2025高考物理总复习理想变压器电能的输送实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

第2讲理想变压器电能的输送实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系高考总复习2025考点一理想变压器原理及其应用强基础•固本增分1.构造:如图所示,变压器是由

和绕在铁芯上的

组成的。

(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫

线圈。

(2)副线圈:与

连接的线圈,也叫

线圈。

闭合铁芯

两个线圈初级负载次级

必须是交变电流2.原理:利用电磁感应的

现象。

3.基本关系式互感P入=P出

√×√学习人教版教材选择性必修第二册第61页“科学漫步——无线充电技术”,完成下面题目:(2023安徽淮北模拟改编)近年来,无线充电技术得到了广泛应用。正在进行无线充电的电子产品如图甲所示,某种无线充电器的简化原理图如图乙所示。由于发射线圈与接收线圈处于两个分离的装置中,穿过接收线圈的磁通量少于发射线圈的磁通量。已知发射线圈与接收线圈的匝数分别为1210和55,当发射线圈接入220V交流电源时,接收线圈输出电压为9V。忽略其他损耗,则发射线圈与接收线圈的电流之比为

;接收线圈的磁通量变化率是穿过发射线圈的百分比为

。9∶220

90%研考点•精准突破考向一

理想变压器基本规律的应用

理想变压器①没有能量损失(铜损、铁损)②没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,与负载情况、副线圈个数无关电流关系只有一个副线圈时,电流和匝数成反比;有多个副线圈时,由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定典题1(2022山东卷)如图所示的变压器,输入电压为220V,可输出12V、18V、30V电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcos(100πt)。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1V。将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端时,功率为12W。下列说法正确的是(

)A.n1为1100,Um为220VB.BC间线圈匝数为120匝,流过R的电流为1.4AC.若将R接在AB两端,R两端的电压为18V,频率为100HzD.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5A,周期为0.02sD指点迷津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)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。(4)P入=P出,即无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于输出功率之和。考向二

三种特殊的变压器1.自耦变压器自耦变压器(又称调压器),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。2.互感器

3.多副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系:(2)电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+…(3)功率关系:P1=P2+P3+…典题2(2020浙江卷)如图所示,甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1,电压表读数为U,乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2,电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(

)B典题3(2024湖北十堰模拟)如图所示,理想变压器原线圈所在电路的输入端接有电压有效值为220V的正弦式交变电流,匝数为30的副线圈2与规格为“12V

36W”的灯泡L1连接,副线圈3与规格为“18V

54W”的灯泡L2连接,原线圈与额定电压为40V的灯泡L连接。若电路接通时,三个灯泡均正常发光,则下列说法正确的是(

)A.原线圈1两端的电压为220VB.原线圈1的匝数为450C.副线圈3的匝数为50D.通过灯泡L的电流有效值为1AB考点二电能的输送强基础•固本增分1.输电过程(如图所示)2.输电导线上的能量损耗主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为Q=

。

3.电压损失(1)ΔU=U-U';(2)ΔU=

。

I2Rt

IR4.功率损失(1)ΔP=P-P';5.输送电流

I2R√×√研考点•精准突破“三招”破解远距离输电问题1.理清三个回路2.抓住两个联系

3.明确三个重要关联式(联系两个变压器的纽带)(2)电压关联式:U2=ΔU+U3。(3)电流关联式:I2=I线=I3。考向一

远距离输电的电压损失和功率损失典题4(2023山东聊城二模)国家为节约电能,执行峰谷分时电价政策,引导用户错峰用电。为了解错峰用电的好处,建立如图所示的“电网仅为3户家庭供电”模型,3户各有功率P=3kW的用电器,采用两种方式用电:方式一为同时用电1小时,方式二为错开单独用电各1小时,两种方式用电时输电线路总电阻损耗的电能分别为ΔE1、ΔE2,若用户电压恒为220V,不计其他线路电阻,则(

)A.两种方式用电时,电网提供的总电能之比为1∶1B.两种方式用电时,变压器原线圈中的电流之比为1∶3C解析

当单用户用电时,设原、副线圈中的电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,则根据变压器的原理始终有U1I1=U2I2,则可知单用户分别用电时,电网提供的电能为E2=3Pt+R线·3t,t=1

h,当多用户同时用电时,由于用户电压恒定,即U2不变,则可知U1不变,但副线圈中的功率变为三倍,即3P,而3P=U2I2',则可知I2'=3I2,而线圈匝数比不变,则可知原线圈回路中的电流变为原来的三倍,即I1'=3I1,由此可知电网提供的电能为E1=3Pt+I1'2R线t=3Pt+9R线t,A、B错误;同时用电一小时,输电线路总电阻损耗的电能分别为ΔE1=I1'2R线t=9R线t,错开单独用电各1小时,输电线路总电阻损耗的电能分别为ΔE2=R线·3t,则可得

=3,C正确,D错误。规律方法

输电线路功率损失的四种计算方法

考向二

远距离输电相关量的计算典题5(多选)(2021山东卷)输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3,输入电压为7.5V的正弦式交变电流。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10Ω。开关S接1时,右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R上的功率为10W;接2时,匝数比为1∶2,R上的功率为P。以下判断正确的是(

)A.r=10Ω B.r=5ΩC.P=45W D.P=22.5WBD考点三实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系强基础•固本增分1.变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。

通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。

互感原理若铁芯不漏磁,则原、副线圈磁通量时刻相同2.本实验通过与副线圈相连接的

,观察原线圈电压变化时,副线圈的输出电压的变化;通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的

与

的关系。

3.用

法研究。

交变电流多用电表电压比匝数比控制变量√××√研考点•精准突破典题6

在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器如图所示。(1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是

;

A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯C.绝缘的铜片叠成D.绝缘的硅钢片叠成(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数

(选填“多”或“少”);

D少(3)以下给出的器材,本实验需要用到的是

;(填字母)

BD(4)为了保证安全,低压交流电源的电压不要超过

;(填字母)

A.2VB.12VC.36V(5)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间,用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V,则原线圈的输入电压可能为

;(填字母)

A.1.5VB.6.0VC.7.0VBC(6)等效法、理想模型法是重要的物理学方法,合理采用物理学方法会让问题变得简单,这体现了物理学科“化繁为简”之美。产生的脉冲转化为电压脉冲的仪器,其输出部分可以等效为(左侧虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联)与一理想变压器的原线圈连接,一可变电阻R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻)。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下,在调节可变电阻R的过程中,当

=

时,R获得的功率最大。

解析

(1)观察变压器的铁芯,它的结构是绝缘的硅钢片叠成,利于导磁与减少涡流的能量损失,故选D。(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,根据

可知,匝数少的电流大,则导线