生向下的感應磁場，D正確。故選AD。14．AD【來源】專題14交變電流電磁振蕩和電磁波【測】——2023年高考物理一輪復習講練測（新教材新高考通用）【詳解】AB．燈泡正常發(fā)光，則其電壓均為額定電壓U額，則說明原線圈兩端電壓為副線圈兩端電壓為U2=U額則可知，原、副線圈匝數(shù)之比為故A正確；B錯誤；CD．根據(jù)公式可得原、副線圈電流之比為1∶7，由于小燈泡兩端的電壓相等，