【物理】2018届二轮复习变压器学案 10页

变压器 ‎1．当变压器的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________也穿过________，在原、副线圈中产生____________．当副线圈闭合时，在副线圈中就会有交流电通过，这样，虽然原、副线圈并不相连，电能却从原线圈通过磁场传输给副线圈．‎ ‎2．在理想情况下，变压器原、副线圈两端的电压跟它们的____________，公式表示为__________________．如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为____________；如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为____________．‎ ‎3．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)‎ A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 ‎4．对理想变压器，下列说法中正确的是(　　)‎ A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大 B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大 C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化 D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零 ‎5．某变电站用原、副线圈匝数比为n1∶n2的变压器，将远距离输来的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．原、副线圈电压比为n2∶n1‎ B．原、副线圈电流比为n1∶n2‎ C．原、副线圈电压比为n1∶n2‎ D．变压器的输入功率与输出功率的比为n1∶n2‎ ‎【概念规律练】‎ 知识点一　变压器的基本规律 ‎1．如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则(　　)‎ 图2‎ A．电流表的示数为 A B．电源输出功率为1 200 W C．电流表的示数为 A D．原线圈端电压为11 V ‎2．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图3所示规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是(　　)‎ 图3‎ A．输出电压的最大值为36 V B．原、副线圈中电流之比为55∶9‎ C．变压器输入、输出功率之比为55∶9‎ D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz 知识点二　常见变压器 ‎3．如图4所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100 V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.‎ 图4‎ ‎4．如图5所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗 B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表 C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表 D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表 ‎【方法技巧练】‎ 一、变压器动态问题的分析方法 ‎5．如图6所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈的电压，则(　　)‎ 图6‎ A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大 B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小 C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大 D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大 ‎6．如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中正确的是(　　)‎ 图7‎ A．副线圈两端M、N的输出电压减小 B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大 C．通过灯泡L1的电流减小 D．原线圈中的电流增大 二、有多个副线圈的理想变压器问题的分析方法 ‎7．理想变压器如图8所示，原线圈匝数n1＝1 000匝，两副线圈匝数分别为n2＝600匝，n3＝200匝，当原线圈两端接在220 V的交流电源上时，原线圈上电流为‎2 A，通过R2的电流为‎1 A，则通过R3的电流为(　　)‎ 图8‎ A．‎10 A B．‎7 A C．‎3 A D．‎‎1 A ‎8．如图9所示，一台有两个副线圈的理想变压器，原线圈匝数n1＝1 100匝，接入电压U1＝220 V的电路中．‎ ‎(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？‎ ‎(2)若在两副线圈上分别接上“6 V，20 W”、“110 V，60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？‎ 图9‎ ‎1．理想变压器工作时，原线圈输入与副线圈输出的物理量一定相同的是(　　)‎ A．电压有效值 B．电流有效值 C．交变电流频率 D．交流电功率 ‎2．如图10所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒l在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表的示数是12 mA，则电流表的示数为(　　)‎ 图10‎ A．3 mA B．0 mA C．48 mA D．与负载R的值有关 ‎3．在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图11所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．已知线圈1,2的匝数之比n1∶n2＝2∶1.在不接负载的情况下(　　)‎ 图11‎ A．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为110 V B．当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为 55 V C．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 V D．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为110 V ‎4．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图12甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．副线圈输出电压的频率为50 Hz B．副线圈输出电压的有效值为31 V C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D．P向右移动时，变压器的输入功率增加 ‎5．一台理想变压器从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，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是(　　)‎ A．‎5 A,250 V,50 kW B．‎5 A,10 kV,50 kW C．‎200 A,250 V,50 kW D．‎200 A,10 kV,2×103 kW ‎6．一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2.当R增大时(　　)‎ A．I1减小，P1增大 B．I1减小，P1减小 C．I2增大，P2减小 D．I2增大，P2增大 ‎7．如图13所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u＝20sin 100πt V．氖泡在两端电压达到100 V时开始发光．下列说法中正确的有(　　)‎ 图13‎ A．开关接通后，氖泡的发光频率为100 Hz B．开关接通后，电压表的示数为100 V C．开关断开后，电压表的示数变大 D．开关断开后，变压器的输出功率不变 ‎8．图14所示是霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器．已知变压器原线圈与副线圈匝数比＝，加在原线圈的电压为u1＝311sin 100πt V，霓虹灯正常工作的电阻R＝440 kΩ，I1、I2表示原、副线圈中的电流．下列判断正确的是(　　)‎ 图14‎ A．副线圈两端电压6 220 V，副线圈中的电流14.1 mA B．副线圈两端电压4 400 V，副线圈中的电流10 mA C．I1I2‎ ‎9．如图15甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器．已知通过R1的正弦式交变电流如图14乙所示，则(　　)‎ 图15‎ A．交变电流的频率为0.02 Hz B．原线圈输入电压的最大值为200 V C．电阻R2的电功率约为6.67 W D．通过R3的电流始终为零 ‎10．如图16所示，理想变压器线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，分别接有相同的两只灯泡A和B，若在a、b间接正弦式交流电源，电源电压为U，则B灯两端电压为(　　)‎ 图16‎ A．0.5U B．2U C．0.2U D．0.4U 题　号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ 答　案 ‎11．如图17所示的变压器的原线圈1接到220 V的交流电源上．副线圈2的匝数n2＝30匝，与一个“12 V　12 W”的灯泡L连接，L能正常发光．副线圈3的输出电压U3＝110 V，与电阻R连接，通过R的电流为‎0.4 A，求：‎ 图17‎ ‎(1)副线圈3的匝数n3 ；‎ ‎(2)原线圈1的匝数n1和电流I1.‎ ‎12．如图18所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断．‎ 图18‎ ‎(1)熔丝的熔断电流是多大？‎ ‎(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？‎ ‎13．如图19所示，交流发电机电动势的有效值E＝20 V，内阻不计，它通过一个R＝6 Ω的指示灯连接变压器．变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V，0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计．求：‎ 图19‎ ‎(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比．‎ ‎(2)发电机的输出功率．‎ 变压器 答案 课前预习练 ‎1．原线圈　副线圈　感应电动势 ‎2．匝数成正比　＝　升压变压器　降压变压器 ‎3．C　[通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故D错误．]‎ ‎4．AB　[理想变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误．]‎ ‎5．C　[电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比．]‎ 课堂探究练 ‎1．C　[因为灯泡正常发光，所以副线圈中的电流 I2＝＝ A＝ A 根据公式＝得I1＝I2＝× A＝ A，即电流表的示数应为 A，故A错，C对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入＝P出可得电源的输出功率为60 W，故B选项错误；根据公式＝，得U1＝U2＝×220 V＝4 400 V，故D选项错误．]‎ 点评　变压器的基本规律 电压关系：(1)①只有一个副线圈时＝或＝ ‎②当有多个副线圈时＝＝＝…‎ ‎(2)功率关系：P入＝P出 ‎①只有一个副线圈时，P1＝P2‎ ‎②当有多个副线圈时P1＝P2＋P3＋…‎ ‎(3)电流关系：①只有一个副线圈时，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2‎ 得＝＝ 即＝ ‎②当有多个副线圈时，由P1＝P2＋P3＋…知 I1U1＝I2U2＋I3U3＋…‎ 得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…‎ ‎2．D　[由图知原线圈电压最大值为220 V，周期T＝2×10－2 s，故有效值为220 V，频率为50 Hz；由＝，＝得输出电压最大值为36 V，原、副线圈电流之比为9∶55，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.]‎ 点评　变压器的电压关系、电流关系是有效值(或最大值)间的关系，即如公式＝中，若U1是有效值则U2就是有效值，若U1是最大值则U2就是最大值．‎ ‎3．200　5‎ 解析　由理想变压器公式 ＝得UCD＝UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝＝ A＝‎5 A.‎ 点评　自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全．变压器的规律都适用于自耦变压器．‎ ‎4．C　[电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多．]‎ 点评　甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路．它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量．‎ ‎5．ABD　[K由a合到b时，n1减小而U1不变，由＝可知副线圈上电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A项正确．同理K由b合到a时，P2减小，B项正确．‎ P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2＝可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由＝可知I1将减小，故C项错误．‎ 当U1增大时，由＝可知U2也增大，I2＝增大，再由＝可知I1增大，故D项正确．]‎ 方法总结　此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)，输入功率、输出功率随匝数比的变化而变化的情况，如选项A、B；另一类是原、副线圈的匝数比不变，上述各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，如选项C.处理此类问题时，要根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系．‎ ‎6．BCD　[由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变．并联灯泡L2，负载总电阻变小，由欧姆定律I＝知，流过R的电流增大，电阻R上的电压UR＝IR增大．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得，I2增大，则原线圈输入电流I1也增大．‎ UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小．]‎ 方法总结　变压器动态分析问题的思路程序可表示为 ‎7．B　[由理想变压器变压比公式 ＝可得U2＝＝ V＝132 V，由＝可得U3＝U1＝ V＝44 V，根据输入功率等于输出功率有I1U1＝I2U2＋I3U3‎ 解得I3＝‎7 A，选B]‎ 方法总结　理想变压器变压比公式 ＝，对有一个或n个副线圈的变压器均适用，而变流比公式＝，只适用于有一个副线圈的变压器，若为两个以上副线圈的变压器，必须用P入＝P出，即U1I1＝U2I2＋U3I3或n1I1＝n2I2＋n3I3来计算．‎ ‎8．(1)30匝　550匝　(2)‎‎0.36 A 解析　(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由 ＝，＝ 得n2＝n1＝×1 100匝＝30匝 n3＝n1＝×1 100匝＝550匝 ‎(2)设原线圈输入电流为I1，P入＝P出，即 I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，‎ 所以I1＝＝ A＝‎‎0.36 A 方法总结　第(1)问中，也可根据原、副线圈每伏电压分配到的匝数相等进行计算．即由＝＝5 匝/V，得匝数n2＝5×6匝＝30匝，n3＝5×110匝＝550匝．‎ 课后巩固练 ‎1．CD ‎2．B ‎3．BD　[在不考虑原、副线圈内电阻的情况下，变压器原、副线圈电压之比(U1/U2)等于原、副线圈中产生的感应电动势之比(E1/E2)．当给线圈1输入电压U1时，＝＝＝＝×＝.当给线圈2输入电压U2时，＝＝＝＝×＝1.所以选项B、D正确．]‎ ‎4．AD　[变压器不改变电压的频率，副线圈中的电压频率等于原线圈中的电压频率为f＝＝ Hz＝50 Hz；由＝可得副线圈中电压的最大值31 V，故有效值为 V；P向右移动时，输出电路中电压不变，电阻减小，电流增大，输出功率增大，变压器的输入功率等于输出功率，也增大，故正确的选项为A、D.]‎ ‎5．A　[设原线圈输入电压、电流、功率分别为U1、I1、P1，副线圈输出电压、电流、功率分别为U2、I2、P2，原、副线圈匝数分别为n1、n2.‎ 由＝知I1＝I2＝×‎200 A＝‎5 A.‎ 由 ＝知U2＝U1＝×10×103 V＝250 V 输出功率P出＝U2I2＝250×200 W＝50 kW]‎ ‎6．B　[副线圈的电压不变，当副线圈接的电阻R增大时，I2减小，P2减小，因为P1＝P2，所以P1减小，I1＝I2，I1也减小．]‎ ‎7．AB　[由＝得：副线圈的输出电压u2＝5u＝100sin 100πt V，此电源频率f0＝50 Hz，而氖泡每个周期发光2次，则氖泡的发光频率f氖＝‎2f0＝100 Hz，A正确；电压表的示数应为副线圈输出电压的有效值，故U＝＝100 V，B正确；交变电流、电压的有效值不变，故表示数不变，C错；断开开关后，变压器的输出功率减小，D错．]‎ ‎8．BD　[原线圈电压有效值U1＝＝ V＝220 V，由＝，可得U2＝4 400 V，由欧姆定律可知I2＝＝10 mA，由＝可得：I1>I2，所以B、D两项正确．]‎ ‎9．C　[由题中图象可知该交变电流的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，A错误；因为变压器输出电压最大值为20×1 V＝20 V，所以由变压比公式＝知变压器原线圈电压的最大值为20×10 V＝200 V，B错误；R2的功率P2＝＝ W＝6.67 W，C正确；因为电容器存在充、放电现象，所以电阻R3中的电流不是始终为零，D错误．]‎ ‎10．D　[设原线圈电压为U1，电流为I1，副线圈电压为U2，电流为I2，则U1＝U－I1RA，＝，＝，U2＝I2RB，依题意，A、B完全相同，有RA＝RB，联立以上各式，整理可得 U1＝(U－U1)，即U1＝2(U－U1)，‎ 得U1＝U，U2＝U1＝U＝0.4U]‎ ‎11．(1)275匝　(2)550匝　‎‎0.255 A 解析　(1)变压比公式对于两个副线圈也适用，则有 ＝，n3＝＝匝＝275匝．‎ ‎(2)同理：＝，n1＝n2＝×30匝＝550匝．理想变压器的输入功率等于输出功率，即P1＝P2＋P3＝12 W＋0.4×110 W＝56 W．原线圈中电流I1＝＝ A≈‎‎0.255 A ‎12．(1)‎0.98 A　(2)180 W 解析　(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2.根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有I1U1＝I2U2‎ 当I2＝12 mA时，I1即为熔断电流，代入数据，得I1＝‎‎0.98 A ‎(2)设副线圈中电流为I2′＝10 mA时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有 P1＝I2′U2，代入数据，得P1＝180 W ‎13．(1)3∶1　(2)6.67 W 解析　(1)彩色小灯泡额定电流IL＝＝ A＝ A，次级线圈总电流I2＝24IL＝‎1 A．变压器输入功率等于输出功率，有I1U1＝I2U2＝6 W，变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得E＝U1＋I1R＝＋6I1，代入E值解得I1＝ A(I1＝‎3 A应舍去，据题意是降压变压器，应I1