資源簡介

第三節　變壓器
(分值:100分)
選擇題1~2題,5~11題,每小題8分,共72分。
基礎對點練
題組一　認識變壓器
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 (　　)
每匝線圈中磁通量的變化率
交變電流的頻率
原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
原線圈的感應電動勢和副線圈的感應電動勢
2.如圖所示是一理想變壓器,已知原線圈與副線圈的匝數比是4∶1,當把原線圈加在20 V的直流電源上時,副線圈兩端的電壓是 (　　)
0 20 V
5 V 無法確定
題組二　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
3.(8分)(2024·廣東梅州高二期末)(1)某學生選用匝數可調的可拆變壓器來“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗時,原線圈接在學生電源上,用多用電表測量副線圈的電壓,下列操作正確的是　　　　。(2分)
A.原線圈接直流電壓,電表用直流電壓擋
B.原線圈接直流電壓,電表用交流電壓擋
C.原線圈接交流電壓,電表用直流電壓擋
D.原線圈接交流電壓,電表用交流電壓擋
(2)該學生繼續做實驗,電源電壓一定時,先保持原線圈的匝數不變,增加副線圈的匝數,觀察到副線圈兩端的電壓　　　　(2分)(選填“增大”“減小”或“不變”);然后再保持副線圈的匝數不變,增加原線圈的匝數,觀察到副線圈兩端的電壓　　　　(2分)(選填“增大”“減小”或“不變”)。上述探究副線圈兩端的電壓與匝數的關系中采用的實驗方法是　　　　。(2分)
4.(8分)(1)為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗,必須要選用的是　　　　。(4分)
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(直流電壓擋)
(2)用匝數na=100匝和nb=50匝的變壓器,實驗測量數據如下表,根據測量數據可判斷連接電源的線圈是　　　　(4分)(選填“na”或“nb”)。
U1/V 4.00 6.01 8.02 9.98
U2/V 1.80 2.80 3.80 4.80
題組三　理想變壓器的基本關系
5.如圖所示,理想變壓器原線圈的匝數為n1,副線圈的匝數為n2,原線圈的兩端a、b接正弦式交流電源,電壓表V的示數為220 V,負載電阻R=44 Ω,電流表A1的示數為0.2 A。電表均為理想電表,下列判斷正確的是 (　　)
原線圈和副線圈的匝數比為2∶1
原線圈和副線圈的匝數比為5∶1
電流表A2的示數為0.8 A
電流表A2的示數為0.4 A
6.(2024·廣東廣州高二期末)如圖所示,一理想變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2,副線圈電路中接有燈泡,燈泡的額定電壓為220 V,額定功率為22 W,原線圈電路中接有電壓表和電流表。接通電源,燈泡正常發光。若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數,則 (　　)
U=110 V
I=0.22 A
原、副線圈電流之比為1∶2
原線圈輸入功率為22 W
7.某理想變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶50,當輸出電流增加0.2 A,則輸入電流 (　　)
增加0.2 A 降低1 A
增加10 A 降低2 A
8.如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數比為n1∶n2∶n3=3∶1∶1,三個燈泡的規格相同,此時L1的功率為P,假定燈泡的電阻不隨電壓變化而改變,則下列說法中正確的是 (　　)
U1∶U2∶U3=3∶1∶1
U1∶U2∶U3=1∶3∶3
I1∶I2∶I3=3∶1∶1
I1∶I2∶I3=1∶3∶3
綜合提升練
9.(2024·廣東中山高二期中)如圖所示,一理想變壓器原線圈與頻率為50 Hz的正弦式交流電源相連,兩個阻值均為20 Ω的電阻串聯后接在副線圈的兩端。圖中的電流表、電壓表均為理想交流電表,原、副線圈的匝數分別為200匝和100匝,電壓表的示數為5 V。則 (　　)
電流表的示數為0.5 A
流過電阻的交變電流的頻率為100 Hz
交流電源的輸出電壓的最大值為20 V
交流電源的輸出功率為1.25 W
10.如圖所示,甲、乙兩圖中的理想變壓器以不同的方式接在高壓電路中。甲圖中變壓器原、副線圈的匝數比為k1,電壓表讀數為U,乙圖中變壓器原、副線圈的匝數比為k2,電流表讀數為I。則甲圖中高壓線電壓和乙圖中高壓線電流分別為 (　　)
k1U,k2I k1U,
,k2I ,
11.(2024·廣東深圳高二期末)電蚊拍利用高壓電擊網來擊殺飛近的蚊蟲。如圖所示,將3 V直流電壓通過轉換器轉變為正弦交變電壓u=3sin 10 000πt(V),再將其加在理想變壓器的原線圈上,副線圈兩端接電擊網,電壓峰值達到2 100 V時可擊殺蚊蟲,正常工作時 (　　)
交流電壓表的示數為3 V
電擊網上的高頻電壓的頻率為10 000 Hz
副線圈與原線圈匝數比需滿足≥700
將3 V直流電壓連接在變壓器的原線圈兩端電蚊拍也可以正常工作
培優加強練
12.(12分)如圖所示,面積為S=0.02 m2、內阻不計的n=100匝矩形線圈ABCD,總電阻r=10 Ω繞垂直于磁場的軸OO'勻速轉動,轉動的角速度為ω=100 rad/s,勻強磁場的磁感應強度為B= T。矩形線圈通過滑環與理想變壓器相連,副線圈所接電阻R,電表均為理想交流電表。當線圈平面與磁場方向平行時開始計時。電流表的示數為I=1 A。求:
(1)(6分)電壓表的示數;
(2)(6分)當原、副線圈匝數比為2∶1時,電阻R上消耗的功率及電阻R的阻值。
第三節　變壓器
1.ABC
2.A　[變壓器是根據電磁感應原理制成的，不能改變直流電壓，當把原線圈加在20 V的直流電源上時，副線圈兩端的電壓是0，故A正確。]
3.(1)D　(2)增大　減小　控制變量法
解析　(1)變壓器的工作原理是電磁感應，原線圈必須接交變電流才能工作，副線圈上的感應電流也是交變電流，所以電壓表必須用交流電壓擋，故D正確。
(2)根據理想變壓器的電壓關系＝可知，保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓增大；保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓減小。上述探究副線圈兩端的電壓與匝數的關系中采用的實驗方法是控制變量法。
4.(1)ACE　(2)na
解析　(1)為了完成該實驗，需要使用交流電源變壓，多用電表交流電壓擋；為了防止大量漏磁給實驗帶來較大誤差，需要含有閉合鐵芯的原、副線圈，故選A、C、E。
(2)由表格數據可知電壓比不等于匝數比，可知該變壓器不是理想變壓器，由于漏磁、渦流、線圈電阻等影響，所以副線圈測量電壓應該小于理論變壓值，則U1為原線圈電壓，即連接電源的線圈是na。
5.B　[變壓器的輸入功率等于輸出功率，則U1I1＝IR，解得I2＝A＝1.0 A，則電流表A2的示數為1.0 A，原線圈和副線圈的匝數比＝＝＝，故B正確，A、C、D錯誤。]
6.D　[燈泡正常發光時，加在燈泡兩端的電壓為U2＝220 V，流過燈泡的電流I2＝＝0.1 A，根據＝，可得電壓表讀數U＝U1＝110 V，根據＝＝，可得電流表示數I＝I1＝0.2 A，原線圈輸入功率為P＝U1I1＝22 W，故D正確。]
7.C　[由理想變壓器原理有＝，由變壓器的輸入功率等于輸出功率有U1I1＝U2I2，綜合可得I1＝I2，進一步可得ΔI1＝ΔI2；當ΔI2＝0.2 A，結合＝50，可得ΔI1＝10 A，即輸出電流增加0.2 A，輸入電流增加10 A，故C正確。]
8.A　[根據變壓器的工作原理可知U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3＝3∶1∶1，A正確，B錯誤；由變壓器的功率關系U1I1＝U2I2＋U3I3，即3I1＝I2＋I3，又I2＝I3，所以I1∶I2∶I3＝2∶3∶3，C、D錯誤。]
9.C　[副線圈中的電流為I2＝ A＝0.25 A，原線圈中的電流為I1＝0.25× A＝0.125 A，故A錯誤；變壓器不改變交流電的頻率，原、副線圈頻率相同，均為50 Hz，故B錯誤；副線圈兩端的電壓U2＝10 V，則原線圈兩端的電壓U1＝U2＝20 V，交流電源的輸出電壓的最大值為20 V，故C正確；交流電源的輸出功率P1＝U1I1＝20×0.125 W＝2.5 W，故D錯誤。]
10.B　[圖甲是電壓互感器，是降壓變壓器，電壓表的示數是變壓器的輸出電壓，根據原、副線圈的電壓比等于匝數比可以得到輸入電壓U1＝k1U；圖乙是電流互感器，是升壓變壓器，電流表的示數是輸出電流，根據原、副線圈的電流比等于匝數比的倒數可以得到輸入電流為I1＝，故B正確，A、C、D錯誤。]
11.C　[正弦交變電壓的有效值為U＝＝ V＝ V，則交流電壓表的示數為 V，故A錯誤；電擊網上的高頻電壓的周期為T＝＝ s＝ s，則電擊網上的高頻電壓的頻率為f＝＝5 000 Hz，故B錯誤；根據變壓器原、副線圈電壓比等于匝數比，可知副線圈與原線圈匝數比需滿足＝≥＝700，故C正確；將3 V直流電壓連接在變壓器的原線圈兩端，副線圈不會產生感應電動勢，電蚊拍不可以正常工作，故D錯誤。]
12.(1)90 V　(2)90 W　22.5 Ω
解析　(1)感應電動勢的最大值
Em＝nBSω＝100××0.02×100 V＝100 V
感應電動勢的有效值為E＝＝ V＝100 V
矩形線圈總電阻相當于電源的內電阻，則內電壓為
U內＝Ir＝10 V
電壓表的示數U＝E－U內＝90 V。
(2)由于是理想變壓器，故電功率滿足P入＝P出
電阻R上消耗的功率PR＝P入＝UI＝90 W
電阻R兩端的電壓UR＝U＝×90 V＝45 V
則電阻R的阻值為R＝＝22.5 Ω。第三節　變壓器
學習目標　1.了解變壓器的構造及工作原理。2.通過實驗探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系。3.掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關系。
知識點一　變壓器及其工作原理
如圖所示，兩個線圈繞在閉合的鐵芯上，線圈由絕緣導線繞成。
(1)當左側線圈接交流電源時，小燈泡會發光，電流是通過鐵芯流過去的嗎？如果不是，燈泡中的電流是怎樣產生的？
(2)當左側線圈接入恒定電流時，右側小燈泡是否會亮，試分析原因？
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1.變壓器是用于改變交流電壓的設備。
2.變壓器的構造
如圖，變壓器是由____________和繞在鐵芯上的線圈組成的。與電源連接的線圈稱為____________，也稱為初級線圈；與負載連接的線圈稱為____________，也稱為次級線圈。
3.變壓器的原理
變壓器工作的基本原理是利用____________。當原線圈上加交變電壓時，原線圈中便有交變電流，并在鐵芯中激發交變的磁通量，這個交變的磁通量又在副線圈內產生感應電動勢和感應電流，它反過來通過互感磁通又影響到原線圈。如果在副線圈兩端接入負載構成閉合回路，則回路中就會形成交變電流。
【思考】 原、副線圈中的磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率是否相同？
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例1 (多選)關于變壓器的工作原理，下列說法正確的是(　　)
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，只改變電壓大小
D.當原線圈接入恒定電流時，副線圈也有電壓輸出
聽課筆記　___________________________________________________________
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(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率。
(2)變壓器只對交變電流起作用，對恒定電流不起作用。
(3)變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯系在一起，兩個線圈間是絕緣的?！　?br/>知識點二　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
1.實驗思路
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產生變化的磁場，副線圈中產生感應電動勢，其兩端有輸出電壓。線圈匝數不同時輸出電壓不同，實驗通過改變原、副線圈匝數，探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數的關系。
2.實驗器材
兩只多用電表、學生電源(低壓交流電源)、開關、可拆變壓器(如圖甲)、導線若干。
3.實驗步驟
(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數。
(2)接通學生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中。
(3)保持匝數不變，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、原線圈的匝數不變，多次改變副線圈的匝數，記錄下每次的副線圈匝數和對應的電壓值。
次數 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V
1
2
3
4.實驗結論
實驗分析表明，變壓器原、副線圈上的電壓之比近似等于它們的匝數之比，即＝。
5.注意事項
(1)在改變學生電源的電壓、線圈匝數前均要先斷開開關，再進行操作。
(2)為了保證人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V，通電時不能用手接觸裸露的導線和接線柱。
(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再用適當的擋位進行測量。
6.誤差分析
由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應小于理論電壓值。
例2 (2024·廣東東莞高二期末)做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗。
(1)以下給出的器材中，本實驗需要用到的有________。
(2)下列說法正確的是________。
A.變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈不相同
B.實驗中要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關系，需要運用的科學方法是控制變量法
C.為了人身安全，實驗中只能使用低壓直流電源，電壓不要超過12 V
(3)由于交變電流的電壓是變化的，所以實驗中測量的是電壓的 ________值(選填“平均”“有效”或“最大”)；某次實驗操作，所接電表的讀數如圖所示(電壓表的量程為15 V)，則此時電表讀數為 ________V。
(4)若用匝數n1＝400匝和n2＝800匝的變壓器做實驗，對應的電壓測量數據如表所示。根據測量數據，則n1一定是 ________線圈(選填“原”或“副”)。
實驗次數 1 2 3 4
U1 1.9 2.9 3.8 4.8
U2 4.0 6.0 8.0 10.0
知識點三　理想變壓器的基本關系
1.理想變壓器
忽略變壓器的漏磁、原(副)線圈電阻和其他電磁能量損耗的變壓器，是一個理想化模型。
2.電壓關系
(1)只有一個副線圈時，＝。
當n2>n1時，U2>U1，變壓器使電壓升高，是________變壓器。
當n2(2)有多個副線圈時，＝＝＝…
3.功率關系
從能量守恒角度看，理想變壓器的輸入功率P1________輸出功率P2，即P1＝P2。
4.電流關系
(1)只有一個副線圈時，U1I1＝____________或＝。
(2)當有多個副線圈時，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…或n1I1＝________________________
例3 (2024·廣東廣州高二期末)如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2＝2∶1，燈泡電阻RL＝6 Ω，AB兩端電壓u1＝12sin 200πt(V)。下列說法正確的是(　　)
A.電流頻率為100 Hz
B.電壓表的讀數為8 V
C.電流表的讀數為0.5 A
D.變壓器輸入功率為5 W
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(1)理想變壓器原、副線圈(只有一個副線圈)的電流、電壓關系＝＝中的U、I可以是有效值，也可以是最大值，為一一對應的關系。
(2)變壓器不能改變交變電流的周期和頻率。　　
例4 如圖所示，理想變壓器原線圈匝數為n1＝1 000匝，兩個副線圈匝數分別為n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6 V　2 W”的燈泡，L2是“12 V　4 W”的燈泡，當原線圈接正弦式交變電流時，兩燈泡均正常發光，那么原線圈中的電流為(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A. A B. A
C. A D. A
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訓練 (2023·廣東卷，6)用一臺理想變壓器對電動汽車充電，該變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2，輸出功率為8.8 kW，原線圈的輸入電壓u＝220sin(100πt)V。關于副線圈輸出電流的有效值和頻率正確的是(　　)
A.20 A，50 Hz B.20 A，50 Hz
C.20 A，100 Hz D.20 A，100 Hz
隨堂對點自測
1.(變壓器的工作原理)(多選)下列關于理想變壓器的說法正確的是(　　)
A.互感現象是變壓器工作的基礎
B.輸送的電能經變壓器先轉化為磁場能，再轉化為電能
C.輸送的電能經變壓器先轉化為電場能，再轉化為電能
D.輸送的電能經變壓器的鐵芯直接傳輸過去
2.(探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗中，某小組按如圖所示組裝變壓器并進行研究。實驗時，原線圈接“0”“8”接線柱，副線圈接“0”“1”接線柱，原線圈兩端連接低壓交流電源10 V擋，用交流電壓表測得副線圈兩端的電壓為0.4 V，這與其他小組的正確實驗結論明顯不一致。對于這個小組實驗結論出現明顯偏差的原因，最有可能的是(　　)
A.原線圈匝數太多，電阻過大
B.鐵芯沒有閉合，漏磁過多
C.副線圈匝數太少，增加實驗誤差
D.副線圈的電阻太小
3.(理想變壓器的基本關系)(教材P78例題改編)如圖是手機無線充電器的模型，其工作原理與理想變壓器相同。已知發射、接收線圈匝數比n1∶n2＝5∶1，C、D端輸出電流i＝sin 200πt(A)，則A、B端輸入電流的(　　)
A.頻率為50 Hz B.周期為0.01 s
C.有效值為0.2 A D.最大值為5 A
第三節　變壓器
知識點一
導學　提示　(1)不是　燈泡中的電流是電磁感應產生的電流　(2)否　接恒定電流時，不再發生電磁感應
知識梳理
2.閉合鐵芯　原線圈　副線圈　3.互感現象
[思考] 提示　均相同
例1 AC　[原、副線圈繞在同一閉合鐵芯上時，閉合鐵芯的導磁能力強，可減少磁場能的損失，有效地傳送電能，故A正確；鐵芯不用整塊金屬做成是為了防止渦流產生較多的熱量從而燒壞變壓器，故B錯誤；根據變壓器的工作原理可知，變壓器不改變交變電流的周期和頻率，只改變電壓的大小，故C正確；變壓器只對交變電流起作用，對恒定電流不起作用，故D錯誤。]
知識點二
例2 (1)BD　(2)B　(3)有效　5.5　(4)副
解析　(1)變壓器的工作原理是互感現象，電源應該選用學生電源提供的交流電壓，干電池只能提供直流電壓，A不需要，B需要；直流電壓表不能測量交流電壓，C不需要；可拆變壓器，該實驗需要，D需要。
(2)變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈相同，故A錯誤；實驗中要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關系，需要運用的科學方法是控制變量法，故B正確；為了人身安全，實驗中只能使用低壓交流流電源，電壓不要超過12 V，故C錯誤。
(3)由于交變電流的電壓是變化的，實驗中測量的是電壓的有效值。量程為15 V的電壓表分度值為0.5 V，如圖所示的電壓表讀數為5.5 V。
(4)由于有漏磁、原副線圈內阻分壓等因素，所以副線圈實際測量的電壓值應該小于理論值。由＝＝，及表中數據可知，U1總是小于U2，則n1一定是副線圈。
知識點三
2.(1)升壓　降壓　3.等于　4.(1)U2I2
(2)n2I2＋n3I3＋…
例3 A　[根據題意可知，電流的頻率為f＝＝＝ Hz＝100 Hz，故A正確；原線圈輸入電壓的有效值為U1＝＝ V＝12 V，由變壓器的電壓與匝數關系可知，副線圈的輸出電壓為U2＝U1＝×12 V＝6 V，可知電壓表的讀數為6 V，故B錯誤；由歐姆定律可得，電流表的讀數為I2＝＝ A＝1 A，故C錯誤；由變壓器的電流與匝數關系可知，穿過原線圈的電流為I1＝I2＝×1 A＝0.5 A，變壓器輸入功率為P＝U1I1＝12×0.5 W＝6 W，故D錯誤。]
例4 C　[由變壓器的電壓與匝數關系＝＝，解得U1＝120 V，原線圈的輸入功率為P1＝U1I1＝PL1＋PL2，解得I1＝ A，故C正確。]
訓練 A　[由題可知原線圈輸入電壓的有效值為U1＝ V＝220 V，原線圈電流為I1＝＝40 A，副線圈輸出電流的有效值為I2＝I1＝20 A，變壓器不改變電流的頻率，其頻率為f＝＝ Hz＝50 Hz，故A正確。]
隨堂對點自測
1.AB　[變壓器傳輸的是交變電流，當電流經過原線圈時，在鐵芯中產生變化的磁場，電能轉化為磁場能，此變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，若副線圈閉合，則產生感應電流，磁場能又轉化為電能，反過來通過互感又影響原線圈，故A、B正確，C、D錯誤。]
2.B　[根據變壓器的工作原理可知，若通過原、副線圈的磁通量相同，則原、副線圈的電壓比等于匝數比，則有＝＝，實際結果為＝＝<，實驗結論與理論結論出現明顯的偏差，最有可能的是鐵芯沒有閉合，漏磁過多，使得通過副線圈的磁通量明顯小于通過原線圈的磁通量，則副線圈兩端的電壓很小，故B正確。]
3.C　[變壓器不改變交變電流的周期和頻率，所以周期為T＝＝0.01 s，頻率為f＝＝100 Hz，故A、B錯誤；C、D端輸出電流的最大值為A，由＝，可得A、B端輸入電流的最大值為I1m＝ A，A、B端輸入電流的有效值為I1＝＝0.2 A，故C正確，D錯誤。](共55張PPT)
第三節　變壓器
第三章　交變電流
1.了解變壓器的構造及工作原理。
2.通過實驗探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系。
3.掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關系。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
知識點一　變壓器及其工作原理
知識點三　理想變壓器的基本關系
知識點一　變壓器及其工作原理
　　　如圖所示，兩個線圈繞在閉合的鐵芯上，線圈由絕緣導線繞成。
(1)當左側線圈接交流電源時，小燈泡會發光，電流是通過鐵芯流過去的嗎？如果不是，燈泡中的電流是怎樣產生的？
(2)當左側線圈接入恒定電流時，右側小燈泡是否會亮，試分析原因？
提示　(1)不是　燈泡中的電流是電磁感應產生的電流　(2)否　接恒定電流時，不再發生電磁感應
1.變壓器是用于改變交流電壓的設備。
2.變壓器的構造
如圖，變壓器是由__________和繞在鐵芯上的線圈組成的。與電源連接的線圈稱為________，也稱為初級線圈；與負載連接的線圈稱為________，也稱為次級線圈。
閉合鐵芯
原線圈
副線圈
3.變壓器的原理
變壓器工作的基本原理是利用__________。當原線圈上加交變電壓時，原線圈中便有交變電流，并在鐵芯中激發交變的磁通量，這個交變的磁通量又在副線圈內產生感應電動勢和感應電流，它反過來通過互感磁通又影響到原線圈。如果在副線圈兩端接入負載構成閉合回路，則回路中就會形成交變電流。
互感現象
【思考】 原、副線圈中的磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率是否相同？
提示　均相同
AC
例1 (多選)關于變壓器的工作原理，下列說法正確的是(　　)
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，只改變電壓大小
D.當原線圈接入恒定電流時，副線圈也有電壓輸出
解析　原、副線圈繞在同一閉合鐵芯上時，閉合鐵芯的導磁能力強，可減少磁場能的損失，有效地傳送電能，故A正確；鐵芯不用整塊金屬做成是為了防止渦流產生較多的熱量從而燒壞變壓器，故B錯誤；根據變壓器的工作原理可知，變壓器不改變交變電流的周期和頻率，只改變電壓的大小，故C正確；變壓器只對交變電流起作用，對恒定電流不起作用，故D錯誤。
(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率。
(2)變壓器只對交變電流起作用，對恒定電流不起作用。
(3)變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯系在一起，兩個線圈間是絕緣的。
知識點二　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
1.實驗思路
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產生變化的磁場，副線圈中產生感應電動勢，其兩端有輸出電壓。線圈匝數不同時輸出電壓不同，實驗通過改變原、副線圈匝數，探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數的關系。
2.實驗器材
兩只多用電表、學生電源(低壓交流電源)、開關、可拆變壓器(如圖甲)、導線若干。
3.實驗步驟
(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數。
(2)接通學生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中。
(3)保持匝數不變，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、原線圈的匝數不變，多次改變副線圈的匝數，記錄下每次的副線圈匝數和對應的電壓值。
4.實驗結論
5.注意事項
(1)在改變學生電源的電壓、線圈匝數前均要先斷開開關，再進行操作。
(2)為了保證人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V，通電時不能用手接觸裸露的導線和接線柱。
(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再用適當的擋位進行測量。
6.誤差分析
由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應小于理論電壓值。
例2 (2024·廣東東莞高二期末)做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗。
(1)以下給出的器材中，本實驗需要用到的有________。
(2)下列說法正確的是________。
A.變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈不相同
B.實驗中要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關系，需要運用的科學方法是控制變量法
C.為了人身安全，實驗中只能使用低壓直流電源，電壓不要超過12 V
(3)由于交變電流的電壓是變化的，所以實驗中測量的是電壓的 ________值(選填“平均”“有效”或“最大”)；某次實驗操作，所接電表的讀數如圖所示(電壓表的量程為15 V)，則此時電表讀數為 ________V。
(4)若用匝數n1＝400匝和n2＝800匝的變壓器做實驗，對應的電壓測量數據如表所示。根據測量數據，則n1一定是 ________線圈(選填“原”或“副”)。
實驗次數 1 2 3 4
U1 1.9 2.9 3.8 4.8
U2 4.0 6.0 8.0 10.0
答案　(1)BD　(2)B　(3)有效　5.5　(4)副
解析　(1)變壓器的工作原理是互感現象，電源應該選用學生電源提供的交流電壓，干電池只能提供直流電壓，A不需要，B需要；直流電壓表不能測量交流電壓，C不需要；可拆變壓器，該實驗需要，D需要。
(2)變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈相同，故A錯誤；實驗中要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關系，需要運用的科學方法是控制變量法，故B正確；為了人身安全，實驗中只能使用低壓交流流電源，電壓不要超過12 V，故C錯誤。
(3)由于交變電流的電壓是變化的，實驗中測量的是電壓的有效值。量程為15 V的電壓表分度值為0.5 V，如圖所示的電壓表讀數為5.5 V。
知識點三　理想變壓器的基本關系
1.理想變壓器
忽略變壓器的漏磁、原(副)線圈電阻和其他電磁能量損耗的變壓器，是一個理想化模型。
2.電壓關系
升壓
降壓
3.功率關系
從能量守恒角度看，理想變壓器的輸入功率P1______輸出功率P2，即P1＝P2。
4.電流關系
等于
U2I2
n2I2＋n3I3＋…
A
A.電流頻率為100 Hz
B.電壓表的讀數為8 V
C.電流表的讀數為0.5 A
D.變壓器輸入功率為5 W
例4 如圖所示，理想變壓器原線圈匝數為n1＝1 000匝，兩個副線圈匝數分別為n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6 V　2 W”的燈泡，L2是“12 V　4 W”的燈泡，當原線圈接正弦式交變電流時，兩燈泡均正常發光，那么原線圈中的電流為(　　)
C
A
隨堂對點自測
2
AB
1.(變壓器的工作原理)(多選)下列關于理想變壓器的說法正確的是(　　)
A.互感現象是變壓器工作的基礎
B.輸送的電能經變壓器先轉化為磁場能，再轉化為電能
C.輸送的電能經變壓器先轉化為電場能，再轉化為電能
D.輸送的電能經變壓器的鐵芯直接傳輸過去
解析　變壓器傳輸的是交變電流，當電流經過原線圈時，在鐵芯中產生變化的磁場，電能轉化為磁場能，此變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，若副線圈閉合，則產生感應電流，磁場能又轉化為電能，反過來通過互感又影響原線圈，故A、B正確，C、D錯誤。
B
2.(探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗中，某小組按如圖所示組裝變壓器并進行研究。實驗時，原線圈接“0”“8”接線柱，副線圈接“0”“1”接線柱，原線圈兩端連接低壓交流電源10 V擋，用交流電壓表測得副線圈兩端的電壓為0.4 V，這與其他小組的正確實驗結論明顯不一致。對于這個小組實驗結論出現明顯偏差的原因，最有可能的是(　　)
A.原線圈匝數太多，電阻過大
B.鐵芯沒有閉合，漏磁過多
C.副線圈匝數太少，增加實驗誤差
D.副線圈的電阻太小
C
課后鞏固訓練
3
ABC
題組一　認識變壓器
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
基礎對點練
A
2.如圖所示是一理想變壓器，已知原線圈與副線圈的匝數比是4∶1，當把原線圈加在20 V的直流電源上時，副線圈兩端的電壓是(　　)
A.0 B.20 V
C.5 V D.無法確定
解析　變壓器是根據電磁感應原理制成的，不能改變直流電壓，當把原線圈加在20 V的直流電源上時，副線圈兩端的電壓是0，故A正確。
題組二　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
3.(2024·廣東梅州高二期末)(1)某學生選用匝數可調的可拆變壓器來“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗時，原線圈接在學生電源上，用多用電表測量副線圈的電壓，下列操作正確的是________。
A.原線圈接直流電壓，電表用直流電壓擋
B.原線圈接直流電壓，電表用交流電壓擋
C.原線圈接交流電壓，電表用直流電壓擋
D.原線圈接交流電壓，電表用交流電壓擋
(2)該學生繼續做實驗，電源電壓一定時，先保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)。上述探究副線圈兩端的電壓與匝數的關系中采用的實驗方法是________。
答案　(1)D　(2)增大　減小　控制變量法
解析　(1)變壓器的工作原理是電磁感應，原線圈必須接交變電流才能工作，副線圈上的感應電流也是交變電流，所以電壓表必須用交流電壓擋，故D正確。
4.(1)為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗，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(直流電壓擋)
(2)用匝數na＝100匝和nb＝50匝的變壓器，實驗測量數據如下表，根據測量數據可判斷連接電源的線圈是________(選填“na”或“nb”)。
U1/V 4.00 6.01 8.02 9.98
U2/V 1.80 2.80 3.80 4.80
答案　(1)ACE　(2)na
解析　(1)為了完成該實驗，需要使用交流電源變壓，多用電表交流電壓擋；為了防止大量漏磁給實驗帶來較大誤差，需要含有閉合鐵芯的原、副線圈，故選A、C、E。
(2)由表格數據可知電壓比不等于匝數比，可知該變壓器不是理想變壓器，由于漏磁、渦流、線圈電阻等影響，所以副線圈測量電壓應該小于理論變壓值，則U1為原線圈電壓，即連接電源的線圈是na。
B
題組三　理想變壓器的基本關系
5.如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數為n1，副線圈的匝數為n2，原線圈的兩端a、b接正弦式交流電源，電壓表V的示數為220 V，負載電阻R＝44 Ω，電流表A1的示數為0.2 A。電表均為理想電表，下列判斷正確的是(　　)
A.原線圈和副線圈的匝數比為2∶1
B.原線圈和副線圈的匝數比為5∶1
C.電流表A2的示數為0.8 A
D.電流表A2的示數為0.4 A
D
6.(2024·廣東廣州高二期末)如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2，副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W，原線圈電路中接有電壓表和電流表。接通電源，燈泡正常發光。若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數，則(　　)
C
7.某理想變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶50，當輸出電流增加0.2 A，則輸入電流(　　)
A.增加0.2 A B.降低1 A
C.增加10 A D.降低2 A
A
8.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比為n1∶n2∶n3＝3∶1∶1，三個燈泡的規格相同，此時L1的功率為P，假定燈泡的電阻不隨電壓變化而改變，則下列說法中正確的是(　　)
A.U1∶U2∶U3＝3∶1∶1
B.U1∶U2∶U3＝1∶3∶3
C.I1∶I2∶I3＝3∶1∶1
D.I1∶I2∶I3＝1∶3∶3
解析　根據變壓器的工作原理可知U1∶U2∶U3＝n1∶n2∶n3＝3∶1∶1，A正確，B錯誤；由變壓器的功率關系U1I1＝U2I2＋U3I3，即3I1＝I2＋I3，又I2＝I3，所以I1∶I2∶I3＝2∶3∶3，C、D錯誤。
C
9.(2024·廣東中山高二期中)如圖所示，一理想變壓器原線圈與頻率為50 Hz的正弦式交流電源相連，兩個阻值均為20 Ω的電阻串聯后接在副線圈的兩端。圖中的電流表、電壓表均為理想交流電表，原、副線圈的匝數分別為200匝和100匝，電壓表的示數為5 V。則(　　)
綜合提升練
B
10.如圖所示，甲、乙兩圖中的理想變壓器以不同的方式接在高壓電路中。甲圖中變壓器原、副線圈的匝數比為k1，電壓表讀數為U，乙圖中變壓器原、副線圈的匝數比為k2，電流表讀數為I。則甲圖中高壓線電壓和乙圖中高壓線電流分別為(　　)
C
11.(2024·廣東深圳高二期末)電蚊拍利用高壓電擊網來擊殺飛近的蚊蟲。如圖所示，將3 V直流電壓通過轉換器轉變為正弦交變電壓u＝3sin 10 000πt(V)，再將其加在理想變壓器的原線圈上，副線圈兩端接電擊網，電壓峰值達到2 100 V時可擊殺蚊蟲，正常工作時(　　)
培優加強練
(1)電壓表的示數；
(2)當原、副線圈匝數比為2∶1時，電阻R上
消耗的功率及電阻R的阻值。
答案　(1)90 V　(2)90 W　22.5 Ω
解析　(1)感應電動勢的最大值
矩形線圈總電阻相當于電源的內電阻，則內電壓為
U內＝Ir＝10 V
電壓表的示數U＝E－U內＝90 V。
(2)由于是理想變壓器，故電功率滿足P入＝P出
電阻R上消耗的功率PR＝P入＝UI＝90 W

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