物理3-2人教版精编习题 含详解答案 第五章第四节变压器

1、第四节变压器学习目标1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系一、变压器的原理(阅读教材第41页第1段至第3段)1构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈2原理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拓展延伸(解疑难)1变压器的工作原理原线圈上加交变电压时铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动

2、势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化2变压器的作用：改变交变电流的电压1.如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？提示：不能变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生二、电压与匝数的关系(阅读教材第41页实验至第43页)1理想变压器没有能量损失的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型2电压与匝数的关系原、副线圈的电压比等于两个线圈的匝数比，即.3.两类变压器副线圈的电

3、压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器拓展延伸(解疑难)1理想变压器的特点(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量(2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率2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U1E1，副线圈两端的电压U2E2，所以.当有n组线圈时，则有：3功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P入P出4电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得.当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3，得I1n1I2n2I3n3.2.(1)理想变压器

4、原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比()(2)理想变压器是一个理想化模型()(3)学校中用的变压器工作时没有能量损失()(4)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率()提示：(1)(2)(3)×(4)×扫一扫进入91导学网()变压器理想变压器的原理及基本规律学生用书P55 解决此类题目的方法是利用原副线圈的电压、电流与匝数的关系以及输出功率和输入功率相等综合解决问题(自选例题，启迪思维)1.理想变压器连接电路如图甲所示，已知原、副线圈匝数比为101，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则()A电压表读数为282 VB电压表读

5、数为28.2 VC输入功率为56.4 WD输入功率为40 W思路探究(1)电压表的示数是副线圈的电压U2，且是有效值，用求解(2)输入功率由输出功率计算，P入P出U2I2U1I1.解析由题图乙可知，Um282 V，则输入电压有效值U1200 V根据知，U220 V，由题意知，I22 A，输入功率PU1I1U2I240 W，故A、B、C错，D正确答案D2.(2013·高考四川卷) 用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图所示，则()A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈匝数比是12D负

6、载电流的函数表达式i0.05sin A解析根据it图象，负载电流的函数表达式i0.05sin 100t(A)且Im0.05 A，通过负载的电流的有效值I2，输出电压的最大值UmU2110 V，变压器的输入功率P1P2I2U23.9 W，变压器原、副线圈匝数比.选项A正确，选项B、C、D错误答案A3.如图所示，理想变压器的交流输入电压U1220 V，有两组副线圈，其中n236匝，标有“6 V9 W”、“12 V12 W”的电灯分别接在两副线圈上均正常发光，求：(1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3；(2)原线圈中电流I1.思路探究(1)副线圈为两个时，理想变压器电压、电流、功率关系式是什么

7、？(2)电灯正常发光是什么含义？解析(1)由于两灯泡均正常发光，所以有U26 V，U312 V.根据原、副线圈电压与匝数的关系，由、得n1n2×361 320(匝)n3n2×3672(匝)(2)由于P入P出，P出P2P3，所以P入P2P3.即I1U1P2P3，则I1 A0.095 A.答案(1)1 320匝72匝(2)0.095 A名师点评理想变压器的变压关系是一个普适关系，而电流比则不然，它只适用于副线圈仅有一个的情况而对副线圈有多个的情况则应根据功率关系P入P出，即U1I1U2I2U3I3来找出各线圈间的电流关系理想变压器各量制约关系和动态分析学生用书P56 1理想变压

8、器工作时的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2.(2)功率制约：P出决定P入(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1.2对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1；(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.(自选例题，启迪思维)1. 如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的

9、灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开当S接通时，以下说法中正确的是()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思路探究(1)副线圈两端电压UMN由哪些量决定？(2)原线圈中的电流由哪些量决定？(3)接通S时，负载电阻如何改变？电阻R上的电压如何改变？解析由于输入电压不变，原、副线圈匝数比不变，所以当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，总电阻变小，由欧姆定律I2知，流过R的电流增大，电阻R上的电压URI2R增大副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1I2U2得，I2增

10、大，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的电流减小答案BCD2.(2015·成都七中高二月考)如图所示为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则()A保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大B保持P的位置及U1不变，S由b合到a时，R消耗的功率减小C保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大D保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大解析S由a合到b时，n1减小而U1不变，由可知副线圈上电压U2增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1P2U1I1

11、，故I1增大，A项正确同理S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项正确答案ABD3.如图所示，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()A原线圈匝数n1增加B副线圈匝数n2减少C负载电阻R的阻值增大D负载电阻R的阻值减小解析由，P出可得P出又因为P入P出，所以P入分析可得选项D正确答案D名师点评(1)对于输出电压的大小，条

12、件充分时只需根据原线圈电压及原、副线圈的匝数确定(2)P1、P2、I1、I2的判断往往都与R的大小有关，对P1、I1的确定，需从P2、I2入手(3)各物理量的制约关系：在变压比一定时，若输入电压一定，则输出电压一定，若负载变化，则输出电流变化，输出功率变化，输入电流、输入功率也相应变化高考链接理想变压器原、副线圈基本量的关系范例(15分)(2011·高考江苏卷)如图甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的ut图象如图乙所示若只在ce间接一只Rce400 的电阻，或只在de间接一只Rde225 的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均

13、为80 W.甲 乙(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；(2)求只在ce间接400 电阻时，原线圈中的电流I1；(3)求ce和de间线圈的匝数比.审题点睛(1)从图象中能根据U求出ab端电压有效值及读出周期T.(2)在ce间接Rce和在de间接Rde功率相等是解题关键根据PUI1求解I1，根据功率公式P求解，由解得结果解析(1)由题图乙知T0.01 s(1分)200 rad/s(1分)电压瞬时值uab400sin 200t(V)(2分)(2)电压有效值U1200 V(1分)理想变压器P1P2(2分)原线圈中的电流I1，(1分)解得I10.28 A.(1分)(3)设ab间匝数为n1，(

14、1分)同理(1分)由题意知，(2分)解得(1分)代入数据得.(1分)答案见解析如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U13 300 V，副线圈的输出电压U2220 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U02 V，则：(1)原、副线圈的匝数各是多少？(2)当S断开时，A2的示数I25 A，那么A1的示数是多少？解析：本题考查变压器的工作原理以及基本规律，解题关键是明确电压表示数U0是一匝线圈上的电压(1)根据变压比及，有n1n0×1匝1 650 匝，n2n0×1 匝110 匝(2)对理想变压器有P入P出，即I1U1I2U2.I1I2×5 A0.33 A.答案：见解

15、析随堂达标1(2015·南充高二检测)如图中理想变压器原、副线圈匝数之比n1n241，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连组成闭合回路当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表A1的读数是12毫安，那么安培表A2的读数是()A0B3毫安C48毫安 D与R值大小无关解析：选A.当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，故选A. 2. (2013·高考广东卷)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，V和A均为理想电表，灯泡电阻R16 ，AB端电压

16、u112sin (100t) V .下列说法正确的是()A电流频率为100 HzBV的读数为24 VCA的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W解析：选D.频率应为50 Hz，A错由n1n221知，U26 V，B错副线圈的电流I21 A，C错功率P1P26 W，D对3. 如图所示，理想变压器的原线圈接入u11 000·sin 100t(V)的交变电压，副线圈通过电阻r6 的导线对“220 V880 W”的电器RL供电，该电器正常工作由此可知()A原、副线圈的匝数比为501B交变电压的频率为100 HzC副线圈中电流的有效值为4 AD变压器的输入功率为880 W解析：选C.副线圈输出

17、电压U2220 VUr，故A错误.2f100 Hz，f50 Hz，故B错I2 A4 A，故C项正确由于理想变压器P入Ir880 W880 W，故D错4. (选做题)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u，其瞬时值表达式为u220 sin(100t) V，现把单刀双掷开关与a连接，则()A电压表的示数为22 VB流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次C在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大D若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电

18、流表的示数变小解析：选AB.理想变压器可以变压、变流，但不改变功率和频率；由交变电压的表达式可知，该交变电压的频率为50 Hz，而产生交变电压的线圈每转一圈，其电流变向两次，故B正确；电压表的读数是有效值，根据理想变压器的变压比等于匝数比可知，该电压表的读数为22 V，A正确；滑动变阻器的触头P向上移动，其接入电路的阻值减小，而变压器两端的电压不变，则电压表的读数不变，副线圈中的电流变大，则电流表的读数变大，C错误；单刀双掷开关由a扳向b，变压器的原线圈的有效匝数减小，由可知，U变大，变压器的输出功率和输入功率变大，故电压表和电流表的读数都变大，D错误课时作业一、选择题1关于理想变压器的工作原

19、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解析：选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2(多选)如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定电压为U0的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为R，图中电压表为理想电表下列说法正确的是 ()A变

20、压器输入电压的瞬时值为uUmsin(V)B电压表的示数为U0C变压器的输入功率为D变压器的匝数比为UmU0解析：选AC.由题图乙知，变压器输入电压的瞬时值为uUmsin(V)，选项A正确；电压表的示数为U0，选项B错误；变压器的输入功率为，选项C正确；由变压器变压公式，变压器的匝数比为UmU0，选项D错误3一理想变压器原、副线圈匝数n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示副线圈仅接入一个10 的电阻，则()A流过电阻的电流是20 AB与电阻并联的电压表的示数是100 VC经过1 min电阻发出的热量是6×103 JD变压器的输入功率是1×103 W解析：

21、选D.设输入电压为U1，输出电压为U2，由知U2100 V，IA10 A，故选项 A、B错；1 min内电阻产生的热量QI2Rt102×10×60 J60 000 J，故选项C错误；P输入P输出1×103 W，故选项D正确4如图所示，理想变压器的输入电压保持不变副线圈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，开关S断开，当S闭合时，下列说法正确的是()A电压表示数变大 B灯泡L1更亮C电流表示数增大 D变压器的输出功率减小解析：选C.当S闭合时，R中电流增大，电压表示数变小，灯泡L1变暗，变压器的输出功率增大，电流表示数增大，选项C正确，

22、A、B、D错误5(多选)(2014·高考山东卷) 如图，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A以下判断正确的是()A变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比n1n2113解析：选BD.变压器的输入功率P1P2I2U22.2×60 W132 W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I2×2.2 A0.6 A，选项B正确；根据I得副线圈上的电流的最大值I2

23、mI22.2 A，选项C错误6如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为()A2.2×103 W B2.2×102 WC2.2×108 W D2.2×104 W解析：选C.由电流互感器知高压输电线中电流I1 000 A，由电压互感器知高压U220×103 V，则高压输电线功率PUI2.2×108 W.7(多选)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为15，原线圈两端的交变电压为u20sin (100t)

24、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 HzB开关接通后，电压表的示数为100 VC开关断开后，电压表的示数变大D开关断开后，变压器的输入功率不变解析：选AB.本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为U1 V20 V，由得副线圈两端的电压为U2100 V，电压表的示数为交变电压的有效值，B项正确；交变电压的频率为f Hz50 Hz，一个周期内电压两次大于100 V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为100 Hz

25、，A项正确；开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C项错误；开关断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D项错误8(多选)为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图保证输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示以下正确的是()Au2190sin (50t)VBu2190sin (100t)VC为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移D为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移解析：选BD.由于用户电压u2随时间t变化的曲线周期为0.02 s，所以u2190

26、sin (100t)V，选项B正确，A错误；为使用户电压稳定在220 V，应减小变压器原线圈匝数，应将P适当上移，选项C错误，D正确9(多选)如图甲所示，变压器原副线圈的匝数比为31，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压的ut图象如图乙所示则以下说法中正确的是()A电压表的示数为36 VB电流表的示数为2 AC四只灯泡均能正常发光D变压器副线圈两端交变电流的频率为50 Hz解析：选BCD.输入电压等于灯泡L1与原线圈电压之和，而电压表测量到的实际上是原线圈两端电压，故A错误；原、副线圈变压比为31，原、副线圈电流之比为13，设

27、副线圈电压为U，则原线圈电压为3U，灯泡L1的电压也是U，故4U36 V，U9 V，故四个灯泡均正常工作10. 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所示，其副线圈匝数可调已知变压器线圈总匝数为1 900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I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为()A380 V和5.3 A B380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 A解析：选B.由理想变压