資源簡介

3.3變壓器
知識梳理
一、變壓器的原理
1．構造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作 ，與負載連接的線圈叫作 ，其構造示意圖與電路中的符號分別如圖甲、乙所示。
2．原理： 現象是變壓器工作的基礎。原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中激發的磁場也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產生 。
二、電壓與匝數的關系
1．理想變壓器：沒有 的變壓器叫作理想變壓器，它是一個理想化模型。
2．電壓與匝數的關系： ＝
3．兩類變壓器
副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作 變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作 變壓器。
三、變壓器中的能量轉化
原線圈中電場的能量轉變成 的能量，變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈，在副線圈中產生了感應電流，磁場的能量轉化成了 的能量。
1．功率關系： 從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即U1I1 =
2．電流關系： ＝
隨堂練習
變壓器的原理　電壓與匝數的關系
例1．有些機床如圖所示，為了安全，照明電燈用的電壓是36 V，這個電壓是把380 V的電壓降壓后得到的。如果變壓器的原線圈是1330匝，副線圈是多少匝？在某次實際工作時輸入電壓只有220 V，則輸出電壓是多少？
例2．(多選)如圖所示為一理想變壓器，原、副線圈的匝數比n1∶n2＝1∶2，以下說法正確的是(　　)
A．穿過原、副線圈的磁通量的變化率之比為1∶2
B．穿過原、副線圈的磁通量的變化率相等
C．原、副線圈每一匝產生的感應電動勢相等
D．原、副線圈電壓之比為1∶2
二、理想變壓器原、副線圈的功率關系和電流關系
例3．如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220sin (100πt) V的交流電源上，副線圈接有R＝55 Ω的負載電阻，原、副線圈匝數之比為2∶1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是(　　)
A．原線圈的輸入功率為220 W
B．電流表的讀數為1 A
C．電壓表的讀數為110 V
D．副線圈輸出交流電的周期為50 s
課后鞏固
1．(多選)理想變壓器正常工作時，原、副線圈中一定相等的物理量是(　　)
A．每匝線圈中磁通量的變化率
B．交變電流的頻率
C．原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
D．原線圈的感應電動勢和副線圈的感應電動勢
2．如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數之比n1∶n2＝4∶1，當導體棒在平行導軌上勻速切割磁感線時，電流表的示數是12 mA，則副線圈中電流表的示數是(　　)
A．3 mA
B．48 mA
C．0
D．與R的阻值有關
3．用有效值為220 V的正弦交流電通過理想變壓器對一燈泡供電，變壓器輸出電壓的有效值是110 V，通過燈泡的電流隨時間變化的規律如圖所示，則(　　)
A．變壓器的輸入功率為110 W
B．輸出電壓的最大值是110 V
C．變壓器原、副線圈匝數比是1∶2
D．變壓器原線圈所在電路中電流的最大值為 A
4．(多選)如圖所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交流電源上。閉合開關S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是(　　)
A．變壓器輸入功率為484 W
B．通過原線圈的電流的有效值為0.6 A
C．通過副線圈的電流的最大值為2.2 A
D．變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶3
5．(多選)如圖所示，Q是熔斷電流為1 A的保險絲，R為用電器，理想變壓器的原、副線圈的匝數比為n1∶n2＝2∶1，原線圈的電壓為u＝220sin (100πt) V。要使保險絲不熔斷，則(　　)
A．副線圈中電流最大值不超過2 A
B．副線圈中電流有效值不超過2 A
C．R的阻值一定不能小于55 Ω
D．R的阻值一定不能小于77 Ω
6．自耦變壓器的鐵芯上只繞有一個線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分。一升壓式自耦調壓變壓器的電路如圖5所示，其副線圈匝數可調。已知變壓器線圈總匝數為1 900匝，原線圈為1 100匝，接在電壓有效值為220 V的交流電源上。當變壓器輸出電壓調至最大時，負載R上的功率為2.0 kW，設此時原線圈中電流有效值為I1，負載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想變壓器，則U2和I1分別約為(　　)
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
7．教學用發電機能夠產生正弦式交變電流．利用該發電機(內阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數分別為I、U，R消耗的功率為P。若發電機線圈的轉速變為原來的，則(　　)
A．R消耗的功率變為P B．電壓表V的讀數變為U
C．電流表A的讀數變為2I D．通過R的交變電流頻率不變
8．在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中。
(1)為了確保實驗的安全，下列做法正確的是________。
A．為了保證人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過12 V
B．連接好電路后，可不經檢查電路是否正確，直接接通電源
C．因為使用電壓較低，通電時可用手直接接觸裸露的導線和接線柱
D．為了保證多用表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測
(2)某實驗小組通過實驗，記錄的數據如下表：
原線圈匝數n1(匝) 100 200 400 400
副線圈匝數n2(匝) 400 400 200 800
原線圈兩端的電壓U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86
副線圈兩端的電壓U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64
通過分析實驗數據可得出的實驗結論是____________________________________________________。
9. 圖甲是某燃氣灶點火裝置的原理圖。轉換器將直流電壓轉換為圖乙所示的正弦交流電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2，電壓表為交流電表。當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000 V時，就會在鋼針和金屬板間引發電火花進而點燃氣體，求：
（1）圖中開關閉合時電壓表的示數；
（2）變壓器原、副線圈的匝數滿足怎樣的
關系才能實現點火？
10．圖為某人設計的電吹風電路圖，a、b、c、d為四個固定觸點。可動的扇形金屬觸片P可同時接觸兩個觸點。觸片P處于不同位置時，電吹風可處于停機、吹熱風和吹冷風三種工作狀態。n1和n2分別是理想變壓器原、副線圈的匝數。該電吹風的各項參數如下表所示。
（1）吹冷風時觸片P位于怎樣的位置？請在圖中標注。
（2）由表格中數據計算出小風扇的內阻是多少？
（3）變壓器原、副線圈的匝數比n1 ∶ n2是多少？
3.3變壓器 答案
知識梳理
一、1．原線圈 副線圈 2．電磁感應 感應電動勢
二、1．能量損耗 2． 3．降壓 升壓
三、磁場 電場 1．U2I2 2．
隨堂練習
答案 126匝 20.8V
答案　BCD
例3．答案　B 解析　由題知，變壓器的輸入電壓U1＝ V＝220 V，所以U2＝U1＝110 V，副線圈電流I2＝＝2 A，原線圈電流I1＝I2＝1 A，電壓表、電流表的讀數為有效值，故選項B正確，C錯誤；原線圈輸入功率P1＝U1I1＝220 W，選項A錯誤；交流電的周期T＝＝s＝0.02 s，選項D錯誤。
課后鞏固
1．答案　ABC 2．答案　C
3．答案　A 解析　由題圖可知流過該燈泡的電流的有效值為I2＝＝ A＝1 A，因此變壓器的輸入功率為P＝110×1 W＝110 W，A正確；變壓器的輸出電壓的最大值應為Um＝U2＝110 V，B錯誤；由變壓器的工作原理知＝，解得＝2，C錯誤；＝，代入數據解得I1＝ A，則變壓器原線圈所在電路中電流的最大值為 A，D錯誤。
4．答案　BD 解析 理想變壓器輸入功率等于輸出功率，P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，故A錯誤；由＝得＝＝＝，則D正確；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，選項B正確；根據I＝得通過副線圈的電流的最大值I2m＝I2＝ A≈3.1 A，選項C錯誤。
5．答案　BC 解析　保險絲的原理是電流的熱效應，應該用電流的有效值進行計算．由＝得：U2＝U1＝×220 V＝110 V．由＝得：I2＝I1＝×1 A＝2 A，所以Rmin＝＝55 Ω，故B、C正確。
6．答案　B 解析　由理想變壓器原、副線圈中電壓、電流及功率關系可得：＝，＝，U1I1＝U2I2＝P2，所以，當變壓器輸出電壓調至最大時，副線圈的匝數也最大，為n2＝1 900匝，負載R上的功率也最大，為2.0 kW，則U2＝U1＝×220 V＝380 V，I1＝＝ A≈9.1 A，故選項B正確。
7．答案　B 解析　發電機線圈的轉速變為原來的，由E＝知，原線圈中輸入電壓變為原來的，頻率變為原來的.根據＝，則U2變為原來的，即U2＝U，則通過R的電流變為原來的，R消耗的功率P2＝＝P，根據＝，原線圈上的電流也變為原來的，即電流表A的讀數變為I，故選B。
8．答案　(1)D　(2)在誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數比
解析　(1)變壓器改變的是交流電壓，因此為了保證人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不超過12 V，A錯誤；實驗通電前必須要先檢查電路是否正確，通電時用手接觸裸露的導線、接線柱等，會將人體并聯入電路中，導致所測數據不準確，同時也有安全隱患，B、C錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最高量程擋試測，再選用恰當的擋位進行測量，故D正確。
(2)分析每組實驗數據，可知與的值近似相等，可得出的實驗結論是，在誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數比。
9．答案 (1)3.5V (2) <
解析 (1)由圖乙可知U1m=5V， 則電壓表的示數為有效值U1==3.5V
(2)若U2m>5000V，由＝ 得 <=
10．答案 (1)如圖所示 (2) 8 Ω (3) 11:3
解析 (1)由圖可知，吹冷風時與接觸，小風扇可以工作，
電熱器沒有導通,所以是吹冷風狀態。
(2)由表格可知小風扇的額定電壓U2=60V，
輸出功率P出=52W，
冷風時電吹風的輸入功率P= 60W即為小風扇的額定功率I==1A
則由P=P出+I2r得r=8 Ω
(3)U1=220V，U2=60V，得 ＝=

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