高考物理双基突破二专题理想变压器精讲.doc

专题36 理想变压器
一、理想变压器
1．构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

（1）原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

（2）副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。

2．原理：电流磁效应、电磁感应。

3．基本关系式
（1）功率关系：P 入＝P 出；
（2）电压关系：U1n1＝U2n2；有多个副线圈时U1n1＝U2n2＝U3
n3＝….；
（3）电流关系：只有一个副线圈时I1I2＝n2
n1。

由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 。

二、变压器基本规律的应用
1．理想变压器的规律
2．关于理想变压器的四点说明 （1）变压器不能改变直流电压。

（2）变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。

（3）理想变压器本身不消耗能量。

（4）理想变压器基本关系中的U 1、U 2、I 1、I 2均为有效值。

【题1】如图所示，理想变压器的原线圈接入u ＝11 000 2sin 100πt （
V ）的交变电压，副线圈通过
电阻
r ＝6Ω的导线对“220 V，880 W”的电器R L 供电，该电器正常工作．由此可知
A ．原、副线圈的匝数比为50∶1
B ．交变电压的频率为100 Hz
C ．副线圈中电流的有效值为4 A
D ．变压器的输入功率为880 W
【答案】C
【题2】（多选）如图，一理想变压器原、副线圈匝数分别为n 1、n 2。

原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R 的负载电阻串联后接到副线圈两端。

假设该二极管正向电阻为零，反向电阻为无穷大。

用交流电压表测得a 、b 端和c 、d 端的电压分别为U ab 和U cd ，则
A ．U ab ：U cd ＝n 1：n 2
B ．增大负载电阻的阻值R ，电流表的读数变小
C ．负载电阻的阻值越小，cd 间的电压U cd 越大
D ．将二极管短路，电流表的读数加倍 【答案】BD
【解析】若变压器初级电压为U ab ，则次级电压为U 2＝
n2
n1
U ab ；由于二极管的单向导电性使得副线圈中的反向电流为零，由有效值的定义可得U2c d R T ＝U22R ·T 2解得U cd ＝22U 2，故Uab Ucd ＝2n1
n2，选项A 错误；增大负载的
阻值R ，则变压器次级电流减小，则初级电流也减小，即电流表的读数减小，选项B 正确；cd 间的电压由变压器的初级电压决定，与负载电阻R 的大小无关，选项C 错误；若二极管短路则U cd ′＝U 2＝2U cd ，故此时R 消耗的功率P ′＝Ucd′2
R
为原来的2倍，则次级电流会加倍，则初级电流也加倍，选项D 正确。

【题3】如图甲所示电路，已知电阻R 1＝R 2＝R 。

和R 1并联的D 是理想二极管（正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大），在A 、B 之间加一个如图乙所示的交变电压（电压为正值时，U AB >0）。

由此可知
A ．在A 、
B 之间所加的交变电压的周期为2 s
B ．在A 、B 之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u ＝202sin 100πt V
C ．在A 、B 之间所加的交变电压的最大值为20 V
D ．加在R 2上电压的有效值为20 V 【答案】B
【题4】一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，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220V 的正弦交流电源上，如图所示。

设副线圈回路中电阻两端的电压为U ，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k ，则
A ．U ＝66 V ，k ＝1
9
B ．U ＝22 V ，k ＝1
9
C ．U ＝66 V ，k ＝1
3
D ．U ＝22 V ，k ＝1
3
【答案】A
三、变压器模型
1．自耦变压器：自耦变压器（称调压器）它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用如图所示。

【题5】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，其副线圈匝数可调。

已知变压器线圈总匝数为1900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2.0 kW 。

设此时原线圈中电流有效值为I 1，负载两端电压的有效值为U 2，且变压器是理想的，则U 2和I 1分别约为
A ．380 V 和5.3 A
B ．380 V 和9.1 A
C ．240 V 和5.3 A
D ．240 V 和9.1 A 【答案】B
【题6】（多选）如图甲所示，为一种可调压自耦变压器的结构示意图，线圈均匀绕在圆环形铁芯上，若AB 间输入如图乙所示的交变电压，转动滑动触头P 到如图甲中所示位置，在BC 间接一个理想的交流电压表（图甲中未画出），则
A ．A
B 间输入的交流电的电压瞬时值表达式为u ＝2202sin （100πt ）V B ．该交流电的频率为100 Hz
C ．t ＝1×10－2
s 时电压表读数为零 D ．BC 间输出的电功率为零 【答案】AD
【解析】由乙图可读出交流电的最大值为U m ＝220 2 V ，周期T ＝2×10－2
s ，ω＝2πT ＝100π rad/s.
则交流电的电压瞬时值u ＝U m sin ωt ＝2202sin(100πt )V ，A 正确．由f ＝1
T ＝50 Hz ，知B 错．因电压表
测交流电电压时，读数为交流电的有效值，不能读出瞬时值，所以读数为220 V ，则C 错．由于BC 间接理想电压表，R V 无穷大，则P ＝
U2
R
＝0，D 正确。

2．互感器：分为电压互感器和电流互感器，比较如下：
【题7】（多选）电流互感器和电压互感器如图。

其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数，a、b为两只交流电表，则
A．A为电流互感器，且n1<n2，a是电流表
B．A为电压互感器，且n1>n2，a是电压表
C．B为电流互感器，且n3<n4，b是电流表
D．B为电压互感器，且n3>n4，b是电压表
【答案】AD
【题8】（多选）图中甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，利用互感器可以实现用普通的电表测高压或大电流，以下说法正确的是
A．线圈N1两端电压高于线圈N2两端电压
B．线圈N3中电流小于线圈N4中电流
C．甲图中的电表是电压表，乙图中的电表是电流表
D．甲图中的电表是电流表，乙图中的电表是电压表
【答案】AC
【解析】甲并联在电路中是电压互感器，电路中是强电压，通过变压器变成弱电压，用电压表测量，
因为电压之比等于线圈匝数比，所以U1＞U2，由图可知，乙串联在电路中是电流互感器，电路中是强电流，通过变压器变成弱电流，用电流表测量，因为电流之比等于线圈匝数的倒数比，所以I3＞I4，综上所述，AC 正确，故BD错误。

【13题】（多选）一理想变压器如图，其原线圈电压一定，副线圈上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。

开始时电键K断开。

当K接通后，以下说法正确的是
A．副线圈两端MN的输出电压减小
B．通过灯泡L1的电流减小
C．原线圈中的电流增大
D．变压器的输入功率变小
【答案】BC。