資源簡介

3　變壓器
(分值：100分）
1~9題每題7分，共63分
考點(diǎn)一　變壓器基本原理的理解
1.關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是（　?。?br/>A.通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等
C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
2.（2024·福建省福清第一中學(xué)高二檢測）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運(yùn)動切割磁感線時，電流表A1的示數(shù)為12 mA，則電流表A2的示數(shù)為（　?。?br/>A.3 mA B.0
C.48 mA D.與負(fù)載R的阻值有關(guān)
考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系
3.（7分）（1）（4分）為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，必須要選用的是　　　　。
A.有閉合鐵芯的原、副線圈
B.無鐵芯的原、副線圈
C.交流電源
D.直流電源
E.多用電表（交流電壓擋）
F.多用電表（交流電流擋）
（2）（3分）用匝數(shù)na=60和nb=120的變壓器，實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)如下表，
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是　　　?。ㄟx填“na”或“nb”）。
4.（7分）（2023·寧波效實(shí)中學(xué)期中）在探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)采用了如圖所示的可拆式變壓器（鐵芯不閉合）進(jìn)行研究。
（1）（4分）實(shí)驗(yàn)還需下列器材中的　　　??；
（2）（3分）實(shí)驗(yàn)中，可拆式變壓器的原線圈接“0、4”接線柱，副線圈接“0、8”接線柱，當(dāng)副線圈所接電表的示數(shù)為24.0 V，則原線圈所接電源電壓擋位可能為　　　　　。
A.3.0 V B.6.0 V
C.12.0 V D.15.0 V
考點(diǎn)三　變壓器的基本規(guī)律
5.（2023·肇慶市高二期末）如圖所示為一含有理想變壓器的電路。理想變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦交流電源，副線圈電路中小燈泡規(guī)格為“6 V　1.2 W”且恰好正常發(fā)光，電流表為理想電表。不考慮小燈泡阻值隨溫度的變化，下列說法正確的是（　　）
A.原、副線圈匝數(shù)之比為1∶2
B.原、副線圈電流之比為2∶1
C.電流表示數(shù)為0.2 A
D.原線圈的輸入功率為1.2 W
6.某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶10，當(dāng)輸入電壓增加20 V時，輸出電壓（　?。?br/>A.降低2 V B.增加2 V
C.降低200 V D.增加200 V
7.（2023·簡陽市陽安中學(xué)月考）如圖所示，有一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為n∶1，原線圈接正弦交流電壓U，輸出端接有一個理想交流電流表和一個電動機(jī)。電動機(jī)線圈電阻為R。當(dāng)輸入端接入電源后，電流表讀數(shù)為I，電動機(jī)帶動一重物勻速上升。下列說法正確的是（　?。?br/>A.電動機(jī)兩端電壓為IR
B.電動機(jī)消耗的功率為I2R
C.原線圈中的電流為nI
D.變壓器原線圈的輸入功率為
考點(diǎn)四　幾種常見的變壓器
8.（2020·江蘇卷）電流互感器是一種測量電路中電流的變壓器，工作原理如圖所示。其原線圈匝數(shù)較少，串聯(lián)在電路中，副線圈匝數(shù)較多，兩端接在電流表上。則電流互感器（　?。?br/>A.是一種降壓變壓器
B.能測量直流電路的電流
C.原、副線圈電流的頻率不同
D.副線圈的電流小于原線圈的電流
9.某理想自耦變壓器接入電路中的示意圖如圖甲所示，其輸入電壓u隨時間t變化的圖像如圖乙所示。已知滑動觸頭P0在圖示位置時，原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2=10∶1，電阻R=22 Ω，電表均為理想電表。下列說法正確的是（　?。?br/>A.通過R的交變電流的頻率為100 Hz
B.電流表A2的示數(shù)為2 A
C.此時變壓器的輸入功率為22 W
D.將P0沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一些，電流表A1的示數(shù)變小
10~12題每題9分，共27分
10.（2023·宜賓市敘州區(qū)第一中學(xué)開學(xué)考）一含有理想降壓變壓器的電路如圖所示，其中兩定值電阻的阻值之比為R1∶R2=2∶1，在a、b處接入正弦交流電，測得兩理想交流電壓表V1、V2的示數(shù)之比為U1∶U2=9∶2，則該降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為（　?。?br/>A.3∶1 B.4∶1
C.3∶2 D.1∶2
11.（2024·南陽市期末）教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦交變電流。利用該發(fā)電機(jī)（內(nèi)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的示數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?，則（　?。?br/>A.R消耗的功率變?yōu)镻
B.電壓表V的示數(shù)變?yōu)閁
C.電流表A的示數(shù)變?yōu)?I
D.通過R的交變電流頻率不變
12.（2022·山東卷）如圖所示的變壓器，輸入電壓為220 V，可輸出12 V、18 V、30 V電壓，匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時間的變化為u=Umcos （100πt）。單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1 V。將阻值為12 Ω的電阻R接在BC兩端時，功率為12 W。下列說法正確的是（　?。?br/>A.n1為1 100匝，Um為220 V
B.BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4 A
C.若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18 V，頻率為100 Hz
D.若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5 A，周期為0.02 s
（10分）
13.如圖甲、乙所示的電路中，當(dāng)A、B接10 V交流電壓時，C、D間電壓為4 V；當(dāng)M、N接10 V直流電壓時，P、Q間電壓也為4 V?，F(xiàn)把C、D接4 V交流電壓，P、Q接4 V直流電壓，則A、B間和M、N間的電壓分別是（　　）
A.10 V　10 V B.10 V　4 V
C.4 V　10 V D.10 V　0
答案精析
1.C?。弁ㄓ姓医蛔冸娏鞯脑€圈產(chǎn)生的磁通量是變化的，A錯誤；因理想變壓器無漏磁，穿過原、副線圈的磁通量相等，故B錯誤；由互感現(xiàn)象知，C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為副線圈電能，原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起，電流不通過鐵芯，故D錯誤。］
2.B?。郛?dāng)導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動切割磁感線時，在原線圈中產(chǎn)生恒定不變的電流，鐵芯中產(chǎn)生的磁場是不變的，穿過副線圈的磁通量不變，不能在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電流表A2的示數(shù)為0，故B正確。］
3.（1）ACE?。?）nb
解析?。?）為了完成實(shí)驗(yàn)，需要使用交流電源變壓，故選用多用電表的交流電壓擋；為了讓變壓效果明顯，需要帶閉合鐵芯的原、副線圈。故選ACE。
（2）由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應(yīng)小于理論變壓值，即nb為輸入端，na為輸出端。
4.（1）AD?。?）D
解析?。?）本實(shí)驗(yàn)中，變壓器的原線圈應(yīng)接在交流電源上；為了知道原、副線圈的電壓比和線圈匝數(shù)比之間的關(guān)系，需要測交流電壓，所以需要用到多用電表，故學(xué)生電源和多用電表兩個器材不能缺少，故選A、D。
（2）若變壓器為理想變壓器，原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系為=，若變壓器的原線圈接“0、4”接線柱，副線圈接“0、8”接線柱，則原、副線圈匝數(shù)比為==，則原線圈兩端電壓U1=U2=×24 V=12 V，本題中可拆變壓器并非理想變壓器，存在漏磁現(xiàn)象，要使副線圈所接電表示數(shù)為24 V，則原線圈電壓必須大于12 V，故選D。
5.D?。塾深}圖乙可知，原線圈兩端電壓有效值為12 V，由小燈泡正常發(fā)光可知副線圈兩端電壓有效值有6 V，則==，A錯誤；副線圈中電流I2==0.2 A，由==知原線圈中電流為0.1 A，B、C錯誤；原線圈輸入功率等于副線圈輸出功率，為1.2 W，D正確。］
6.D?。塾?知=，代入數(shù)據(jù)得ΔU2=200 V，故D正確。］
7.D?。鄹鶕?jù)理想變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系可得=，解得原線圈中的電流為I1=，變壓器原線圈的輸入功率為P=UI1=，C錯誤，D正確；電動機(jī)工作時為非純電阻元件，兩端電壓不能用IR表示，根據(jù)變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比可得，電動機(jī)兩端電壓為U2=，A錯誤；電動機(jī)消耗的功率為P=U2I=>P熱=I2R，B錯誤。］
8.D?。垭娏骰ジ衅髟€圈匝數(shù)小，副線圈匝數(shù)多，是一種升壓變壓器，故A錯誤；變壓器的原理是電磁感應(yīng)，故它不能測量直流電路的電流，故B錯誤；變壓器不改變交變電流的頻率，故C錯誤；變壓器的電流與匝數(shù)成反比，因此副線圈的電流小于原線圈的電流，故D正確。］
9.C?。塾深}圖乙可知，該交變電流的周期為T=0.02 s，其頻率為f==50 Hz，變壓器不改變交變電流的頻率，故通過R的交變電流的頻率也為50 Hz，選項(xiàng)A錯誤；輸入電壓的最大值為Um=220 V，有效值為U1=220 V，則副線圈兩端的電壓為U2=U1=220× V=22 V，所以通過電阻R的電流即電流表A2的示數(shù)為I2== A=1 A，選項(xiàng)B錯誤；變壓器的輸出功率為P'=U2I2=22×1 W=22 W，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P=P'=22 W，選項(xiàng)C正確；將P0沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一些，變壓器的副線圈匝數(shù)增多，輸出電壓變大，輸出功率變大，輸入功率變大，所以輸入電流也變大，故電流表A1的示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯誤。 ］
10.B　［設(shè)該降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，原、副線圈中的電流分別為I1、I2，則=，變壓器原線圈輸入電壓U=U1-I1R1，副線圈輸出電壓U2=I2R2
根據(jù)變壓器原、副線圈的電壓比=
由U1∶U2=9∶2
可得===
解得n1∶n2=4∶1或n1∶n2=1∶2
因變壓器是降壓變壓器，故變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=4∶1，故選B。］
11.B　［發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?，則交變電流頻率變?yōu)樵瓉淼?，由E=，ω=2πn=2πf知，原線圈中輸入電壓變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)=，則U2變?yōu)樵瓉淼?，即U2=U，副線圈交變電流的頻率與原線圈相等，B正確，D錯誤；通過R的電流也變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)=，原線圈上的電流也變?yōu)樵瓉淼?，即電流表A的示數(shù)變?yōu)镮，C錯誤；R消耗的功率P2==P，A錯誤。］
12.D?。圩儔浩鞯妮斎腚妷簽?20 V，原線圈的交流電壓與時間成余弦函數(shù)關(guān)系，故輸入交流電壓的最大值為220 V，根據(jù)理想變壓器原線圈與單匝線圈的匝數(shù)比為=，解得原線圈的匝數(shù)為2 200匝，A錯誤；根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時，BC間的電壓為UBC==12 V，故BC間的線圈與單匝線圈匝數(shù)關(guān)系有=，則BC間的線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為IBC===1 A，B錯誤；若將R接在AB兩端，根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時，AB間的電壓應(yīng)為18 V。根據(jù)交流電原線圈電壓的表達(dá)式可知，交流電的角速度為100π rad/s，故交流電的頻率為f===50 Hz，C錯誤；若將R接在AC兩端，根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時，AC間的電壓為30 V，根據(jù)歐姆定律可知，流過電阻R的電流為IAC== A=2.5 A，交流電的周期為T==0.02 s，D正確。］
13.B?。廴鐖D甲所示是一個自耦變壓器，當(dāng)A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，是一個降壓變壓器，兩端的電壓之比等于兩端線圈的匝數(shù)之比。當(dāng)C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4 V交流電壓時，A、B間將得到10 V交流電壓。如圖乙所示是一個分壓電路，當(dāng)M、N作為輸入端時，上下兩個電阻上的電壓跟它們的阻值成正比。但是把電壓加在P、Q兩端時，電流只經(jīng)過P、Q之間的電阻，M、P之間的電阻中沒有電流，M、P兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點(diǎn)的電勢相等。所以當(dāng)P、Q接4 V直流電壓時，M、N兩端電壓也是4 V。］3　變壓器
［學(xué)習(xí)目標(biāo)］　1.了解變壓器的構(gòu)造及工作原理（重點(diǎn)）。2.通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系（重點(diǎn)）。3.掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系（重難點(diǎn)）。4.了解幾種常見的變壓器（重點(diǎn)）。
一、變壓器的結(jié)構(gòu)與原理
如圖所示，把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連接到交流電源的兩端，另一個線圈連接到小燈泡上，小燈泡能發(fā)光。
（1）閉合鐵芯的作用是什么？
（2）兩個線圈并沒有直接接觸，小燈泡為什么能發(fā)光？
　　 　
　　 　
1.變壓器的構(gòu)造
如圖，最簡單的變壓器是由　　　　　　和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。一個線圈與交流電源連接，叫作　　　　，也叫初級線圈；另一個線圈與負(fù)載連接，叫作　　　　，也叫次級線圈。
2.變壓器的原理
（1）變壓器工作的基礎(chǔ)是　　　　。
（2）當(dāng)變壓器的原線圈加上　　　　　　時，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發(fā)交變的磁場，交變的磁感線穿過原線圈也穿過副線圈，在原、副線圈中都產(chǎn)生　　　　　　。當(dāng)副線圈與負(fù)載連接組成閉合回路時，在副線圈中就會有交流電通過。這樣，雖然原、副線圈并不相連，電能卻從原線圈通過　　　　傳輸給副線圈。
說明：變壓器不改變交變電流的周期和頻率。
例1　（多選）關(guān)于理想變壓器的構(gòu)造和工作原理，以下說法正確的是（　?。?br/>A.原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效地傳送電能
B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止原、副線圈短路，造成危險
C.變壓器不改變交變電流的頻率
D.當(dāng)原線圈接入大小不斷變化的直流電時，副線圈也有電壓輸出
二、實(shí)驗(yàn)：探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系
1.實(shí)驗(yàn)思路
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其兩端有輸出電壓。線圈匝數(shù)不同時輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。
2.實(shí)驗(yàn)器材
兩只多用電表、學(xué)生電源（低壓交流電源）、開關(guān)、可拆變壓器（圖甲）、導(dǎo)線若干。
3.實(shí)驗(yàn)步驟
（1）按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數(shù)。
（2）接通學(xué)生電源，閉合開關(guān)，讀出電壓值，并記錄在表格中。
（3）保持原、副線圈匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值。
（4）保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄每次的副線圈匝數(shù)和對應(yīng)的電壓值。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在誤差允許的范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比，等于原、副線圈的匝數(shù)比：　　　　　
5.誤差分析
由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應(yīng)小于理論變壓值。
6.注意事項(xiàng)
（1）在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先　　　　開關(guān)，再進(jìn)行操作。
（2）為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓應(yīng)為較低的交流電壓（如10~16 V），通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱。
（3）為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用　　　　　　擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。
7.理想變壓器：沒有能量損耗的變壓器叫作理想變壓器，它是一種理想化模型。
（1）原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場的磁感線完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”。
（2）原、副線圈不計電阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”。
（3）閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”。
例2?。ǘ噙x）（2023·成都市廂城中學(xué)月考）理想變壓器正常工作時，原線圈輸入正弦交流電，則原、副線圈中一定相等的物理量有（　?。?br/>A.原、副線圈中交流電的頻率
B.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
C.穿過原、副線圈的磁通量的變化率
D.原、副線圈的電流和電壓的有效值
例3　（2023·雅安市高二期末改編）小明和同學(xué)在物理實(shí)驗(yàn)室中探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)關(guān)系的時候，觀察了可拆變壓器，發(fā)現(xiàn)以下幾個問題，便和小組同學(xué)展開了討論。
（1）觀察可拆變壓器的鐵芯，發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)和材料是　　　　　。
A.整塊硅鋼鐵芯
B.整塊不銹鋼鐵芯
C.絕緣的硅鋼片疊成
（2）觀察原、副線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)　　　（選填“多”或“少”）。
（3）實(shí)驗(yàn)中將電源接在原線圈兩個接線柱上，調(diào)整原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2，用電壓表測得副線圈兩個接線柱之間電壓為4 V，則原線圈輸入的電壓可能是　　　　　。
A.1.0 V B.2.0 V C.2.2 V
（4）如圖所示，某同學(xué)自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是　　　　　。
A.與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力
B.若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將增加
C.若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起
D.變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈
三、理想變壓器的基本關(guān)系
1.電壓關(guān)系
（1）只有一個副線圈時，=　　　　。
當(dāng)n2>n1時，U2　　　　U1，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器。
當(dāng)n2（2）有多個副線圈時，=…
2.功率關(guān)系
從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入=P出。
3.電流關(guān)系
（1）只有一個副線圈時，U1I1=U2I2或。
（2）當(dāng)有多個副線圈時，I1U1=I2U2+I3U3+…或n1I1=n2I2+n3I3+…。
例4?。?021·廣東卷）某同學(xué)設(shè)計了一個充電裝置，如圖所示，假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運(yùn)動在螺線管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2 s，電壓最大值為0.05 V，理想變壓器原線圈接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1∶60，下列說法正確的是（　?。?br/>A.交流電的頻率為10 Hz
B.副線圈兩端電壓最大值為3 V
C.變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強(qiáng)弱無關(guān)
D.充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率
例5?。?023·綿陽市北川中學(xué)月考）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，定值電阻R=27.5 Ω，理想電流表A1的示數(shù)為0.5 A，a、b兩端接正弦交流電源u=220·sin 100πt（V）。下列判斷正確的是（　　）
A.n1∶n2=1∶20
B.理想電壓表V的示數(shù)U=220 V
C.理想電流表A2的示數(shù)I2=2 A
D.定值電阻R中電流變化的頻率為100 Hz
四、電壓互感器和電流互感器
1.互感器
分類 電壓互感器 電流互感器
原理圖
原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中接在火線和零線間 串聯(lián)在待測電路中接在火線上
副線圈的連接 連接交流電壓表，且不能短路 連接交流電流表，且不能開路
互感器的作用 測高電壓，將高電壓變?yōu)榈碗妷?降壓變壓器) 測大電流，將大電流變成小電流(升壓變壓器)
利用的關(guān)系式 =(n1>n2) I1n1=I2n2(n1說明：電壓互感器和電流互感器的金屬外殼和副線圈要接地。
2.自耦變壓器
圖甲所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作為原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作為原線圈，整個線圈作為副線圈，就可以升高電壓。
調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖乙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，A、B之間加上輸入電壓U1，移動滑動觸頭P的位置就可以連續(xù)或較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓U2。
例6　一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中（　?。?br/>A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高
C.U2例7　電壓互感器能將高電壓變成低電壓，電流互感器能將大電流變成小電流，用于測量或保護(hù)系統(tǒng)。如圖所示，T1、T2是監(jiān)測交流高壓輸電參數(shù)的互感器，a、b是交流電壓表或交流電流表，若高壓輸電線間電壓為220 kV，T1的原、副線圈匝數(shù)比為1∶100，交流電壓表的示數(shù)為200 V，交流電流表的示數(shù)為2 A，則（　　）
A.a是交流電壓表，b是交流電流表
B.T2的原、副線圈匝數(shù)比為1 000∶1
C.高壓線路輸送的電流為200 A
D.高壓線路輸送的電功率為2.2×104 kW
答案精析
一、
（1）閉合鐵芯的作用是形成一個閉合磁路，使穿過原、副線圈的磁通量變化情況基本相同。
（2）原線圈中變化的電流在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而有感應(yīng)電流，使小燈泡發(fā)光。
梳理與總結(jié)
1.閉合鐵芯　原線圈　副線圈　
2.（1）互感?。?）交變電壓　感應(yīng)電動勢
磁場
例1　ACD?。郛?dāng)原、副線圈繞在同一閉合鐵芯上時，原線圈產(chǎn)生的磁場的磁通量幾乎全部沿鐵芯通過副線圈，因此可以有效地將電能從原線圈傳遞給副線圈，故選項(xiàng)A正確；若用整塊金屬做成鐵芯，當(dāng)通過它的磁通量發(fā)生變化時，就會在鐵芯中產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致鐵芯發(fā)熱，可能燒壞變壓器，同時大大降低了電能的傳輸效率，故選項(xiàng)B錯誤；變壓器不改變正弦式交變電流的頻率，選項(xiàng)C正確；由法拉第電磁感應(yīng)定律知道，只要輸入原線圈的電流發(fā)生變化，穿過副線圈的磁通量就發(fā)生變化，在副線圈中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，故選項(xiàng)D正確。］
二、
4.=
6.（1）斷開?。?）最大量程
例2　ABC?。圩儔浩鞑桓淖兘涣麟姷念l率，即頻率相同，故A正確；理想變壓器是理想化模型，一是忽略一切能量損耗，二是沒有出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，所以原、副線圈的功率相等，故B正確；理想變壓器的原線圈的磁通量的變化率與副線圈中磁通量變化率相同，故C正確；原、副線圈的電流和電壓的有效值與匝數(shù)有關(guān)，故D錯誤。］
例3　（1）C　（2）少　（3）C?。?）AC
解析?。?）觀察可拆變壓器的鐵芯，發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)和材料是絕緣的硅鋼片疊成。故選C。
（2）觀察原、副線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，根據(jù)=，可知，匝數(shù)少的電流大，則導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)少。
（3）若是理想變壓器，則有=，可知副線圈兩個接線柱之間電壓為4 V，則原線圈輸入的電壓為2 V，考慮到不是理想變壓器，有漏磁等現(xiàn)象，則原線圈輸入的電壓大于2 V。故選C。
（4）變壓器線圈通電后會產(chǎn)生磁場，從而對變壓器上端的橫條鐵芯有吸引作用，則與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力，選項(xiàng)A正確；若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，則次級電壓減小，小燈泡的亮度將變暗，選項(xiàng)B錯誤；若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，則次級電壓變大，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起，選項(xiàng)C正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能，鐵芯起到傳遞能量的作用，而不是導(dǎo)電，故D錯誤。
三、
1.（1）　>　<
例4　B　［周期為T=0.2 s，頻率為f==5 Hz，故A錯誤；由理想變壓器原理可知=，解得副線圈兩端的最大電壓為U2=U1=3 V，故B正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，永磁鐵磁場越強(qiáng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，變壓器的輸入電壓越大，故C錯誤；由理想變壓器原理可知，充電電路的輸入功率等于變壓器的輸入功率，故D錯誤。］
例5　C　［根據(jù)題意可知交流電的最大值為Umax=220 V，則理想電壓表示數(shù)等于交流電有效值，為U==220 V，理想變壓器兩端功率相等，所以有P=UI1=R，解得I2=2 A；由變壓器的電流關(guān)系=，可得=，故A、B錯誤，C正確；定值電阻R中電流變化的頻率為f== Hz=50 Hz，故D錯誤。］
例6　C?。塾?，n1>n2知U2例7　C?。跿1的原線圈串聯(lián)在電路中，因此a是交流電流表，T2的原線圈并聯(lián)在電路中，因此b是交流電壓表，故A錯誤；變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比，所以T2原、副線圈匝數(shù)之比為220 000∶200=1 100∶1，故B錯誤；變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)成反比，則高壓線路輸送的電流為200 A，故C正確；由C選項(xiàng)可知高壓線路輸送的電功率為P=UI=220 kV×200 A=4.4×104 kW，故D錯誤。］(共67張PPT)
DISANZHANG
第三章
3　變壓器
1.了解變壓器的構(gòu)造及工作原理(重點(diǎn))。
2.通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系(重點(diǎn))。
3.掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系(重難點(diǎn))。
4.了解幾種常見的變壓器(重點(diǎn))。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、變壓器的結(jié)構(gòu)與原理
二、實(shí)驗(yàn)：探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系
內(nèi)容索引
三、理想變壓器的基本關(guān)系
四、電壓互感器和電流互感器
課時對點(diǎn)練
變壓器的結(jié)構(gòu)與原理
一
如圖所示，把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連接到交流電源的兩端，另一個線圈連接到小燈泡上，小燈泡能發(fā)光。
(1)閉合鐵芯的作用是什么？
答案　閉合鐵芯的作用是形成一個閉合磁路，使穿過原、副線圈的磁通量變化情況基本相同。
(2)兩個線圈并沒有直接接觸，小燈泡為什么能發(fā)光？
答案　原線圈中變化的電流在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而有感應(yīng)電流，使小燈泡發(fā)光。
1.變壓器的構(gòu)造
如圖，最簡單的變壓器是由 和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。一個線圈與交流電源連接，叫作 ，也叫初級線圈；另一個線圈與負(fù)載連接，叫作 ，也叫次級線圈。
梳理與總結(jié)
閉合鐵芯
原線圈
副線圈
2.變壓器的原理
(1)變壓器工作的基礎(chǔ)是 。
(2)當(dāng)變壓器的原線圈加上 時，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發(fā)交變的磁場，交變的磁感線穿過原線圈也穿過副線圈，在原、副線圈中都產(chǎn)生 。當(dāng)副線圈與負(fù)載連接組成閉合回路時，在副線圈中就會有交流電通過。這樣，雖然原、副線圈并不相連，電能卻從原線圈通過 傳輸給副線圈。
說明：變壓器不改變交變電流的周期和頻率。
互感
交變電壓
感應(yīng)電動勢
磁場
(多選)關(guān)于理想變壓器的構(gòu)造和工作原理，以下說法正確的是
A.原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效
地傳送電能
B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止原、副線圈短路，造成危險
C.變壓器不改變交變電流的頻率
D.當(dāng)原線圈接入大小不斷變化的直流電時，副線圈也有電壓輸出
例1
√
√
√
當(dāng)原、副線圈繞在同一閉合鐵芯上時，原線圈產(chǎn)生的磁場的磁通量幾乎全部沿鐵芯通過副線圈，因此可以有效地將電能從原線圈傳遞給副線圈，故選項(xiàng)A正確；
若用整塊金屬做成鐵芯，當(dāng)通過它的磁通量發(fā)生變化時，就會在鐵芯中產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致鐵芯發(fā)熱，可能燒壞變壓器，同時大大降低了電能的傳輸效率，故選項(xiàng)B錯誤；
變壓器不改變正弦式交變電流的頻率，選項(xiàng)C正確；
由法拉第電磁感應(yīng)定律知道，只要輸入原線圈的電流發(fā)生變化，穿過副線圈的磁通量就發(fā)生變化，在副線圈中就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，故選項(xiàng)D正確。
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實(shí)驗(yàn)：探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系
二
1.實(shí)驗(yàn)思路
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其兩端有輸出電壓。線圈匝數(shù)不同時輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。
2.實(shí)驗(yàn)器材
兩只多用電表、學(xué)生電源(低壓交流電源)、開關(guān)、可拆變壓
器(圖甲)、導(dǎo)線若干。
3.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調(diào)到交流
電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數(shù)。
(2)接通學(xué)生電源，閉合開關(guān)，讀出電壓值，并記錄在
表格中。
(3)保持原、副線圈匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記
錄每次改變后原、副線圈的電壓值。
(4)保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄每次的副線圈匝數(shù)和對應(yīng)的電壓值。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在誤差允許的范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比，等于原、副線圈的匝數(shù)比：
________
5.誤差分析
由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應(yīng)小于理論變壓值。
6.注意事項(xiàng)
(1)在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先 開關(guān)，再進(jìn)行操作。
(2)為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓應(yīng)為較低的交流電壓(如10~16 V)，通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱。
=
斷開
(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用_________
擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。
7.理想變壓器：沒有能量損耗的變壓器叫作理想變壓器，它是一種理想化模型。
(1)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場的磁感線完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”。
(2)原、副線圈不計電阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”。
(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”。
最大量程
(多選)(2023·成都市廂城中學(xué)月考)理想變壓器正常工作時，原線圈輸入正弦交流電，則原、副線圈中一定相等的物理量有
A.原、副線圈中交流電的頻率
B.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
C.穿過原、副線圈的磁通量的變化率
D.原、副線圈的電流和電壓的有效值
例2
√
√
√
變壓器不改變交流電的頻率，即頻率相同，故A正確；
理想變壓器是理想化模型，一是忽略一切能量損耗，二是沒有出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，所以原、副線圈的功率相等，故B正確；
理想變壓器的原線圈的磁通量的變化率與副線圈中磁通量變化率相同，故C正確；
原、副線圈的電流和電壓的有效值與匝數(shù)有關(guān)，故D錯誤。
(2023·雅安市高二期末改編)小明和同學(xué)在物理實(shí)驗(yàn)室中探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)關(guān)系的時候，觀察了可拆變壓器，發(fā)現(xiàn)以下幾個問題，便和小組同學(xué)展開了討論。
(1)觀察可拆變壓器的鐵芯，發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)和材料是　　。
A.整塊硅鋼鐵芯
B.整塊不銹鋼鐵芯
C.絕緣的硅鋼片疊成
例3
C
觀察可拆變壓器的鐵芯，發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)和材料是絕緣的硅鋼片疊成。故選C。
(2)觀察原、副線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)　　(選填“多”或“少”)。
少
觀察原、副線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，根據(jù)=，可知，匝數(shù)少
的電流大，則導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)少。
(3)實(shí)驗(yàn)中將電源接在原線圈兩個接線柱上，調(diào)整原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2，用電壓表測得副線圈兩個接線柱之間電壓為4 V，則原線圈輸入的電壓可能是　　。
A.1.0 V B.2.0 V C.2.2 V
C
若是理想變壓器，則有=，可知副線圈兩個接線柱之間電壓為4 V，
則原線圈輸入的電壓為2 V，考慮到不是理想變壓器，有漏磁等現(xiàn)象，則原線圈輸入的電壓大于2 V。故選C。
(4)如圖所示，某同學(xué)自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是　　 。
A.與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變
壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力
B.若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度
將增加
C.若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起
D.變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈
AC
變壓器線圈通電后會產(chǎn)生磁場，從而對
變壓器上端的橫條鐵芯有吸引作用，則
與變壓器未通電時相比較，此時若將可
拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力，
選項(xiàng)A正確；
若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，則次級電壓減小，小燈泡的亮度將變暗，選項(xiàng)B錯誤；
若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，則次級電
壓變大，學(xué)生電源的過載指示燈可能會
亮起，選項(xiàng)C正確；
變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在
原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能，鐵芯起到傳遞能量的作用，而不是導(dǎo)電，故D錯誤。
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理想變壓器的基本關(guān)系
三
1.電壓關(guān)系
(1)只有一個副線圈時，= 。
當(dāng)n2>n1時，U2 U1，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器。
當(dāng)n2(2)有多個副線圈時，===…
2.功率關(guān)系
從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入=P出。
>
<
3.電流關(guān)系
(1)只有一個副線圈時，U1I1=U2I2或=。
(2)當(dāng)有多個副線圈時，I1U1=I2U2+I3U3+…或n1I1=n2I2+n3I3+…。
(2021·廣東卷)某同學(xué)設(shè)計了一個充電裝置，如圖所示，假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運(yùn)動在螺線管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2 s，電壓最大值為0.05 V，理想變壓器原線圈接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1∶60，下列說法正確的是
A.交流電的頻率為10 Hz
B.副線圈兩端電壓最大值為3 V
C.變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強(qiáng)弱無關(guān)
D.充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率
例4
√
周期為T=0.2 s，頻率為f==5 Hz，故A錯誤；
由理想變壓器原理可知=，解得副線圈兩
端的最大電壓為U2=U1=3 V，故B正確；
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，永磁鐵磁場越強(qiáng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，變壓器的輸入電壓越大，故C錯誤；
由理想變壓器原理可知，充電電路的輸入功率等于變壓器的輸入功率，故D錯誤。
(2023·綿陽市北川中學(xué)月考)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，定值電阻R=27.5 Ω，理想電流表A1的示數(shù)為0.5 A，a、b兩端接正弦交流電源u=220·sin 100πt(V)。下列判斷正確的是
A.n1∶n2=1∶20
B.理想電壓表V的示數(shù)U=220 V
C.理想電流表A2的示數(shù)I2=2 A
D.定值電阻R中電流變化的頻率為100 Hz
例5
√
根據(jù)題意可知交流電的最大值為Umax=220 V，
則理想電壓表示數(shù)等于交流電有效值，為U=
=220 V，理想變壓器兩端功率相等，所以有P=UI1
=R，解得I2=2 A；由變壓器的電流關(guān)系==，故A、B
錯誤，C正確；
定值電阻R中電流變化的頻率為f== Hz=50 Hz，故D錯誤。
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電壓互感器和電流互感器
四
分類 電壓互感器 電流互感器
原理圖
原線圈 的連接 并聯(lián)在高壓電路中接在火線和零線間 串聯(lián)在待測電路中接在火線上
副線圈 的連接 連接交流電壓表，且不能短路 連接交流電流表，且不能開路
1.互感器
分類 電壓互感器 電流互感器
互感器的作用 測高電壓，將高電壓變?yōu)榈碗妷?降壓變壓器) 測大電流，將大電流變成小電流(升壓變壓器)
利用的關(guān)系式 =(n1>n2) I1n1=I2n2(n1說明：電壓互感器和電流互感器的金屬外殼和副線圈要接地。
2.自耦變壓器
圖甲所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器
的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個
線圈作為原線圈，副線圈只取線圈的一部分，
就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作為原
線圈，整個線圈作為副線圈，就可以升高電壓。
調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖乙所
示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，A、B之間加上
輸入電壓U1，移動滑動觸頭P的位置就可以連續(xù)或較大
范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓U2。
一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中
A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高
C.U2例6
√
由=，n1>n2知U2電壓互感器能將高電壓變成低電壓，電流互感器能將大電流變成小電流，用于測量或保護(hù)系統(tǒng)。如圖所示，T1、T2是監(jiān)測交流高壓輸電參數(shù)的互感器，a、b是交流電壓表或交流電流表，若高壓輸電線間電壓為220 kV，T1的原、副線圈匝數(shù)比為1∶100，交流電壓表的示數(shù)為200 V，交流電流表的示數(shù)為2 A，則
A.a是交流電壓表，b是交流電流表
B.T2的原、副線圈匝數(shù)比為1 000∶1
C.高壓線路輸送的電流為200 A
D.高壓線路輸送的電功率為2.2×104 kW
例7
√
T1的原線圈串聯(lián)在電路中，因此a是交流電流表，
T2的原線圈并聯(lián)在電路中，因此b是交流電壓表，
故A錯誤；
變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比，所以T2
原、副線圈匝數(shù)之比為220 000∶200=1 100∶1，故B錯誤；
變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)成反比，則高壓線路輸送的電流為200 A，故C正確；
由C選項(xiàng)可知高壓線路輸送的電功率為P=UI=220 kV×200 A=4.4×
104 kW，故D錯誤。
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五
課時對點(diǎn)練
考點(diǎn)一　變壓器基本原理的理解
1.關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是
A.通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等
C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
基礎(chǔ)對點(diǎn)練
√
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
6
13
1
2
3
4
5
通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量是變化的，A錯誤；
因理想變壓器無漏磁，穿過原、副線圈的磁通量相等，故B錯誤；
由互感現(xiàn)象知，C正確；
原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為副線圈電能，原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起，電流不通過鐵芯，故D錯誤。
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2.(2024·福建省福清第一中學(xué)高二檢測)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運(yùn)動切割磁感線時，電流表A1的示數(shù)為12 mA，則電流表A2的示數(shù)為
A.3 mA
B.0
C.48 mA
D.與負(fù)載R的阻值有關(guān)
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√
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當(dāng)導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動切割磁感線時，在原線圈中產(chǎn)生恒定不變的電流，鐵芯中產(chǎn)生的磁場是不變的，穿過副線圈的磁通量不變，不能在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電流表A2的示數(shù)為0，故B正確。
13
考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系
3.(1)為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，必須要選用的是　　　。
A.有閉合鐵芯的原、副線圈 B.無鐵芯的原、副線圈
C.交流電源 D.直流電源
E.多用電表(交流電壓擋) F.多用電表(交流電流擋)
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ACE
為了完成實(shí)驗(yàn)，需要使用交流電源變壓，故選用多用電表的交流電壓擋；為了讓變壓效果明顯，需要帶閉合鐵芯的原、副線圈。故選ACE。
(2)用匝數(shù)na=60和nb=120的變壓器，實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)如下表，

根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是　　(選填“na”或“nb”)。
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Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
nb
由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應(yīng)小于理論變壓值，即nb為輸入端，na為輸出端。
4.(2023·寧波效實(shí)中學(xué)期中)在探究變壓器的電壓與匝數(shù)的
關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)采用了如圖所示的可拆式變壓器(鐵芯
不閉合)進(jìn)行研究。
(1)實(shí)驗(yàn)還需下列器材中的　　??；
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AD
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本實(shí)驗(yàn)中，變壓器的原線圈應(yīng)接在交流電源上；為了知道原、副線圈的電壓比和線圈匝數(shù)比之間的關(guān)系，需要測交流電壓，所以需要用到多用電表，故學(xué)生電源和多用電表兩個器材不能缺少，故選A、D。
13
(2)實(shí)驗(yàn)中，可拆式變壓器的原線圈接“0、4”接線柱，副線圈接“0、8”接線柱，當(dāng)副線圈所接電表的示數(shù)為24.0 V，則原線圈所接電源電壓擋位可能為　　。
A.3.0 V B.6.0 V
C.12.0 V D.15.0 V
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D
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若變壓器為理想變壓器，原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)
系為=，若變壓器的原線圈接“0、4”接線柱，副
線圈接“0、8”接線柱，則原、副線圈匝數(shù)比為==，
則原線圈兩端電壓U1=U2=×24 V=12 V，本題中可拆變壓器并非
理想變壓器，存在漏磁現(xiàn)象，要使副線圈所接電表示數(shù)為24 V，則原線圈電壓必須大于12 V，故選D。
13
考點(diǎn)三　變壓器的基本規(guī)律
5.(2023·肇慶市高二期末)如圖所示為一含有理想變壓器的電路。理想變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦交流電源，副線圈電路中小燈泡規(guī)格為“6 V　1.2 W”且恰好正常發(fā)光，電流表為理想電表。不考慮小燈泡阻值隨溫度的變化，下列說法正確的是
A.原、副線圈匝數(shù)之比為1∶2
B.原、副線圈電流之比為2∶1
C.電流表示數(shù)為0.2 A
D.原線圈的輸入功率為1.2 W
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由題圖乙可知，原線圈兩端電
壓有效值為12 V，由小燈泡正
常發(fā)光可知副線圈兩端電壓有
效值有6 V，則==，A錯誤；
副線圈中電流I2==0.2 A，由==知原線圈中電流為0.1 A，B、C
錯誤；
原線圈輸入功率等于副線圈輸出功率，為1.2 W，D正確。
6.某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶10，當(dāng)輸入電壓增加20 V時，輸出電壓
A.降低2 V B.增加2 V
C.降低200 V D.增加200 V
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由==，代入數(shù)據(jù)得ΔU2=200 V，故D正確。
7.(2023·簡陽市陽安中學(xué)月考)如圖所示，有一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為n∶1，原線圈接正弦交流電壓U，輸出端接有一個理想交流電流表和一個電動機(jī)。電動機(jī)線圈電阻為R。當(dāng)輸入端接入電源后，電流表讀數(shù)為I，電動機(jī)帶動一重物勻速上升。下列說法正確的是
A.電動機(jī)兩端電壓為IR
B.電動機(jī)消耗的功率為I2R
C.原線圈中的電流為nI
D.變壓器原線圈的輸入功率為
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根據(jù)理想變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)
系可得=，解得原線圈中的電流為I1=，變
壓器原線圈的輸入功率為P=UI1=，C錯誤，D正確；
電動機(jī)工作時為非純電阻元件，兩端電壓不能用IR表示，根據(jù)變壓器
原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比可得，電動機(jī)兩端電壓為U2=，A錯誤；
電動機(jī)消耗的功率為P=U2I=>P熱=I2R，B錯誤。
13
考點(diǎn)四　幾種常見的變壓器
8.(2020·江蘇卷)電流互感器是一種測量電路中電流的變壓器，工作原理如圖所示。其原線圈匝數(shù)較少，串聯(lián)在電路中，副線圈匝數(shù)較多，兩端接在電流表上。則電流互感器
A.是一種降壓變壓器
B.能測量直流電路的電流
C.原、副線圈電流的頻率不同
D.副線圈的電流小于原線圈的電流
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電流互感器原線圈匝數(shù)小，副線圈匝數(shù)多，是一種
升壓變壓器，故A錯誤；
變壓器的原理是電磁感應(yīng)，故它不能測量直流電路
的電流，故B錯誤；
變壓器不改變交變電流的頻率，故C錯誤；
變壓器的電流與匝數(shù)成反比，因此副線圈的電流小于原線圈的電流，故D正確。
13
9.某理想自耦變壓器接入電路中的示意圖如圖甲所示，其輸入電壓u隨時間t變化的圖像如圖乙所示。已知滑動觸頭P0在圖示位置時，原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2=10∶1，電阻R=22 Ω，電表均為理想電表。下列說法正確的是
A.通過R的交變電流的頻率為100 Hz
B.電流表A2的示數(shù)為2 A
C.此時變壓器的輸入功率為22 W
D.將P0沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一些，電流表A1的示數(shù)變小
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由題圖乙可知，該交變電流的周期
為T=0.02 s，其頻率為f==50 Hz，
變壓器不改變交變電流的頻率，故
通過R的交變電流的頻率也為50 Hz，選項(xiàng)A錯誤；
輸入電壓的最大值為Um=220 V，有效值為U1=220 V，則副線圈兩
端的電壓為U2=U1=220× V=22 V，所以通過電阻R的電流即電流表A2的示數(shù)為I2== A=1 A，選項(xiàng)B錯誤；
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變壓器的輸出功率為P'=U2I2=22×
1 W=22 W，理想變壓器的輸入功
率等于輸出功率，即P=P'=22 W，
選項(xiàng)C正確；
將P0沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一些，變壓器的副線圈匝數(shù)增多，輸出電壓變大，輸出功率變大，輸入功率變大，所以輸入電流也變大，故電流表A1的示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯誤。
13
10.(2023·宜賓市敘州區(qū)第一中學(xué)開學(xué)考)一含有理想降壓變壓器的電路如圖所示，其中兩定值電阻的阻值之比為R1∶R2=2∶1，在a、b處接入正弦交流電，測得兩理想交流電壓表V1、V2的示數(shù)之比為U1∶U2=9∶2，則該降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為
A.3∶1 B.4∶1
C.3∶2 D.1∶2
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設(shè)該降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，原、副線圈中的電流分
別為I1、I2，則=，變壓器原線圈輸入電壓U=U1-I1R1，副線圈輸出電壓
U2=I2R2根據(jù)變壓器原、副線圈的電壓比=
由U1∶U2=9∶2
可得===
解得n1∶n2=4∶1或n1∶n2=1∶2
因變壓器是降壓變壓器，故變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=4∶1，故選B。
13
11.(2024·南陽市期末)教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦交變電流。利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)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的示數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。
若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模瑒t
A.R消耗的功率變?yōu)镻
B.電壓表V的示數(shù)變?yōu)閁
C.電流表A的示數(shù)變?yōu)?I
D.通過R的交變電流頻率不變
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發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模蒃=
，ω=2πn=2πf知，原線圈中輸入電壓變?yōu)樵瓉淼?，則U2變?yōu)樵瓉淼?，即U2=U，副線圈交變電流的頻率與原線圈相等，B正確，
D錯誤；
通過R的電流也變?yōu)樵瓉淼?，即電流表A的示數(shù)變?yōu)镮，C錯誤；
R消耗的功率P2==P，A錯誤。
13
12.(2022·山東卷)如圖所示的變壓器，輸入電壓為220 V，可輸出12 V、18 V、30 V電壓，匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時間的變化為u=Umcos (100πt)。單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1 V。將阻值為12 Ω的電阻R接在BC兩端時，功率為12 W。下列說法正確的是
A.n1為1 100匝，Um為220 V
B.BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4 A
C.若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18 V，頻率為100 Hz
D.若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5 A，周期為0.02 s
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變壓器的輸入電壓為220 V，原線圈的交流電壓與
時間成余弦函數(shù)關(guān)系，故輸入交流電壓的最大值為
220 V，根據(jù)理想變壓器原線圈與單匝線圈的匝數(shù)
比為=，解得原線圈的匝數(shù)為2 200匝，A錯誤；
根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時，BC間的電壓為UBC=
=12 V，故BC間的線圈與單匝線圈匝數(shù)關(guān)系有=，則BC間的線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為IBC===1 A，B錯誤；
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若將R接在AB兩端，根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入
電壓為220 V時，AB間的電壓應(yīng)為18 V。根據(jù)交流
電原線圈電壓的表達(dá)式可知，交流電的角速度為
100π rad/s，故交流電的頻率為f===50 Hz，C錯誤；
若將R接在AC兩端，根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時，AC間的電壓為30 V，根據(jù)歐姆定律可知，流過電阻R的電流為IAC=
= A=2.5 A，交流電的周期為T==0.02 s，D正確。
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13.如圖甲、乙所示的電路中，當(dāng)A、B接10 V交流電壓時，C、D間電壓為4 V；當(dāng)M、N接10 V直流電壓時，P、Q間電壓也為4 V。現(xiàn)把C、D接4 V交流電壓，P、Q接4 V直流電壓，則A、B間和M、N間的電壓分別是
A.10 V　10 V
B.10 V　4 V
C.4 V　10 V
D.10 V　0
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尖子生選練
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如圖甲所示是一個自耦變壓器，當(dāng)A、B作為輸
入端，C、D作為輸出端時，是一個降壓變壓器，
兩端的電壓之比等于兩端線圈的匝數(shù)之比。當(dāng)
C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4 V交流電壓時，A、B間將得到10 V交流電壓。如圖乙所示是一個分壓電路，當(dāng)M、N作為輸入端時，上下兩個電阻上的電壓跟它們的阻值成正比。但是把電壓加在P、Q兩端時，電流只經(jīng)過P、Q之間的電阻，M、P之間的電阻中沒有電流，M、P兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點(diǎn)的電勢相等。所以當(dāng)P、Q接4 V直流電壓時，M、N兩端電壓也是4 V。

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