高中物理第4章远距离输电第2节变压器自我小测含解析鲁科版
高中物理第4章远距离输电习题课 变压器的应用及远距离输电问题学案鲁科版选修3_20112242.docx
第4讲 习题课 变压器的应用及远距离输电问题[目标定位] 1.进一步理解变压器原理及规律.2.熟练应用变压器原、副线圈的决定因素解决动态分析问题.3.熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题．1．理想变压器原、副线圈的三个关系：P 入＝P 出，U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1.(一个副线圈)2．输电线上的功率损失P 损＝I 2R 线，输电线上的电压损失ΔU ＝IR 线．3．减小输电线路上功率、电压损失的途径：减小输电线的电阻、减小输电导线中的电流(即提高输电电压)．4．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压.一、理想变压器中的规律分析 1．功率关系：P 入＝P 出． 2．电压关系：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…3．电流关系：若只有一个副线圈I 1I 2＝n 2n 1. 若有多组副线圈n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋… 4．变压器不改变频率 5．原、副线圈的地位(1)原线圈在原线圈回路中所处的地位是充当负载． (2)副线圈在副线圈回路中所处的地位是充当电源．例1 如图1甲所示，左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R ＝55Ω，、为理想电流表和理想电压表．若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V ，下列表述正确的是( )图1A ．电流表的示数为2AB ．原、副线圈匝数比为1∶2C ．电压表的示数为电压的有效值D ．原线圈中交变电压的频率为100Hz 答案 AC解析 由题图乙可知原线圈两端电压的有效值U 1＝220V ，由U 1U 2＝n 1n 2，可得原、副线圈匝数之比n 1n 2＝U 1U 2＝220V 110V＝2∶1，故B 错误；电流表示数与电压表示数都为有效值，故C 正确；电流表示数I ＝U R ＝11055A ＝2A ，故A 正确；由题图乙可知T ＝0.02s ，所以交变电压的频率为f ＝1T ＝10.02Hz ＝50Hz ，D 错误．针对训练1 如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u ＝U 0sin ωt 的交流电源，副线圈接一个R ＝27.5Ω的负载电阻．若U 0＝2202V ，ω＝100πrad/s ，则下述结论正确的是( )图2A ．副线圈中电压表的读数为55VB ．副线圈中输出交变电流的周期为1100πsC ．原线圈中电流表的读数为0.5AD ．原线圈中的输入功率为1102W 答案 AC解析 原线圈电压有效值为U ＝220V ，电压表读数为U 2＝2204V ＝55V ，周期T ＝2πω＝150s ，副线圈中电流I 2＝U 2R ＝2A ，原线圈中电流I 1＝I 24＝0.5A ，P ＝I 1U ＝110W.二、理想变压器电路的动态问题分析 1．首先明确变压器各物理量间的制约关系(1)输入电压U 1决定输出电压U 2：变压器原、副线圈匝数n 1、n 2确定，U 1便决定了U 2，与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线圈无关．(2)输出功率P2决定输入功率P1：即用多少送多少．(3)输出电流I2决定输入电流I1：U2与负载电阻R通过欧姆定律决定输出电流I2的大小，由I1＝n2n1I2决定I1的大小．2．分清动态变化中哪个量变化，结合串、并联电路的特点，欧姆定律及变压器各物理量间因果关系来依次确定其他量变化．例2如图3所示，理想变压器原线圈输入电压u＝U m sinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是( )图3A．I1和I2表示电流的瞬时值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小答案 C解析交流电表测量的是交变电流的有效值，故A、B皆错误；由于理想变压器的输出电压U2＝n2n1U1与负载无关，即滑片P下滑时U2不变，故D错误；由I1U1＝U22R0＋R知R减小时I1变大，故C正确．针对训练2 如图4所示，用一理想变压器给负载供电，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以及输入功率的变化情况是( )图4A．V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大B．V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大C ．V 1、V 2的示数不变，A 1、A 2的示数减小，P 入减小D ．V 1的示数不变，V 2的示数增大，A 1的示数减小，A 2的示数增大，P 入减小 答案 B解析 电压表V 1的示数由输入电压决定；电压表V 2的示数由输入电压U 1(大小等于电压表V 1的示数)和匝数比n 1n 2决定；电流表A 2的示数即I 2由输出电压U 2(大小等于电压表V 2的示数)和负载电阻R 负决定；电流表A 1的示数即I 1由变压器的匝数比n 2n 1和输出电流I 2决定；P 入随P 出而变化，由P 出决定．因输入电压不变，所以电压表V 1的示数不变；据公式U 2＝n 2U 1n 1，可知U 2也不变，即电压表V 2的示数不变；又据I 2＝U 2R 负知，S 闭合后R 负减小，故I 2增大，电流表A 2的示数增大；输入电流I 1随输出电流I 2而增大，故电流表A 1的示数增大；因P 出＝U 2I 2，故P 出增大；P 入随P 出变化，故P 入也增大．可见本题的正确选项为B.三、远距离高压输电中的损耗问题1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图5所示，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．图52．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．3．综合运用下面三方面的知识求解 (1)能量守恒：P 1＝U 1I 1＝U 2I 2＝P 用户＋ΔPΔP ＝I 22RP 用户＝U 3I 3＝U 4I 4.(2)电路知识：U 2＝ΔU ＋U 1 ΔU ＝I 2R .(3)变压器知识：U 1U 2＝I 2I 1＝n 1n 2U 3U 4＝I 4I 3＝n 3n 4. 其中ΔP ＝I 22R ，ΔU ＝I 2R 往往是解题的切入点．例3 某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kW ，输出电压是240 V ，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25，输电线的总电阻为10 Ω，用户需要的电压为220 V ．则： (1)输电线上损耗的电功率为多少？ (2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？ 答案 (1)4 000 W (2)29011解析 (1)根据理想变压器的变压规律U 1U 2＝n 1n 2得输电电压U 2＝n 2n 1U 1＝251×240 V ＝6 000 V输电电流I 2＝P U 2＝120×1036 000A ＝20 A输电线上损失的功率P 损＝I 22r ＝202×10 W ＝4 000 W. (2)输电线上损失的电压U 损＝I 2r ＝20×10 V ＝200 V降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－U 损＝6 000 V －200 V ＝5 800 V根据理想变压器的变压规律得：n 3n 4＝U 3U 4＝5 800 V 220 V ＝29011.变压器基本规律的应用1．如图6所示 ，一理想变压器的原线圈匝数为n 1＝1 100 匝，接电压U 1＝220 V 的交流电，副线圈接“20 V 10 W ”的灯泡，灯泡正常发光，可知( )图6A ．副线圈的匝数n 2＝200 匝B ．副线圈中的电流I 2＝0.5 AC ．原线圈中的输入功率为10 WD ．原线圈中的电流I 1＝0.1 A 答案 BC解析 由于理想变压器的电压比等于匝数比，副线圈匝数n 2＝100 匝，A 错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为10 W ，C 正确；由功率P ＝UI 可得副线圈中的电流I 2＝0.5 A ，原线圈中的电流I 1＝n 2n 1I 2≈0.045 A ，B 正确，D 错误．变压器电路的动态问题分析2．如图7所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )图7A ．原线圈匝数n 1增加B ．副线圈匝数n 2增加C ．负载电阻R 的阻值增大D ．负载电阻R 的阻值减小 答案 BD解析 由U 1U 2＝n 1n 2，P 出＝U 22R可得P 出＝U 21n 22n 21R又因为P 入＝P 出，所以P 入＝U 21n 22n 21R分析可得选项B 、D 正确．3．如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶5, 原线圈两端的交变电压为u ＝202sin (100πt ) V ．氖泡在两端电压达到100V 时开始发光．下列说法中正确的有( )图8A ．开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB ．开关接通后，电压表的示数为100VC ．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 答案 AB解析 变压器不能改变交变电流的频率，T ＝2πω＝2π100πs ＝0.02s ，f ＝1T＝50Hz.因为一个周期内氖泡发光2次，故开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz ，A 项正确； 电压表的示数是有效值，U 1＝2022V ＝20V ，U 2＝n 2n 1U 1＝100V ，B 项正确；不论开关是否断开，电压表示数不变，C 项错误；开关断开后，变压器的输出功率减小，D 项错误．远距离输电问题分析4．一台发电机最大输出功率为4000kW ，电压为4000V ，经变压器T 1升压后向远方输电，输电线路总电阻R 线＝1k Ω，到目的地经变压器T 2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T 1和T 2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )A ．T 1原、副线圈电流分别为103A 和20AB ．T 2原、副线圈电压分别为1.8×105V 和220V C ．T 1和T 2的变压比分别为1∶50和40∶1 D ．有6×104盏灯泡(220V,60W)正常发光 答案 ABD解析 根据题意画出输电线路示意图如图所示．对升压变压器有P 1＝U 1I 1，可知I 1＝103A ，由输电线上消耗的功率ΔP ＝I 22R 线＝400kW ，可知输电线上电流为I 2＝20A ，A 项正确；T 1的变压比为I 2∶I 1＝1∶50；根据P ＝U 2I 2得U 2＝2×105V ，输电线上电压ΔU ＝I 2R 线＝20000V ，则副线圈输入电压为U 3＝U 2－U 线＝1.8×105V ，又灯泡正常发光，可知副线圈电压U 4＝220V ，B 项正确；T 2的变压比为n 3∶n 4＝U 3∶U 4＝1.8×105∶220，C项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率P3＝P4＝U3I2＝60W·n，解得n＝6×104，D项正确.精美句子1、善思则能“从无字句处读书”。
高中物理鲁科版选修3-2 第4章第2节变压器 课时作业含试卷分析详解
一、选择题1．可以将电压升高供给家用电灯的变压器是( )解析：选C.根据变压器的原理，只能对交变电压升高(或降低)电压，根据变压器的变压规律，要将电压提高，原线圈的匝数应少于副线圈的匝数，B 、D 错误，A 项中的电源为直流电源，不能变压，故选C.2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( ) A ．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1 B ．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C ．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D ．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为10∶1解析：选B ．对理想变压器，无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，才有电压与匝数成正比．对于理想变压器，输入功率等于输出功率．正确选项只有 B ．3.一输入电压为220 V ，输出电压为36 V 的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示．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，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( ) A ．1 100,360 B ．1 100,180 C ．2 200,180 D ．2 200,360 解析：选B ．对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n 1＝n 3U 1U 3＝5×2201＝1 100，同理，变压器烧坏前，n 2＝n 1U 2U 1＝1 100×36220＝180，B 正确．4.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶3，次级回路中联入三个均标有“36 V ,40 W”的灯泡，且均正常发光，那么，标有“36 V ,40 W”的灯泡A ( ) A ．正常发光 B ．将被烧毁 C ．比另三个灯暗 D ．无法确定解析：选A.副线圈两端的电压U 2＝3U ＝3×36 V ＝108 V ，由U 1U 2＝n 1n 2得，原线圈两端电压U 1＝n 1U 2n 2＝1×1083V ＝36 V ，所以灯泡A 能正常发光． 5．(多选)如图所示是一台理想自耦变压器，在a 、b 之间接正弦交流电，A 、V 分别为理想交流电流表和交流电压表．若将调压端的滑动头P 向上移动，则( )A ．电压表V 的示数变大B ．变压器的输出功率变小C ．电流表A 的示数变小D ．电流表A 的示数变大解析：选BC.ab 间为原线圈，当P 向上移动时，原线圈匝数增多，原副线圈匝数比变大，由变压规律U 1U 2＝n 1n 2知，U 1不变，U 2变小，电压表V 的示数变小，R 不变，由P ＝U 2R可知，变压器的输出功率变小，A 错误、B 正确，由U 1I 1＝U 2I 2可以知道，I 1变小，C 正确，D 错误．6.一理想变压器原副线圈的匝数比为n 1∶n 2＝1∶2，电源电压u ＝2202sin ωt V ，原线圈电路中接入一熔断电流I 0＝1 A 的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R ，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R 时，其阻值最低不能小于( ) A ．440 Ω B ．440 2 Ω C ．880 Ω D ．880 2 Ω解析：选C.当原线圈电流I 1＝I 0时，副线圈中的电流(即副线圈中电流的有效值)为I 2＝n 1n 2I 1＝n 1n 2I 0＝12A副线圈的输出电压的有效值为U 2＝n 2n 1U 1＝n 2n 1×U m2＝440 V因此副线圈电路中负载电阻的最小值为R min ＝U 2I 2＝880 Ω，故选项C 正确．7．如图所示，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 ＝202sin 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( ) 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 2 V C ．开关断开后，电压表的示数不变D ．开关断开前后，变压器的输入功率不变解析：选AC.由 U 1U 2＝n 1n 2 得，副线圈输出电压的最大值为U 2＝n 2U 1n 1＝5×2021V ＝100 2 V ，一个周期内有两次电压大于100 V ，故氖泡在一个周期内发光2次，而交变电压的周期T ＝2πω＝2π100π s ＝0.02 s ，所以氖泡发光频率为f ＝2T ＝100 Hz ，A 正确．电压表示数为U 2′＝U 22＝10022V ＝100 V ，B 错误．开关断开后电压表示数不变，但输出功率变化，所以输入功率变化，C 正确、D 错误．8．为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L 1、L 2，电路中分别接了理想交流电压表V 1、V 2和理想交流电流表A 1、A 2，导线电阻不计，如图所示．当开关S 闭合后( )A ．A 1示数变大，A 1与A 2示数的比值不变B ．A 1示数变大，A 1与A 2示数的比值变大C ．V 2示数变小，V 1与V 2示数的比值不变D ．V 2示数变大，V 1与V 2示数的比值不变解析：选A.交流电源有效值不变，即V 1示数不变，因U 1U 2＝n 1n 2，故V 2示数不变，V 1与V 2示数的比值不变，C 、D 错误．S 闭合使负载总电阻减小，I 2＝U 2R ，所以I 2增大．因I 1I 2＝n 2n 1，所以A 1示数增大，A 1与A 2示数比值不变，A 正确B 错误． 9．(多选)某临时供电系统是由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示．图中R 0表示输电线的电阻，滑动触头P 置于某处时，用户的用电器恰好正常工作．在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则( )A ．当发电机输出的电压发生波动使V 1示数小于正常值，用电器不变时，应使滑动触头P 向上滑动B ．当发电机输出的电压发生波动使V 1示数小于正常值，用电器不变时，应使滑动触头P 向下滑动C ．如果V 1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P 应向上滑D ．如果V 1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P 应向下滑解析：选AC.如果V 1示数小于正常值，则副线圈电压也变小，用户得到的电压也变小，要让用户的用电器正常工作，则可以升高副线圈电压，根据U 1U 2＝n 1n 2知可以让n 2大些，即触头P向上滑动，故A 正确，B 错误．如果V 1示数不变，当用电器增加时，副线圈上并联阻值变小，总电流变大，R 0上分得电压变大，而用户得到的电压变小，要让用户的用电器正常工作，可以提高副线圈电压，即触头向上滑，故C 正确，D 错误．☆10.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝5∶1，电阻R ＝20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图乙所示．现将S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光．下列说法正确的是( )A ．输入电压u 的表达式u ＝202sin 50πt VB ．只断开S 2后，L 1、L 2均正常发光C ．只断开S 2后，原线圈的输入功率增大D ．若S 1换接到2后，R 消耗的电功率为0.8 W解析：选D ．由题图知，U m ＝20 2 V ，T ＝0.02 s ，则ω＝2πT ＝100π rad/s ，输入电压u ＝202sin 100πt V ，故选项A 错误；由变压器的变压规律知：U 1U 2＝n 1n 2，故U 2＝U 1n 2n 1＝20×15V ＝4V ，由题中将S 1接1，S 2闭合时，灯泡L 2正常发光可得，灯泡L 2的额定电压为4 V ，当只断开S 2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L 1、L 2串联，故L 1、L 2均不能正常发光，选项B 错误；此时P 出＝U 22R 总，副线圈负载R 总增大，故P 出减小，又P 入＝P 出，故原线圈的输入功率减小，选项C 错误；当S 1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R ，故P ＝U 22R ＝4220W ＝0.8 W ，选项D 正确． 二、非选择题11.如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U 1＝3 300 V ，副线圈的输出电压U 2＝220 V ，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U 0＝2 V ．则：(1)原、副线圈的匝数分别为多少？(2)当S 断开时，A 2的示数I 2＝5 A ，那么A 1的示数为多少？ (3)当S 闭合时，A 2的示数如何变化？A 1的示数如何变化？解析：(1)根据变压比n 1n 0＝U 1U 0及n 2n 0＝U 2U 0可得n 1＝U 1U 0·n 0＝3 3002×1＝1 650(匝)n 2＝U 2U 0·n 0＝2202×1＝110(匝)．(2)由理想变压器P 入＝P 出，得I 1U 1＝I 2U 2故I 1＝U 2U 1·I 2＝2203 300×5 A ＝0.33 A.(3)开关S 闭合时，负载增加，总电阻减小，副线圈的输出电压U 2不变，I 2＝U 2R，即I 2增大，输出功率P 出＝I 2U 2也增大．根据理想变压器P 入＝P 出，即I 1U 1＝I 2U 2，原线圈中的电流I 1也随之增大，故电流表A 2、A 1的示数均变大． 答案：(1)1 650 110 (2)0.33 A (3)变大 变大12．如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n 1＝1 100匝．接入电压U 1＝220 V 的电路中．(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U 2＝6 V 、U 3＝110 V ，它们的匝数n 2、n 3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？解析：(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系： 由U 1U 2＝n 1n 2得n 2＝U 2U 1·n 1＝6220×1 100匝＝30匝 n 3＝U 3U 1·n 1＝110220×1 100匝＝550匝．(2)设原线圈输入电流为I 1，由P 入＝P 出得 U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＝P 2＋P 3所以I 1＝P 2＋P 3U 1＝20＋60220A ＝0.36 A.答案：(1)30匝 550匝 (2)0.36 A。
高中物理鲁科版选修3-2第4章远距离输电第2节变压器
4.2 变压器［教学目标］：（一）知识与技能1、知道变压器的构造．知道变压器是用来改变交流电压的装置．2、理解互感现象，理解变压器的工作原理．3、掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题．4、理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题．5、理解变压器的输入功率等于输出功率．能用变压器的功率关系解决简单的变压器的电流关系问题．6、知道课本中介绍的几种常见的变压器．（二）过程与方法1、通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯．2、从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力．3、从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。
（三）情感、态度与价值观1、通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。
2、让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想．3、培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度．［教学重点］变压器工作原理及工作规律．［教学难点］（l）理解副线圈两端的电压为交变电压．（2）推导变压器原、副线圈电流与匝数关系．（3）掌握公式中各物理量所表示对象的含义．（4）变压器铁芯是否带电即如何将电能从原线圈传输到副线圈．［教学器材］：变压器、电源、小电炮、开关、电压表等导线等［教学方法］：讲授、讨论，类比、归纳法［教学过程］（一）引入新课在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？需改变电压，以适应各种不同电压的需要----变压器（二）进行新课能够改变交流电压的设备叫变压器．一、变压器（一）变压器构造教师利用课件展示画变压器实物图、示意图及其在电路图中的符号（见图1），要求学生搞清图中所用字母和符号的意义．闭合铁芯匝原线圈（初级线圈，一次线圈）n1匝副线圈（次级线圈，二次线圈）n2：输入电压U1U：输出电压2提问：把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。
高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器课件 鲁科版选修3-2
[解析] 变压器只能改变变化的电压或电流，不能改变恒定电 压或电流，故 A 选项错误；变压器可以有一个或多个副线圈， C 选项正确；变压器的工作原理是电磁感应现象中的互感现象， 副线圈输出的电流(或电压)是原线圈电流(或电压)的感应电流 (或感应电压)，故 B 选项正确；根据变压器的结构特点和在电 路中的作用可知选项 D 正确． [答案] BCD
1.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 1∶2，两端分别接有四个阻值相同的灯泡，已知 4 盏灯均能正 常发光，则 L1 和 L2 的功率之比为( )
A．1∶1 C．9∶1
B．1∶3 D．3∶1
解析：选 C.由题意知原、副线圈电压之比为 1∶2，又灯泡电 阻相等且正常发光，则灯泡 2、3、4 的额定功率相同，电流相 同为 I；由于电流与匝数成反比，所以原、副线圈中电流之比 为 2∶1，所以灯泡 L1 电流为 3I，根据 P＝I2R 知，L1 和 L2 的 功率之比为 9∶1，故选 C.
命题视角 1 “匝数不变”的动态分析 (多选)如图所示的电路中，P 为滑动变阻器的滑片，保
持理想变压器的输入电压 U1 不变，闭合开关 S，下列说法正确 的是( )
A．P 向下滑动时，灯 L 变亮 B．P 向下滑动时，变压器的输出电压不变 C．P 向上滑动时，变压器的输入电流变小 D．P 向上滑动时，变压器的输出功率变大 [解题探究] 当 P 向下(或向上)移动时，回路中电阻如何变化？
命题视角 2 “一原多副”变压器的分析与计算
如图所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为 n1∶n2∶ n3＝10∶5∶1，其中 n1 接到 220 V 的交流电源上，n2 和 n3 分 别与电阻 R2、R3 组成闭合回路．已知通过电阻 R3 的电流 I3＝2 A，电阻 R2＝110 Ω，求通过电阻 R2 的电流 I2 和通过原线圈的 电流 I1.
鲁科版高中物理选修32 第4章 远距离输电 单元测试
2019-2019学年鲁科版高中物理选修3-2 第4章远距离输电单元测试一、单选题1.如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1：n2=10：1，接线柱a、b接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示。
变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料（电阻随温度升高而减小）制成的传感器，R1为一定值电阻。
下列说法中不正确的是（）A. 电压表V的示数为22VB. 当传感器R2所在处出现火警时，电压表V的示数减小C. 当传感器R2所在处出现火警时，电流表A的示数增大D. 当传感器R2所在处出现火警时，电阻R1的功率变大2.如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为20：1，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入图示的交流电压，当开关s闭合时，以下说法中正确的是（）A. 原线圈中电流不变B. R两端的电压减小C. 原线圈输入功率变大D. 副线圈输出电压小于11V3.如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则（）A. 用户用电器上交流电的频率是100 HzB. 发电机输出交流电的电压有效值是500 VC. 输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D. 当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小4.一理想变压器原副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶2，电源电压，原线圈电路中接入一熔断电流I0＝1 A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R ，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R 时，其阻值最低不能小于( )A. 440 ΩB.C. 880 ΩD.5.如图所示，一理想变压器接在电压为U的交流电源上，原线圈接入电路的匝数可以通过调节滑动触头P 来改变．副线圈连接了交流电流表、定值电阻R0和可变电阻R，则（）A. 保持P的位置不动，将R的阻值增大，电流表的读数变小B. 保持P的位置不动，将R的阻值增大，R0的电功率变大C. 保持R的阻值不变，将P向上滑动，电流表的读数变大D. 保持R的阻值不变，将P向上滑动，R0的电功率变大6.如图所示，电压U保持不变，理想变压器的原线圈电路中连接者可变电阻R和灯泡a，副线圈电路中接着灯泡b．若将可变电阻R的阻值增大，则下列说法正确的是（）A. 灯泡a变亮，灯泡b变暗B. 灯泡a变暗，灯泡b变亮C. 灯泡a、灯泡b都变亮D. 灯泡a、灯泡b都变暗7.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，V和A均为理想电表，灯泡电阻R1＝6 Ω，AB 端电压u1＝12 sin (100πt) V .下列说法正确的是( )A. 电流频率为100 HzB. V的读数为24 VC. A的读数为0.5 AD. 变压器输入功率为6 W二、多选题8.如图，理想变压器原线圈与一交流电源相连，原、副线圈分别接有相同的灯泡a、b和c．已知小灯泡的额定电压为0.3V，电阻为30Ω（假设电阻不随温度变化而变化）．闭合开关S，三个灯泡均能正常发光，下列说法正确的是（）A. 原副线圈的匝数比为2：1B. 交流电源的电压值为0.6VC. 断开开关S，小灯泡b可能会烧坏D. 断开开关S，小灯泡a可能会烧坏9.如图中B为理想变压器，接在原线圈上的交变电压有效值保持不变．灯泡L1和L2完全相同（阻值恒定不变），R是一个定值电阻，电压表、电流表都为理想电表．开始时开关S是闭合的．当S断开后，下列说法正确的是（）A. 电压表的示数变大B. 电流表A1的示数变小C. 电流表A2的示数变大D. 灯泡L1的亮度变亮10.发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，用户两端得到的电压为U2，输电导线上损耗的功率可表示为（）A. B. C. I2R D. I（U1﹣U2）三、填空题11.某发电厂输出的功率为200kW，输出电压为10kV．若采用200kV的高压输电，那么，升压变压器（不计变压器能量损失）的原线圈和副线圈的匝数比为________；输电线等效电阻为10Ω，输电线上的电压损失为________ V．12.在远距离输电中, 输送电压为220伏, 输送的电功率为44千瓦, 输电线的总电阻为0.2欧, 在使用原副线圈匝数比为1:10的升压变压器升压, 再用10:1的降压变压器降压方式送电时. 输电线上损失的电压为________ V, 损失的电功率为________ W13.为了减小远距离输电过程中在线路上的损耗，在功率和线路电阻一定时，应该采用提高________的方式输电．四、解答题14.水电站向小山村输电，输送的电功率为50Kw，若以1500V送电，线路上电功率损失10Kw，线路的总电阻是？若以4500V送电，线路上电功率损失可降至多少Kw？五、综合题15.某发电厂输出电压是400V，输出功率为200kW．发电厂内经升压变压器通过两条输电线向远距离送电，最后再经一次降压变压器将电输送给用户，用户得到的电压是220V，输电线电阻为10Ω．若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的2%，试求：（1）用户得到的电功率是多少？（2）输电线路中升、降压变压器原副线圈的匝数比？16.图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55Ω，两电表为理想电流表和电压表，变压器原副线圈匝数比为n1：n2=2：1，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压．求：（1）交流电压的函数表达式；（2）电流表的示数I．答案解析部分一、单选题1.【答案】A【解析】【分析】由图象可知，输入的电压为220V，变压器的电压与匝数成正比，由此可得副线圈的电压为22V，电压表测的是半导体热敏材料的电压，的总电压为22V，所以电压表的示数小于22V，所以A错误；当出现火警时，温度升高，电阻减小，副线圈的电流变大，所以的电压要增大，由于副线圈的总电压不变，所以的电压就要减小，副线圈的电阻减小，副线圈的电流变大，所以原线圈的电流也就要增大，由于的电阻不变，由可知，电阻的功率变大，所以BCD正确；故选A。
高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器课件 鲁科版
三、科学探究——理想变压器电压与匝数的关系
1．原、副线圈没有__电__阻___，不产生___热____量． 2．闭合铁芯内没有漏磁，原、副线圈的磁通量应__相__同___
(不包括铁芯分支的情况)．
3．基本公式 功率关系：__P_入__＝__P_出__． 电压关系：__uu_12_＝__nn_12___. 电流关系：__II_12_＝__nn_21___.
1．输入电压 U1 决定输出电压 U2，这是因为输出电压 U2 ＝nn21U1，当 U1 不变时，不论负载电阻 R 变化与否，U2 不会改 变．
2．输出电流I2决定输入电流I1，在输入电压U1一定的情况 下 ， 输 出 电 压 U2 也 被 完 全 确 定 ． 当 负 载 电 阻 R 增 大 时 ， I2 减 小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增 大．在使用变压器时，不能使变压器次级短路．
其两端电压叫做__输__出__电__压__． 3．用途：改变交变电流的_电__压____，分__升__压___变压器和
降压变压器．
二、变压器的工作原理
当 原 线 圈 两 端 加 上 交 变 电 压 时 ， 就 有交__变__电__流__ 通 过 原 线 圈，并在铁芯中产生交变磁场，铁芯中就有变化的__磁__通__量__， 这个变化产生 _感__应__电__动__势___．如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很 小，可以忽略不计，这种变压器就叫做__理__想____变压器．
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( )
A．电流表的示数为
32 220
A
B．电源输出功率为 1 200 W
C．电流表的示数为
高中物理第4章远距离输电第2节变压器课件鲁科版选修32
[核心点击]
1．理想变压器的变压(变流)规律
规律表示
依据
备注
变压规律 Un11＝Un22＝Un33…
ΔΦ 适于一个原线圈 E＝n Δt 及多个副线圈的情况
功率关系
P 入＝P 出
能量守恒 适于理想变压器
II12＝nn21
适于一个原线圈一个副线 U1I1＝U2I2 圈
变流规律
n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
第二十六页，共33页。
3．自耦变压器 如图 4-2-6 所示为自耦变压器示意图，其特点是铁芯上只绕一个线圈．图甲 中把整个线圈做为原线圈，取一部分做为副线圈，可以降低电压；图乙中把一 部分做为原线圈，把整个线圈做为副线圈，可以升高电压．
图 4-2-6
第二十七页，共33页。
4．对于理想变压器，下列说法中不正确的是( ) 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着副线圈的输出电流增大而增大 C．原线圈的电压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
U1I1＝U2I2＋U3I3 适于一个原线圈，多个副 ＋… 线圈
第二十四页，共33页。
2.理想变压器各物理量间的制约关系 对于一个给定的理想变压器，原、副线圈的匝数一定． (1)输入电压决定输出电压：由Un11＝Un22，得 U2＝nn21U1. 当 U1 不变时，U2 也不会变，与负载电阻 R 多大及是否变化无关． (2)输出功率决定输入功率：对理想变压器 P 出＝P 入．
第八页，共33页。
[核心点击] 1．理想变压器有什么特点 (1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样； (2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)； (3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流； (4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于 0.
高中物理第4章远距离输电第2节变压器课件鲁科版选修3-2
对变压器的理解 1．变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用． 2．变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的． 3．变压器不能改变交变电流的频率． 4．若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压． 5．原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于零．
理想变压器电压与匝数的关系及自耦变 压器
理想变压器的电压关系和电流关系 1．理想变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的情况都成立． 2．电流关系只适用于有一个副线圈的情况，若有多个副线圈，则电流关系 应根据功率关系 P 入＝P 出求出．
[先填空] 1．电压与匝数的关系：UU12＝nn12． 2．电流与匝数的关系：II12＝nn21．
3．自耦变压器 (1)它只有 一个线圈，这个线圈可以作为原线圈接电源，线圈的一部分作为 副线圈接负载，成为降压变压器；也可以反过来使用，将线圈的一部分接电源， 整个线圈接负载，成为升压变压器．自耦变压器的工作原理和一般双绕组变压 器一样，原、副线圈两端的电压之比等于匝数比． (2)可调自耦变压器的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．
U2表示．在电路中变压器的符号如图乙所示．
(3)种类：变压器分为 升压变压器和降压变压器两种． 图 4-2-1
2．变压器的工作原理 当原线圈两端加上交变电压时，就有 交变电流通过原线圈，并在铁芯中产 生交变的磁场，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线 圈，并在副线圈两端产生感应电动势．如果变压器在传输电能的过程中损失的 能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫做理想变压器．
知 识 点 一
学
业
第 2 节 变压器
分
层Leabharlann 测评知 识 点 二
高中物理第4章远距离输电第2节变压器自我小测含解析鲁科版选修3_2word版本
变压器夯基达标1.在正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上不一定相等的物理量为( )A.交流电的频率B.端电压的最大值C.电流的有效值D.电功率2.对于理想变压器，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，随着副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电压，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，原线圈的电压也为零3.如下图是4种亮度的台灯的电路示意图.它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 V 40 W”.当灯泡所消耗的功率都调至20 W时，哪种台灯消耗的电功率最小( )4.如下图所示一理想变压器，原、副线圈匝数之比n1∶n2＝10∶1，在原线圈a、b两端加上电压为sin100πt V的正弦交变电流，当原线圈中a、b两端的电压为100 V的瞬间，副线圈两端理想交流电压表的读数为( )A.220 VB. VC.22 VD.10 V5.如下图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒向右匀速切割磁感线时，电流表A1的读数是12 mA，则副线圈中电流表A2的读数应该为( )A.3 mAB.48 mAC.0D.与R阻值有关6.在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都有滑动头，如下图所示，当变压器输入电压发生变化时，可上下调节滑动头P1、P2的位置，使输出电压稳定在220 V上，现发现输出电压低于200 V，下列措施中不正确的是( )A.将P1向下移B.将P2向上移C.将P1向上移，同时P2向下移D.将P1向下移，同时P2向上移能力提升7.某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按下图所示规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )A.输出电压的最大值为36 VB.原、副线圈中电流之比为55∶9C.变压器输入、输出功率之比为55∶9D.交流电源有效值为220 V，频率为50 Hz8.如下图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝4∶1，原线圈回路中的电阻A 与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b端加一定交流电压后，两电阻消耗的电功率之比P A∶P B＝_______________，两电阻两端电压之比U A∶U B＝______________.9.如下图所示，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1.80×104V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.(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？10.如下图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U1＝3 300 V，副线圈的输出电压U2＝220 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U0＝2 V，则(1)原、副线圈的匝数各是多少？(2)当S断开时，A2的示数I2＝5 A，那么A1的示数是多少？(3)当S闭合时，A2的示数将如何变化？A1的示数如何变化？拓展探究11.互感器是一种特殊的变压器，借助它，交流电压表(或电流表)可以间接测量高电压和大电流.(1)下图所示为电压互感器或电流互感器的接线图，其中正确的是( )(2)为什么电流互感器的副线圈绕组不允许安装保险丝？为什么电压互感器的副线圈——低压侧要装保险丝？参考答案1解析：变压器不改变交流电的频率；理想变压器的输入功率等于输出功率；端电压的最大值与匝数有关，只有原、副线圈匝数比为1∶1时，端电压最大值才相等；电流的有效值与端电压及电路电阻有关.答案：BC2解析：原线圈的电压决定副线圈的电压，即使副线圈开路也是如此，副线圈电压在开路时也不会为零；原线圈的电流由副线圈的电流决定，当副线圈的电流为零(增大)时，原线圈电流也为零(增大)；输出功率决定输入功率，输出功率变大时，输入功率也变大，且二者总相等.答案：ABC3解析：A、B两项电路，均属一个电阻与电灯串联电路，D项是采用分压电路，对这三个电路，电灯不仅要消耗功率，电阻器也消耗功率.对于C项，理想变压器不消耗功率，仅有电灯消耗功率.答案：C4解析：电压表的示数为有效值，无论哪个时刻，电压表的示数都为有效值，即22V.答案：C5解析：导体棒匀速向右切割磁感线运动时，变压器输入端为稳恒电流.穿过副线圈的磁通量不变化，因此，电流表A2读数为零.答案：C6解析：理解变压器的基本规律，并能对变压器进行调节.由知，欲增大U2，可增大n2(或减小n1)，也可同时增大n2，减小n1.答案：C7解析：由图象知交流电源有效值为＝220 V，＝50 Hz，故D项正确；由理想变压器的变压比得，输出电压＝36 V，故输出电压的最大值为V，A项错误；原、副线圈的电流与匝数成反比，即，B项错误；理想变压器的输入功率等于输出功率，即P1∶P2＝1∶1，C项错误.答案：D8解析：令电阻B的电流为I B，由，得，又P＝I2R，故P a∶P b＝I a2R a∶I b2R b＝I a2∶I b2＝(I b)2∶I b2＝1∶16.因U＝IR，故U a∶U b＝I a R a∶I b R b＝I a∶I b＝1∶4.答案：1∶16 1∶49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.答案：(1)0.98 A (2)180 W10解析：(1)根据变压比及有匝＝1 650匝匝＝110匝(2)由其是理想变压器知P入＝P出，I1U1匝＝I2U2(3)开关S闭合时，负载增加，总电阻减小，副线圈的输出电压U2不变，，即I2增加.输出功率P出＝I2U2也增加.根据理想变压器P入＝P出，即I1U1＝I2U2，原线圈中的电流I1也随之增大.答案：(1)1 650匝 110匝 (2)0.33 A (3)变大变大11解析：(1)电压互感器并联在电路中，且原线圈匝数大于副线圈匝数(降压)，因此，C、D两项均错误.电流互感器串联在电路中，原线圈匝数小于副线圈匝数.因此，B项错误而A 项正确.答案：(1)A(2)如果电流互感器在运行时副线圈断开，I2＝0，则铁芯中的磁通量会急剧增加(因为原线圈中电流很大，在铁芯中产生的磁通量很大，正常运行时I2≠0，且n2＞n1，所以I1产生的磁通量大部分被I2所产生的磁通量所抵消)，这将在副绕组两端感应出高压(可达103 V以上)，即使副绕组的一端接地，对人及仪表仍不安全.因此，电流互感器副绕组决不允许断路，当然不允许安装保险丝.电压互感器在运行时应严防短路，因短路时副线圈电路阻抗大大减小，会出现很大短路电流，使副线圈严重发热而烧毁，所以在电压互感器低压侧要装保险丝.。
鲁科版-选修3-2-第4章 远距离输电-第2节 变压器 优秀
变压器的学法指导
知识要点
生产、生活中使用的各种用电设备，需要的电压不是都一样的．在由统一的供电线路供电的情况下，为了适应不同的电压需要，就需有一种改变电压的设备．变压器就是这种能够改变交流电流电压的设备．有关变压器的一些知识见下表．
学法建议
本节学习时要注意应用电磁感应规律分析变压器工作原理；明确变压规律的电磁感应理论依据．求解变压器电路问题时，要特别注意各物理量变化是由什么原因引起的，这样可以从根本上分析，解决有关问题．
疑难解析
1．变压器怎样变压？
如图6，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1，n2，原线圈两端加交变电压U1，当通过闭合铁芯的磁通量发生变化时，由于原、副线圈
能量的转化关系是：电能→磁场能→电能．若忽略铜损、铁损等，则转化过程中能量守恒，因此变压器的输入功率等于输出功率P1=P2．
2．变压器能变换直流电压吗？
变压器是利用原线圈产生交变的磁通量，通过副线圈而产生感应电动势的．若原线圈中通以恒定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了．
但是，若在原线圈中通以方向不变而大小变化的脉冲电流，同样也可以达到变压的目的．汽车、摩托车内设一个特殊开关，产生脉冲电流送入变压器中，获得高电压来提供汽油机的点火电压的．。
高中物理第4章远距离输电4.2变压器学案鲁科版选修3_2
第2讲变压器[目标定位] 1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理.2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.3.了解自耦变压器的工作原理．一、变压器的结构1．构造：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成．2．物理量：(1)与电源相连的线圈叫原线圈或初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈或次级线圈．(2)原线圈两端的电压叫输入电压，用符号U1表示；副线圈两端的电压叫输出电压，用符号U2表示．3．分类：按输出电压的升降，变压器分为升压变压器和降压变压器．二、变压器的工作原理1．工作原理：互感现象是变压器工作的基础．2．理想变压器：在理想变压器中，通过原、副线圈的变化磁通量相同，在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相同．三、变压器电压与匝数的关系1.U1U2＝n1n2.2.I1I2＝n2n1.四、自耦变压器1．特点：是只有1个绕组的变压器．2．作用：(1)这个绕组可以当做原线圈接电源，而绕组的一部分当做副线圈接负载，成为降压变压器．(2)可以将绕组的一部分当做原线圈接电源，而将整个绕组当做副线圈接负载，成为升压变压器．想一想 1.把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图1所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图1答案 能．当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．想一想 2.若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？ 答案 不发光.一、变压器“变压”的原理 电压与匝数的关系1．变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率ΔΦΔt 相等，若原线圈匝数为n 1，则U 1＝n 1ΔΦΔt ，副线圈匝数为n 2，则U 2＝n 2ΔΦΔt，所以U 1U 2＝n 1n 2. 2．变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1n 2. (2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…3．原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载． (2)副线圈在其所处回路中充当电源．4．变压器不改变交流电的频率例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) A ．通过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 答案 BC解析 I 变化，则磁场变化，由于面积S 不变，故Φ变化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故B 、C 正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D 错误． 二、理想变压器的功率关系和电流关系1．理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失． (2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失． 2．理想变压器的功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，P 入＝P 出． 3．电流关系(1)只有一个副线圈时，有U 1I 1＝U 2I 2，得n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2n 1. (2)当有多个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…，得n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋… 4．电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U 1决定输出电压U 2.(2)功率制约：P 出决定P 入，这体现了能量守恒的特点．(3)电流制约：输出电流I 2决定输入电流I 1.例2 理想变压器连接电路如图2甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A ，则( )图2A ．电压表读数为282 VB ．电压表读数为28.2 VC ．输入功率为56.4 WD ．输入功率为40 W答案 D解析 由题图乙可知，U m ＝282 V ，则输入电压有效值U 1＝U m2≈200 V ．根据U 1U 2＝n 1n 2知，U 2＝20 V ，再根据I 1I 2＝n 2n 1知，I 1＝0.2 A ，输入功率P ＝U 1I 1＝40 W ，故A 、B 、C 错，D 正确． 答案 A解析 U 2＝220V ，根据U 1∶U 2＝n 1∶n 2得，U 1＝110V.I 2＝PU 2＝0.1A ，根据I 1∶I 2＝n 2∶n 1得I 1＝0.2A ．所以正确答案是A.例3 如图3所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n 1∶n 2∶n 3＝10∶5∶1，其中n 1接到220V 的交流电源上，n 2和n 3分别与电阻R 2、R 3组成闭合回路．已知通过电阻R 3的电流I 3＝2A ，电阻R 2＝110Ω，求通过电阻R 2的电流I 2和通过原线圈的电流I 1.图3答案 1A 0.7A解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R 2上的电压U 2＝n 2n 1U 1＝510×220V ＝110V通过电阻R 2的电流I 2＝U 2R 2＝110110A ＝1A加在R 3上的电压U 3＝n 3n 1U 1＝110×220V ＝22V根据输出功率等于输入功率得：U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3 代入数据解得通过原线圈的电流为：I 1＝0.7A. 三、几种常见的变压器 1．自耦变压器如图4所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．图4规律：U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1. 2．电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图5甲所示．(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表，为了安全，外壳和副线圈应接地． (3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．图53．电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示．(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表．为了安全，外壳和副线圈应接地．(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．例4普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图6所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd，为了使电流表能正常工作，则( )图6A．ab接MN、cd接PQ，I ab＜I cdB．ab接MN、cd接PQ，I ab＞I cdC．ab接PQ、cd接MN，I ab＜I cdD．ab接PQ、cd接MN，I ab＞I cd答案 B解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd 接PQ，I ab＞I cd，故B正确.变压器原理分析1．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1答案BD解析对于理想变压器，认为无磁通量损失，因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同，磁通量的变化率相等，每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比，故A、C错误，B正确；理想变压器没有能量损失，故输入功率等于输出功率，故D正确．理想变压器基本规律的应用2．理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )A．I1由I2决定B．U2与负载有关C．P1由P2决定D．以上说法都不正确答案AC3.如图7所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是( )图7A．120V,0.10A B．240V,0.025AC．120V,0.05A D．240V,0.05A答案 D解析灯泡正常工作，副线圈电压U2＝12V，副线圈电流I2＝2×612A＝1A，根据匝数比得原线圈电流I1＝120I2＝0.05A，原线圈电压U1＝20U2＝240V，选项D正确．互感器的应用4．如图8所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220V，电流表示数为10A，则高压输电线的送电功率为( )图8A．2.2×103W B．2.2×10－2WC．2.2×108W D．2.2×104W答案 C解析由电流互感器知电压输电线中电流I＝1000A，由电压互感器知电压U＝220×103V，则高压输电线功率P＝UI＝2.2×108W.。
高中物理 第4章 远距离输电本章高效整合检测 鲁科版选修32
第4章 远距离输电一、选择题1．变压器的工作原理是( ) A ．电磁感应 B ．电流的磁效应 C ．磁场对通电导线的作用 D ．磁场对运动电荷的作用答案： A2．如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n 2＝200的两个线圈，上线圈两端与u ＝51sin314t V 的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )A ．2.0 VB ．9.0 VC ．12.7 VD ．144.0 V 解析： 根据上线圈所加电压的表达式可得，最大值为51 V ，所以有效值U 1＝u m2＝36V ．若变压器为理想变压器：U 1U 2＝n 1n 2，可得：U 2＝9.0 V ．但由于铁芯不闭合，考虑到磁漏的存在，应有U 2<9.0 V ，所以A 正确．答案： A3．如图为远距离输电线路的示意图：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( ) A ．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B ．输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定 C ．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大 D ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压解析： 变压器输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项A 、B 错误．用户的总电阻减小，根据P ＝U 2R，消耗的功率增大，输电线电流增大，线路损失功率增大，C 项正确，升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失电压加上降压变压器输入电压，D 项错误．答案： C4．如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；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( )A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A C．U＝110 2 V，I＝0.2 A D．U＝110 2 V，I＝0.2 2 A解析：在副线圈电路中，I2＝PU2＝22 W220 V＝0.1 A，再根据U1U2＝n1n2及I2I1＝n1n2，得U1＝110 V，I1＝0.2 A，故B、C、D错，A正确．答案： A5．如图所示，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A1的示数是12 mA，则电流表A2的示数为( )A．3 mA B．0C．48 mA D．与负载R的值有关解析：变压器只能工作于交流电路中，不能工作在恒定电压和恒定电流的电路中，导体棒l向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过．答案： B6．如图所示为一理想变压器和负载电阻R，下列哪些做法可增加变压器的输入功率( )A．只减少副线圈匝数B．只减少原线圈匝数C．只增加副线圈匝数D．只减小R的阻值解析：减少原线圈匝数，相当于增加副线圈匝数，改变了电压比．增加副线圈匝数，也是改变了匝数比，相当于提高了输出电压，增大了输出功率，而输入功率等于输出功率．减小电阻R，增大了变压器的输入功率．答案：BCD7．如图甲所示，两个相同的灯泡串联，并和电压表、电流表和起连接在正弦交变电源上，每只灯泡的电阻R＝110 Ω.如图乙是交变电源输出电压随时间t变化的图象，则( )A ．电压表读数是311 VB ．电流表读数是 2 AC ．每只小灯泡两端电压随时间变化的规律是U R ＝311cos 100πt VD ．通过每只灯泡的电流随时间变化的规律是i ＝2cos 100πt A 答案： D8．原副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交变电流，为了使变压器输入功率增大，可以采取的措施有( )A ．只增加原线圈的匝数n 1B ．只减少副线圈的匝数n 2C ．只减少负载电阻R 的阻值D ．只增大负载电阻R 的阻值解析： 由n 1n 2＝U 1U 2知，当n 1增大时，U 2减小，当减小n 2时，U 2也减小，又根据P 入＝P出＝U 22R知，A 、B 两项均错，C 项对，D 项错． 答案： C9．如图所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2，初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源，电压表V 的示数为220 V ，负载电阻R ＝44 Ω，电流表A 1的示数为0.20 A ．下列判断中正确的是( )A ．初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1B ．初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1C ．电流表A 2的示数为1.0 AD ．电流表A 2的示数为0.4 A 答案： BC10．如图甲、乙所示电路中，当A 、B 接10 V 交变电压时，C 、D 间电压为4 V ；M 、N接10 V 直流电压时，P 、Q 间电压也为4 V ．现把C 、D 接4 V 交流，P 、Q 接4 V 直流，下面哪个选项可表示A 、B 间和M 、N 间的电压( )A ．10 V,10 VB ．10 V,4 VC ．4 V,10 VD ．10 V,0解析： 甲图是一个自耦变压器，当A 、B 作为输入端，C 、D 作为输出端时，是一个降压变压器，两边电压之比等于两边线圈的匝数之比，当C 、D 作为输入端，A 、B 作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C 、D 接 4 V 交流时，A 、B 间将得到10 V 交流．乙图是一个分压电路，当M 、N 作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比．但是当把电压加在P 、Q 两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流，两端也就没有电势差，即M 、P 两点的电势相等．所以当P 、Q 接4 V 直流时，M 、N 两端的电压也是4 V.顺便指出，如果M 、N 或P 、Q 换成交变电压，上述关系仍然成立，因为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用．答案： B 二、非选择题11．有一个阻值为R 的电阻，若将它接在电压为20 V 的直流电源上时，消耗的电功率为P ；若将它接在图中的理想变压器的次级线圈两端时，消耗的电功率为P2.已知变压器输入的是正弦交流电，其电压的最大值为200 V ，不计电阻阻值随温度的变化，求：(1)理想变压器次级线圈两端电压的有效值． (2)此变压器的原、副线圈的匝数之比．解析： (1)直流电源的电压U 0＝20 V ，设变压器次级线圈两端的电压的有效值为U 2，根据题意有P ＝U 20R ，P 2＝U 22R ，解得U 2＝22U 0＝10 2 V.(2)变压器输入的交流电压有效值为U 1＝22U 1m ＝100 2 V根据变压器电压比关系，可得n 1∶n 2＝U 1∶U 2＝10∶1. 答案： (1)10 2 V (2)10∶112．一理想变压器原副线圈的匝数比为n 1∶n 2＝1∶2，电源电压u ＝220 2 sin ωt V ，原线圈电路中接入一熔断电流I 0＝1 A 的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R ，如上图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R 时，其阻值的最小值为多少？解析： 当原线圈电流I 1＝I 0时，副线圈中的电流(即副线圈中电流的有效值)为I 2＝n 1n 2I 1＝n 1n 2I 0＝12A ．副线圈的输出电压有效值为U 2＝n 2n 1U 1＝n 2U 1mn 12＝440 V.因此副线圈电路中负载电阻的最小值为R min ＝U 2I 2＝880 Ω 答案： 880 Ω13．交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO ′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S ＝0.05 m 2，线圈转动的频率为50 Hz ，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B ＝2πT ．为用此发电机所发出交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a 、b 与电机之间接一个理想变压器，电路如图所示．(1)发电机的输出电压为多少？ (2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？解析： (1)根据E m ＝nBS ω＝1100 2 V ，得输出电压的有效值为U 1＝E m2＝1100 V.(2)根据U 1U 2＝n 1n 2得n 1n 2＝51.(3)根据P 入＝P 出＝2.2×104W ，再根据P 入＝U 1I 1，解得I 1＝20 A ． 答案： (1)1100 V (2)5∶1 (3)20 A14．家庭电路的引线均有一定电阻(约几欧姆)．因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，家中原来开着的电灯会变暗，下面通过一个简单的测试，可以估算出家庭电路引线部分的电阻，如图所示，用r 表示家庭电路引线部分的总电阻，为两表笔插入插座的交流电压表，M 为一个额定功率为P 额定电压为U 额的空调(P 较大)．测试时，先断开所有家电电路，测得电压为U 1，再闭合电键S ，测得电压为U 2.(1)试推导估算r 的表达式(设电源两端电压保持恒定)；(2)若P ＝2.0 kW ，U 额＝220 V ，测得U 1＝220 V ，U 2＝210 V ，则引线部分总电阻约为多少？解析： (1)断开所有家电电路时，U 额＝U 1，S 闭合后，I r ＝U 2U 2额P ，U r ＝U 1－U 2，所以r ＝U r I r ＝U 1－U 2U 2P·U 2额. (2)把U 1、U 2、U 额、P 代入公式得r ＝1.15 Ω. 答案： (1)r ＝U 1－U 2U 2PU 2额 (2)1.15 Ω。
2020_2021学年高中物理第四章远距离输电第2节变压器教案2鲁科版选修3_2
等效法解决变压器问题【教学目标】【知识与技能】（1）知道变压器的构造，了解变压器的工作原理；（2）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。
(3)怎样应用等效法解决变压器问题可以简化问题【过程与方法】在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。
【情感态度与价值观】（1）使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的；（2）培养学生实事求是的科学态度【教学重点】探究变压比和匝数比的关系。
画出简化电路图【教学难点】探究变压比和匝数比的关系. 简化电路图的画法及应用【教学过程】【引入新课】等效法的概念:等效法是常用的科学思维方法。
所谓“等效法”就是在特定的某种意义上，在保证效果相同的前提下，将陌生的、复杂的、难处理的问题转换成熟悉的、容易的、易处理的一种方法.【进行新课】1.等效法在物理学上的应用.A.平行四边形B.等效电路2、变压器的构造变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。
一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。
两个线圈都是绝缘导线绕制成的。
铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
变压器的结构示意图和符号，如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。
在原线圈上加交变电压U 1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。
这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。
如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。
副线圈两端的电压就是这样产生的。
所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。
问题1：变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？答：电压与匝数的关系 2121n n U U = 问题2：理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？ 答：因为理想变压器没有能量损失，所以P 出=P 入问题3：若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I 1与I 2有什么关系？据P 出=U 2I 2，P 入=U 1I 1及P 出=P 入得：U 2I 2=U 1I 1 则：121221n n U U I I == 上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。
高中物理鲁科版2第四章远距离输电 第4章第2节
第4章第2节1．一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中物理量不一定相等的是()A．交流电的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量的变化率解析：因为理想变压器没有能量损失，所以原、副线圈中的交变电流的电功率相等；因为没有漏磁，所以原、副线圈中的磁通量的变化率相等；交变电流的频率，由发电机转子的频率决定，和变压器没有关系；若变压器原、副线圈的匝数不同，原、副线圈中的交变电流的有效值就不同．答案： B2．下列关于理想变压器的说法中，正确的是()A．输入功率等于输出功率B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去解析：理想变压器的输入功率等于输出功率，输送的电能在电磁感应过程中先转化为磁场能，再转化为电场能，有无铁芯不影响能量的转化，故选项A、B对，C、D错．答案：AB3．如图所示，M为理想变压器，电表均可视为理想电表，接线柱a、b接电压u＝311sin314t V的正弦交流电源．当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，示数发生变化的电表是()A．A1、A2B．A2、V2C．A1、A2、V2D．A1、A2、V1、V2解析：由变压器特点，可知U1U2＝n1n2，只要n1、n2的比值不变，U1不变，那么U2也不变；由电流之比I1I2＝n2n1，原线圈中电流因副线圈中电流的改变而改变，因滑动变阻器的电阻变化，A2的示数变化，所以A1的示数也会发生变化，故应选A．答案： A4．一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，副线圈接有可调电阻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增大解析： 考查理想变压器及其相关知识，当副线圈接的可调电阻R 增大时，变压器输出功率P 2减小，导致变压器输入功率P 1减小，原线圈中电流I 1减小，所以正确选项是B ．答案： B5．理想变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q 调节，在副线圈输出端连接了定值电阻R 0和滑动变阻器R ，在原线圈上加一电压为U 的交流电，如图所示．若( )A ．Q 位置不变，将P 向上滑动，U ′变大B ．Q 位置不变，将P 向上滑动，电流表的读数变大C ．P 位置不变，将Q 向上滑动，电流表的读数变大D ．P 位置不变，将Q 向上滑动，变压器的输入功率不变解析： 当理想变压器的输入电压U ，以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圈两端的电压也不变，A 项错． 由P 出＝U ′2R 知R 增大时，输出功率减小，又由P 入＝P 出得原线圈中的电流表读数要减小，B 项错．Q 往上滑动时，U ′增大，而负载电阻不变，则输出功率要增大，即输入功率也要增大，原线圈中的电流就要增大，C 项对，D 项错．答案： C6．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所示规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )A ．输出电压的最大值为36 VB ．原、副线圈中电流之比为55∶9C ．变压器输入、输出功率之比为55∶9D ．交流电源电压有效值为220 V ，频率为50 Hz解析： 由题图知原线圈电压最大值为220 2 V ，周期T ＝2×10－2 s ，故有效值为220 V ，频率为50 Hz ；由U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1得输出电压最大值为36 2 V ，原副线圈电流之比为9∶55，输入输出功率应相等，所以正确答案仅有D ．答案： D7．下图的甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，以下说法正确的是( )A ．线圈匝数n 1<n 2，n 3<n 4B ．线圈匝数n 1>n 2，n 3<n 4C ．甲图中的电表是电压表，输出端不可以短路D ．乙图中的电表是电流表，输出端不可以断路解析： 甲图中原线圈并联在电路中，应为电压互感器，为降压变压器，n 1＞n 2，甲图中的电表为电压表；乙图中原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n 3＜n 4，乙图中电表为电流表，故选项B 、C 、D 正确．答案： BCD8．如图甲所示，M 是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n 1∶n 2＝10∶1，接线柱a 、b 接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示．变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R 2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器，R 1为一定值电阻．下列说法中正确的是( )A ．电压表V 的示数为22 VB ．此交变电流的频率为 HzC ．当传感器R 2所在处出现火警时，A 的示数减小D ．当传感器R 2所在处出现火警时，V 的示数减小解析： 交变电流的有效值为U ＝U m 2＝220 V ．由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝22 V ，电压表测量的是电阻R 2两端的电压，A 错误；交变电流的频率f ＝1T ＝50 Hz ，B 错误；R 2所在处出现火警时，R 2减小，I 2增大，R 1两端的电压增大，故电压表的示数减小，D 正确；因为输入功率等于输出功率即U 1I 1＝ U 2I 2，故I 1增大，即A 的示数增大，C 错误．答案： D9．如图所示，理想变压器原线圈输入交变电流i ＝I m sin ωt ，副线圈接有一电流表和负载，电流表的示数为 0.1 A ．在t ＝14T (T 为交流的周期)时，原线圈中的电流瞬时值为 0.03 A ，由此可知该变压器的原副线圈的匝数比为( )A ．10∶3B ．3∶10 2C ．102∶3D ．3∶10解析： 电流表示数为0.1 A ，即副线圈中电流有效值I 2＝0.1 A ．将t ＝14T ，i ＝0.03 A 代入i ＝I m sin ωt 可得I m ＝0.03 A ．所以原线圈中电流有效值I 1＝I m 2＝31002A 所以n 1n 2＝I 2I 1＝1023，故C 正确．答案： C10．理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u ＝U 0sin ωt 的交流电源，副线圈接一个R ＝ Ω的负载电阻．若U 0＝220 2 V ，ω＝100π rad/s ，则下述结论正确的是( )A ．副线圈中电压表的读数为55 VB ．副线圈中输出交流电的周期为1100πs C ．原线圈中电流表的读数为0.5 A D ．原线圈中的输入功率为110 2 W解析： 原线圈电压有效值为U ＝220 V ，电压表读数为U 2＝2204 V ＝55 V ，周期T ＝2πω＝150 s ，副线圈中电流I 2＝U 2R ＝2 A ，原线圈中电流I 1＝I 24＝0.5 A ，P ＝I 1U ＝110 W.答案： AC11．如图，理想变压器原线圈与一10 V 的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a 和b ，小灯泡a 的额定功率为 W ，正常发光时电阻为30 Ω，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A ，可计算出原、副线圈的匝数比为________，流过灯泡b 的电流为________A ．解析： U 1＝10 V ，根据小灯泡正常发光，则U 2＝PR ＝3 V ，I a ＝U 2R ＝0.1 A ，根据n 1n 2＝U 1U 2＝103，I 2I 1＝n 1n 2，所以I 2＝n 1n 2I 1＝0.3 A ，I b ＝I 2－I a ＝0.2 A ．答案： 10∶312．如图所示，交流发电机动势的有效值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, W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计．求：(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比；(2)发电机的输出功率．解析：(1)彩色小灯额定电流I L＝PU＝错误!A＝错误!A．次级线圈总电流I2＝24I L＝1 A变压器输入功率等于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＋6I1代入E值解得I1＝13A(I1＝3 A应舍去，据题意是降压变压器，应I1＜I2＝1 A)所以n1n2＝I2I1＝31.(2)发电机输出功率P＝I1E＝W. 答案：(1)3∶1(2) W。
鲁科版-选修3-2-第4章 远距离输电-第2节 变压器 名师获奖
变压器题解中应注意的几个问题交流电部分变压器属于一个重要的知识点，在此部分的习题教学及复习中应注意以下几个问题．1、变压器关系式u1/u2=n1/n2中，u1、u2指的是原、副线圈的端压，即线圈两端的电压，这一点务必注意．例1 如图1所示，理想变压器初、次级分别接有相同的灯泡A、B，且初、次级线圈匝数之比n1∶n2=2∶1，电源电压为u，则B灯两端的电压为多大？析与解：∵u1=u-uA（uA为灯泡A的电压），u2＝uB（uB为灯泡B的电压）．∴u1∶u2=n1∶n2可写成（u-uA）∶uB＝n1∶n2又I1∶I2=n2∶n1，及uB=I2R，uA=I1R得uB=2uA2、I1∶I2=n2∶n1只限一个副线圈时成立．若有两个或两个以上副线圈，电流与匝数成反比的关系并不成立．如有副线圈多个，其匝数分别为n2、n3、n4……，由P出=P入知I1u1=I2u2+I3u3+I4u4+……，利用电压比等于匝数比得关系式为：I1n1=I2n2+I3n3+I4n4+……，显然在n3=n4=……=0即只有一个副线圈时，才有I1∶I2=n2∶n1．3、变压器不能变恒定直流电，可以变大小变化的脉动直流电（如图2，即电子线路中的隔直耦合作用）．4、注意线圈的连接．多个副线圈可以独立输出电压，也可以组合提供电压．组合后输出电压与线圈的同极性端（又称同名端）的连接有关，也可由线圈绕向来定．同向绕向线圈串联，电压相加，反向绕向线圈串联，电压相减．例2 一理想变压器如图3所示，如果要把两只标有“6V、”的灯泡和一只标有“3V、”的灯泡全部接入变压器次级，且能够正常发光．请你在次级画出连接的示意图，此时初级线圈的电流强度多大？析与解：由题意知u12=2V，u34=7V，只有将2、3短接，将两只“6V、”的灯并联后与“3V、”灯串联接在1、4间即可（示意图略）．由P出=P入有：3×=I1u1=I1×220V，由此得：初级线圈电流I1=．变压器复习，抓住电压比等于匝数比；输入功率与输出功率相等是关键，并能正确分析连接问题，这部分知识就容易掌握了．。
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变压器
夯基达标
1.在正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上不一定相等的物理量为( )
A.交流电的频率
B.端电压的最大值
C.电流的有效值
D.电功率
2.对于理想变压器，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，随着副线圈的输出电流增大而增大
C.原线圈的电压，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
3.如下图是4种亮度的台灯的电路示意图.它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 V 40 W”.当灯泡所消耗的功率都调至20 W时，哪种台灯消耗的电功率最小( )
4.如下图所示一理想变压器，原、副线圈匝数之比n1∶n2＝10∶1，在原线圈a、b两端加上
220sin100πt V的正弦交变电流，当原线圈中a、b两端的电压为100 V的瞬间，电压为2
副线圈两端理想交流电压表的读数为( )
22 V C.22 V D.10 V
A.220 V
B.2
5.如下图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒向右匀速切割磁感线时，电流表A1的读数是12 mA，则副线圈中电流表A2的读数应该为( )
A.3 mA
B.48 mA
C.0
D.与R阻值有关
6.在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都有滑动头，如下图所示，当变压器输入电压发生变化时，可上下调节滑动头P1、P2的位置，使输出电压稳定在220 V上，现发现输出电压低于200 V，下列措施中不正确的是( )
A.将P1向下移
B.将P2向上移
C.将P1向上移，同时P2向下移
D.将P1向下移，同时P2向上移能力提升
7.某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按下图所示规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )
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.交流电源有效值为220 V，频率为50 Hz
8.如下图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝4∶1，原线圈回路中的电阻A 与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b端加一定交流电压后，两电阻消耗的电功率
之比P A∶P B＝_______________，两电阻两端电压之比U A∶U B＝______________.
9.如下图所示，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.
(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？
10.如下图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U1＝3 300 V，副线圈的输出电压U2＝220 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U0＝2 V，则
(1)原、副线圈的匝数各是多少？
(2)当S断开时，A2的示数I2＝5 A，那么A1的示数是多少？
(3)当S闭合时，A2的示数将如何变化？A1的示数如何变化？
拓展探究
11.互感器是一种特殊的变压器，借助它，交流电压表(或电流表)可以间接测量高电压和大电流.
(1)下图所示为电压互感器或电流互感器的接线图，其中正确的是( )
(2)为什么电流互感器的副线圈绕组不允许安装保险丝？为什么电压互感器的副线圈——低压侧要装保险丝？
参考答案
1解析：变压器不改变交流电的频率；理想变压器的输入功率等于输出功率；端电压的最大值与匝数有关，只有原、副线圈匝数比为1∶1时，端电压最大值才相等；电流的有效值与端电压及电路电阻有关.
答案：BC
2解析：原线圈的电压决定副线圈的电压，即使副线圈开路也是如此，副线圈电压在开路时也不会为零；原线圈的电流由副线圈的电流决定，当副线圈的电流为零(增大)时，原线圈电流也为零(增大)；输出功率决定输入功率，输出功率变大时，输入功率也变大，且二者总相等.
答案：ABC
3解析：A 、B 两项电路，均属一个电阻与电灯串联电路，D 项是采用分压电路，对这三个电路，电灯不仅要消耗功率，电阻器也消耗功率.对于C 项，理想变压器不消耗功率，仅有电灯消耗功率.
答案：C
4解析：电压表的示数为有效值，无论哪个时刻，电压表的示数都为有效值，即==10
12U U 22V. 答案：C
5解析：导体棒匀速向右切割磁感线运动时，变压器输入端为稳恒电流.穿过副线圈的磁通量不变化，因此，电流表A 2读数为零.
答案：C
6解析：理解变压器的基本规律，并能对变压器进行调节.由2121n n U U =知1212n n U U =，欲增大U 2，可增大n 2(或减小n 1)，也可同时增大n 2，减小n 1.
答案：C
7解析：由图象知交流电源有效值为2
11m U U =＝220 V ，T f 1=＝50 Hz ，故D 项正确；由理想变压器的变压比2121n n U U =得，输出电压11
22U n n U =＝36 V ，故输出电压的最大值为236V ，A 项错误；原、副线圈的电流与匝数成反比，即
5591221==n n I I ，B 项错误；理想变压器的输入功率等于输出功率，即P 1∶P 2＝1∶1，C 项错误.
答案：D
8解析：令电阻B 的电流为I B ，由12n n n n I I B A ==，得B B A I I n n I 4
112==，又P ＝I 2R ，故P a ∶P b ＝I a 2R a ∶I b 2R b ＝I a 2∶I b 2＝(4
1I b )2∶I b 2＝1∶16. 因U ＝IR ，故U a ∶U b ＝I a R a ∶I b R b ＝I a ∶I b ＝1∶4.
答案：1∶16 1∶4
9解析：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U 1、U 2、I 1、I 2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有I 1U 1＝I 2U 2.
当I 2＝12 mA 时，I 1即为熔断电流.代入数据，得I 1＝0.98 A.
(2)设副线圈中电流为I 2′＝10 mA 时，变压器的输入功率为P 1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有P 1＝I 2′U 2，代入数据得，P 1＝180 W.
答案：(1)0.98 A (2)180 W
10解析：(1)根据变压比0101U U n n =及0
202U U n n =有
12
33000011⨯=∙=n U U n 匝＝1 650匝 122200022⨯=∙=
n U U n 匝＝110匝 (2)由其是理想变压器知P 入＝P 出，I 1U 1匝＝I 2U 2
A A I U U I 33.053300
2202121=⨯=∙= (3)开关S 闭合时，负载增加，总电阻减小，副线圈的输出电压U 2不变，R U I 22=
，即I 2增加.输出功率P 出＝I 2U 2也增加.根据理想变压器P 入＝P 出，即I 1U 1＝I 2U 2，原线圈中的电流I 1也随之增大.
答案：(1)1 650匝 110匝 (2)0.33 A (3)变大 变大
11解析：(1)电压互感器并联在电路中，且原线圈匝数大于副线圈匝数(降压)，因此，C 、D 两项均错误.电流互感器串联在电路中，原线圈匝数小于副线圈匝数.因此，B 项错误而A 项正确.
答案：(1)A
(2)如果电流互感器在运行时副线圈断开，I 2＝0，则铁芯中的磁通量会急剧增加(因为原线圈中电流很大，在铁芯中产生的磁通量很大，正常运行时I 2≠0，且n 2＞n 1，所以I 1产生的磁通量大部分被I 2所产生的磁通量所抵消)，这将在副绕组两端感应出高压(可达103 V 以上)，即使副绕组的一端接地，对人及仪表仍不安全.因此，电流互感器副绕组决不允许断路，当然不允许安装保险丝.
电压互感器在运行时应严防短路，因短路时副线圈电路阻抗大大减小，会出现很大短路电流，使副线圈严重发热而烧毁，所以在电压互感器低压侧要装保险丝.。