浙江省2018-2019版高中物理 第五章 交變電流 第4課時(shí) 變壓器學(xué)案 新人教版選修3-2.doc

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第4課時(shí)　變壓器 [研究選考把握考情] 知識(shí)內(nèi)容 變壓器 考試要求 加試c 教學(xué)要求 1.知道變壓器的基本結(jié)構(gòu)及符號(hào)，會(huì)區(qū)分原、副線(xiàn)圈 2.了解變壓器的工作原理，知道變壓器不能改變直流電壓的原因 3.掌握理想變壓器原、副線(xiàn)圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系 4.了解變壓器的應(yīng)用 5.了解變壓器能量損耗的原因，知道理想變壓器的輸入功率等于輸出功率 6.知道理想變壓器的原、副線(xiàn)圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系 7.會(huì)應(yīng)用電壓與線(xiàn)圈匝數(shù)、電流與線(xiàn)圈匝數(shù)的關(guān)系解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題 說(shuō)明 不要求分析、計(jì)算兩個(gè)及以上副線(xiàn)圈和有兩個(gè)磁路的變壓器問(wèn)題 知識(shí)點(diǎn)一　變壓器的構(gòu)造和原理 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.變壓器的構(gòu)造： 由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線(xiàn)圈組成。與交流電源相連接的線(xiàn)圈叫原線(xiàn)圈(匝數(shù)用n1表示，又叫做初級(jí)線(xiàn)圈)，與負(fù)載相連的另一個(gè)線(xiàn)圈叫副線(xiàn)圈(匝數(shù)用n2表示，又叫做次級(jí)線(xiàn)圈)，兩個(gè)線(xiàn)圈都繞在閉合鐵芯上。如圖1所示。 圖1 2.變壓器的工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象。因此變壓器只對(duì)變化的電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用。(后兩空選填“變化”或“恒定”) [要 點(diǎn) 精 講] 1.對(duì)變壓器工作原理的理解。如圖2所示，當(dāng)原線(xiàn)圈上加交流電壓U1時(shí)，原線(xiàn)圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在副線(xiàn)圈中要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U2。如果副線(xiàn)圈是閉合的，則副線(xiàn)圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，原、副線(xiàn)圈間雖然不相連，電能卻可以通過(guò)磁場(chǎng)從原線(xiàn)圈傳遞到副線(xiàn)圈。其能量轉(zhuǎn)換方式為：原線(xiàn)圈電能→磁場(chǎng)能→副線(xiàn)圈電能。 圖2 2.原、副線(xiàn)圈的地位 (1)原線(xiàn)圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載。 (2)副線(xiàn)圈在其所處回路中充當(dāng)電源。 【例1】 如圖3所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)時(shí)，電流表的示數(shù)是12 mA，則電流表的示數(shù)為(　　) 圖3 A.3 mA　　　　　 　　B.0 C.48 mA D.與負(fù)載R的值有關(guān) 解析　導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線(xiàn)時(shí)，在線(xiàn)圈n1中通過(guò)的是恒定電流，不能引起穿過(guò)線(xiàn)圈n2的磁通量變化，在副線(xiàn)圈n2上無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)，所以電流表A2中無(wú)電流通過(guò)。故選項(xiàng)B正確。 答案　B 名師點(diǎn)睛　本題常見(jiàn)錯(cuò)誤是忽略了變壓器的工作條件，只有原線(xiàn)圈中的電流是變化的，才能引起副線(xiàn)圈中的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 知識(shí)點(diǎn)二　理想變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.理想變壓器： 沒(méi)有能量損失的變壓器。 2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系： 原、副線(xiàn)圈的電壓之比等于兩個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)之比，即＝。 3.降壓變壓器： 副線(xiàn)圈的電壓比原線(xiàn)圈的電壓低的變壓器。 4.升壓變壓器： 副線(xiàn)圈的電壓比原線(xiàn)圈的電壓高的變壓器。 [要 點(diǎn) 精 講] 1.理想變壓器的特點(diǎn) 理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線(xiàn)圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線(xiàn)圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗。實(shí)際變壓器一般可看成理想變壓器。 2.對(duì)理想變壓器“變壓”原理的理解 變壓器的工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，由于互感作用，穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量相等，磁通量的變化率相等。若原線(xiàn)圈匝數(shù)為n1，則U1＝n1；副線(xiàn)圈匝數(shù)為n2，則U2＝n2，所以＝。 【例2】 如圖中，可以將電壓升高給電燈供電的變壓器是(　　) 解析　變壓器只能對(duì)交變電流實(shí)現(xiàn)變壓，不能對(duì)直流變壓，故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；由于電壓與變壓器線(xiàn)圈匝數(shù)成正比，副線(xiàn)圈匝數(shù)多于原線(xiàn)圈的變壓器才能實(shí)現(xiàn)升壓，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確。 答案　C 【跟蹤訓(xùn)練1】 某型號(hào)家用交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線(xiàn)圈都帶有滑動(dòng)觸頭，如圖4所示，當(dāng)變壓器輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，可通過(guò)向上、向下調(diào)節(jié)P1、P2的位置，使輸出電壓穩(wěn)定在220 V。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)輸出電壓低于220 V，欲通過(guò)調(diào)節(jié)P1、P2的位置使輸出電壓穩(wěn)定在220 V，下列措施可行的是(　　) 圖4 A.保持P1不動(dòng)，將P2向上移 B.保持P2不動(dòng)，將P1向下移 C.將P1向上移，同時(shí)P2向下移 D.將P1向下移，同時(shí)P2向上移 解析　設(shè)變壓器的輸入電壓為U1，輸出電壓為U2，原、副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為n1、n2；現(xiàn)輸出電壓低于220 V，要調(diào)高U2，根據(jù)變壓器的工作原理，＝，則U2＝U1，增大U2的方法：可以增大n2，A正確，也可以減小n1，B正確，還可以增大n2的同時(shí)減小n1，D正確。 答案　ABD 【跟蹤訓(xùn)練2】 將輸入電壓為220 V，輸出電壓為6 V的變壓器，改裝成輸出電壓為30 V的變壓器，副線(xiàn)圈原來(lái)的匝數(shù)為30匝，原線(xiàn)圈的匝數(shù)不變，則副線(xiàn)圈應(yīng)增加的匝數(shù)為(　　) A.150匝 B.144匝 C.130匝 D.120匝 解析　由題意＝，＝，將n2＝30匝代入得n2′＝150匝，則副線(xiàn)圈應(yīng)增加Δn＝120匝。 答案　D 知識(shí)點(diǎn)三　理想變壓器中的功率關(guān)系及電流關(guān)系 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.理想變壓器的特點(diǎn)： (1)變壓器鐵芯內(nèi)無(wú)漏磁；無(wú)發(fā)熱損失。 (2)原、副線(xiàn)圈不計(jì)內(nèi)阻，即無(wú)能量損失。 實(shí)際變壓器(特別是大型變壓器)一般可以看成理想變壓器。 2.功率關(guān)系：P入＝P出。 3.電流關(guān)系：由I1U1＝I2U2，可得＝。 [要 點(diǎn) 精 講] 要點(diǎn)1　對(duì)理想變壓器規(guī)律的理解 1.由＝知，對(duì)于只有一個(gè)副線(xiàn)圈的變壓器，電流與匝數(shù)成反比。因變壓器高壓線(xiàn)圈匝數(shù)多而通過(guò)的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)繞制；低壓線(xiàn)圈匝數(shù)少而通過(guò)的電流大，可用較粗的導(dǎo)線(xiàn)繞制。 2.變壓器能改變交變電壓、交變電流，但不能改變功率和交變電流的頻率，輸入功率總等于輸出功率，副線(xiàn)圈中交變電流的頻率總等于原線(xiàn)圈中交變電流的頻率。 3.變壓器的電流關(guān)系也是有效值(或最大值)間的關(guān)系。 【例3】 如圖5所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為20∶1，原線(xiàn)圈接正弦交流電源，副線(xiàn)圈接入“200 V　60 W”燈泡一只且燈泡正常發(fā)光。則(　　) 圖5 A.電流表的示數(shù)為0.015 A B.電源輸出功率為1 200 W C.電流表的示數(shù)為6 A D.原線(xiàn)圈端電壓為10 V 解析　從副線(xiàn)圈接入“200 V　60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光這一條件可以看出，輸出功率為60 W，由公式＝得電流表讀數(shù)是0.015 A，由＝得原線(xiàn)圈端電壓為4 000 V。 答案　A 【跟蹤訓(xùn)練3】 理想變壓器連接電路如圖6甲所示，已知原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為10∶1，當(dāng)輸入電壓波形如圖乙時(shí)，電流表讀數(shù)為2 A，則(　　) 圖6 A.電壓表讀數(shù)為282 V B.電壓表讀數(shù)為28.2 V C.輸入功率為56.4 W D.輸入功率為40 W 解析　由題圖乙可知，Um＝282 V，則輸入電壓有效值U1＝≈200 V。根據(jù)＝知，U2＝20 V，再根據(jù)＝知，I1＝0.2 A，輸入功率P＝U1I1＝40 W，故A、B、C錯(cuò)，D正確。 答案　D 要點(diǎn)2　理想變壓器中各量的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析 1.理想變壓器工作時(shí)各量的制約關(guān)系 (1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比()一定時(shí)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2＝。 (2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入增大；P出減小，P入減小，P出為0，P入為0。 (3)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比()一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，副線(xiàn)圈中的輸出電流I2決定原線(xiàn)圈中的電流I1，即I1＝。 2.對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見(jiàn)情況 (1)原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1。 (2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)之比的變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。 特別提醒　(1)理想變壓器將電能由原線(xiàn)圈傳給副線(xiàn)圈時(shí)總是“量出為入” ，即用戶(hù)消耗多少，原線(xiàn)圈就提供多少，因而輸出功率決定輸入功率。 (2)可以把理想變壓器的副線(xiàn)圈看作給用戶(hù)供電的無(wú)阻電源，對(duì)負(fù)載電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，可以參照直流電路動(dòng)態(tài)分析的方法。 【例4】 如圖7所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線(xiàn)圈上的電壓，則(　　) 圖7 A.保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大 B.保持P的位置及U1不變，K由b合到a時(shí)，R消耗的功率將減小 C.保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大 D.保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大 解析　K由a合到b時(shí)，n1減小而U1不變，由＝可知，副線(xiàn)圈上的電壓增大，流過(guò)負(fù)載R的電流I2增大，P2增大，又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，故選項(xiàng)A正確；同理K由b合到a時(shí)，P2減小，故選項(xiàng)B正確；P上滑時(shí)，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2＝可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由＝可知I1將減小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)U1增大時(shí)，由＝可知U2也增大，I2＝增大，再由＝可知I1增大，故選項(xiàng)D正確。 答案　ABD 規(guī)律總結(jié)　(1)理想變壓器原、副線(xiàn)圈的電路發(fā)生變化時(shí)，電流和電壓如何變化的判斷，先要由＝判斷U2是否變化，再根據(jù)U2及負(fù)載電阻變大或變小的情況，由歐姆定律確定副線(xiàn)圈中的電流I2的變化情況，最后再由P入＝P出判斷原線(xiàn)圈中電流的變化情況。 (2)理想變壓器的動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析思路可表示為： 知識(shí)點(diǎn)四 實(shí)驗(yàn)：探究變壓器線(xiàn)圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系 [要點(diǎn)精講] 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄孔儔浩骶€(xiàn)圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。 2.實(shí)驗(yàn)原理：原線(xiàn)圈通過(guò)電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷的變化，變化的磁場(chǎng)在副線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，副線(xiàn)圈中就存在輸出電壓，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變?cè)?、副線(xiàn)圈匝數(shù)，探究原、副線(xiàn)圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。 3.實(shí)驗(yàn)器材：兩只多用電表(或兩只交直流數(shù)字電壓表)、學(xué)生電源(低壓交流電源)、開(kāi)關(guān)、可拆變壓器、導(dǎo)線(xiàn)若干。 4.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖8所示連接好電路，將兩個(gè)多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)。 圖8 (2)接通學(xué)生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中。 (3)保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄下每次的兩個(gè)電壓值。 (4)保持電壓、原線(xiàn)圈的匝數(shù)不變，多次改變副線(xiàn)圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線(xiàn)圈匝數(shù)和對(duì)應(yīng)的電壓值。 5.數(shù)據(jù)記錄與處理 次序 n1(匝) n2(匝) n1∶n2 U1(V) U2(V) U1∶U2 1 2 3 4 6.結(jié)論：原、副線(xiàn)圈的電壓比與原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比相等。 7.誤差分析 (1)實(shí)驗(yàn)變壓器存在各種損耗。 (2)交流電表的讀數(shù)存在誤差。 8.注意事項(xiàng) (1)在改變學(xué)生電源電壓、線(xiàn)圈匝數(shù)前均要先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，再進(jìn)行操作。 (2)為了人身安全學(xué)生電源的電壓不能超過(guò)12 V，不能用手接觸裸露的導(dǎo)線(xiàn)和接線(xiàn)柱。 (3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量。 【例5】 在“探究變壓器線(xiàn)圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室中備有下列可供選擇的器材： A.可拆變壓器(鐵芯、兩個(gè)已知匝數(shù)的線(xiàn)圈) B.條形磁鐵 C.直流電源 D.多用電表 E.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干 上述器材在本實(shí)驗(yàn)中不必用到的是________(填器材前的序號(hào))，本實(shí)驗(yàn)中還需用到的器材有____________。 答案BC　低壓交流電源 【例6】 做“探究變壓器線(xiàn)圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，原線(xiàn)圈接在學(xué)生電源上，用多用電表測(cè)量副線(xiàn)圈的電壓，下列操作正確的是(　　) A.原線(xiàn)圈接直流電壓，電表用直流電壓擋 B.原線(xiàn)圈接直流電壓，電表用交流電壓擋 C.原線(xiàn)圈接交流電壓，電表用直流電壓擋 D.原線(xiàn)圈接交流電壓，電表用交流電壓擋 解析　副線(xiàn)圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是通過(guò)兩個(gè)線(xiàn)圈間的互感現(xiàn)象產(chǎn)生的，所以原線(xiàn)圈上的電流應(yīng)該是變化的，應(yīng)為交流電流，電壓為交流電壓，故D正確。 答案 D　 1.關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說(shuō)法正確的是(　　) A.通有正弦交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量不變 B.穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等 C.穿過(guò)副線(xiàn)圈磁通量的變化使得副線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D.原線(xiàn)圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線(xiàn)圈 解析　通有正弦交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的，由于面積S不變，故磁通量Φ變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無(wú)漏磁，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知C正確；原線(xiàn)圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能，原、副線(xiàn)圈通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤。 答案　C 2.理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為5∶1，正常工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量相等，且每一匝線(xiàn)圈磁通量的變化率相等 B.原、副線(xiàn)圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之比為5∶1 C.原、副線(xiàn)圈的電壓之比為5∶1 D.原、副線(xiàn)圈的輸入、輸出功率之比為1∶1 解析　對(duì)理想變壓器，無(wú)磁通量損失，因而穿過(guò)兩個(gè)線(xiàn)圈的磁通量相等，磁通量變化率也相等，因而每匝線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，所以電壓與匝數(shù)成正比，A、C正確，B錯(cuò)誤；理想變壓器可以忽略各種損耗，故輸入功率等于輸出功率，D正確。 答案　ACD 3.如圖9甲所示，理想變壓器的原線(xiàn)圈電路中裝有0.5 A的保險(xiǎn)絲L，原線(xiàn)圈匝數(shù)n1＝600 匝，副線(xiàn)圈匝數(shù)n2＝120 匝。當(dāng)原線(xiàn)圈接在如圖乙所示的交流電源上，要使整個(gè)電路和用電器正常工作，則副線(xiàn)圈兩端可以接(　　) 圖9 A.阻值為12 Ω的電阻 B.并聯(lián)兩盞“36 V　40 W”的燈泡 C.工作頻率為10 Hz的用電設(shè)備 D.耐壓值為36 V的電容器 解析　當(dāng)原線(xiàn)圈接在題圖乙所示的交流電源上，變壓器輸入電壓為180 V，由變壓器的電壓規(guī)律得，副線(xiàn)圈輸出電壓為36 V，由電流規(guī)律可知副線(xiàn)圈最大電流為2.5 A，副線(xiàn)圈兩端可以接的最小電阻為14.4 Ω，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；變壓器最大輸入功率為1800.5 W＝90 W，副線(xiàn)圈兩端可以并聯(lián)兩盞“36 V　40 W”的燈泡，選項(xiàng)B正確；由圖乙可知，交變電流頻率為50 Hz，副線(xiàn)圈兩端不可以接工作頻率為10 Hz 的用電設(shè)備，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；副線(xiàn)圈輸出電壓最大值為36 V，耐壓值為36 V的電容器如果接上的話(huà)，將會(huì)被擊穿，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　B 4.如圖10，將額定電壓為60 V的用電器，通過(guò)一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開(kāi)關(guān)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(shù)分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是(　　) 圖10 A.變壓器輸入功率為484 W B.通過(guò)原線(xiàn)圈的電流的有效值為0.6 A C.通過(guò)副線(xiàn)圈的電流的最大值為2.2 A D.變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1：n2＝11∶3 解析　對(duì)于理想變壓器，輸入功率等于輸出功率，所以輸入功率P入＝602.2 W＝132 W，A錯(cuò)誤；通過(guò)原線(xiàn)圈的電流I1＝＝ A＝0.6 A，B正確；正弦式交變電流的最大值I2m＝I2＝2.2 A，C錯(cuò)誤；根據(jù)變壓器變壓比有n1∶n2＝U1∶U2＝11∶3，D正確。 答案　BD 5.如圖11所示，理想變壓器原線(xiàn)圈接一交流電源，副線(xiàn)圈回路中有一定值電阻R和兩個(gè)小燈泡L1、L2，最初開(kāi)關(guān)S是斷開(kāi)的，現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)S，則(　　) 圖11 A.副線(xiàn)圈兩端電壓變大 B.小燈泡L1變亮 C.交流電流表A1示數(shù)變大 D.電阻R中的電流變小 解析　閉合開(kāi)關(guān)S，副線(xiàn)圈兩端電壓不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同時(shí)副線(xiàn)圈回路中總電阻變小，所以副線(xiàn)圈輸出電流變大，電阻R中的電流變大，小燈泡L1兩端電壓降低，小燈泡L1變暗，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；由于原、副圈匝數(shù)比一定，當(dāng)副線(xiàn)圈的輸出電流增大時(shí)，原線(xiàn)圈的輸入電流也增大，所以交流電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)C正確。 答案　C 一、選擇題(在每小題給出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。) 1.一個(gè)正常工作的理想變壓器的原、副線(xiàn)圈中，下列物理量一定相等的是(　　) A.交流電的頻率 B.電流的有效值 C.電功率 D.磁通量的變化率 解析　由變壓器的工作原理可知輸入、輸出交變電流的頻率相同，穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量變化率相等，所以A、D正確；理想變壓器沒(méi)有能量損失，即輸入功率和輸出功率相等，所以C正確；對(duì)于升、降壓變壓器中原、副線(xiàn)圈中電流的最大值、有效值不同，所以B錯(cuò)誤。 答案　ACD 2.如圖1所示，水平銅盤(pán)半徑為r，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，銅盤(pán)繞通過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，銅盤(pán)的邊緣及中心處分別通過(guò)滑動(dòng)變阻器R1與理想變壓器的原線(xiàn)圈相連，該理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為n∶1，變壓器的副線(xiàn)圈與電阻為R2的負(fù)載相連，則(　　) 圖1 A.變壓器原線(xiàn)圈兩端的電壓為 B.若R1不變時(shí)，通過(guò)負(fù)載R2的電流強(qiáng)度為0 C.若R1不變時(shí)，變壓器的副線(xiàn)圈磁通量為0 D.若R1變化時(shí)，通過(guò)負(fù)載R2的電流強(qiáng)度為通過(guò)R1電流的 解析　水平銅盤(pán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于電源，E＝。當(dāng)R1不變時(shí)變壓器原線(xiàn)圈所加的是恒定電壓，副線(xiàn)圈中的磁通量一定，磁通量的變化量為零，故其輸出電壓為零，分析可知，原線(xiàn)圈兩端電壓小于，A、C錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)R1變化時(shí)，原線(xiàn)圈所加的不是交流電壓，其原、副線(xiàn)圈的電流關(guān)系不確定，故D錯(cuò)誤。 答案　B 3.理想變壓器正常工作時(shí)，原、副線(xiàn)圈中的電流為I1、I2，電壓為U1、U2，功率為P1、P2，關(guān)于它們之間的關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.I1由I2決定 B.U2與負(fù)載有關(guān) C.P1由P2決定 D.以上說(shuō)法都不正確 答案　AC 4.一輸入電壓為220 V，輸出電壓為36 V 的變壓器副線(xiàn)圈燒壞，為獲知此變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線(xiàn)圈，用絕緣導(dǎo)線(xiàn)在鐵芯上新繞了5匝線(xiàn)圈，如圖2所示，然后將原線(xiàn)圈接到220 V交流電源上，測(cè)得新繞線(xiàn)圈的端電壓為 1 V。按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為(　　) 圖2 A.1 100，360　　　　　 　B.1 100，180 C.2 200，180 D.2 200，360 解析　由＝得＝，＝解得n1＝1 100、n2＝180，選項(xiàng)B正確。 答案　B 5.如圖3所示是通過(guò)變壓器為一精密儀器供電的電路，儀器兩端的電壓可通過(guò)示波器顯示出來(lái)，電路中的變壓器可視為理想變壓器，已知示波器顯示的電壓為U2＝31.1sin(100πt)V，變壓器原線(xiàn)圈與副線(xiàn)圈的匝數(shù)比＝，若儀器可以看成純電阻電路，其工作時(shí)的電阻R＝44 Ω，下列判斷正確的是(　　) 圖3 A.原線(xiàn)圈兩端電壓為311 V，原線(xiàn)圈中的電流為70.7 mA B.原線(xiàn)圈兩端電壓為220 V，原線(xiàn)圈中的電流為50 mA C.原線(xiàn)圈所接交流電源的頻率為100 Hz D.原線(xiàn)圈所接交流電源的頻率為50 Hz 解析　根據(jù)題目給出的副線(xiàn)圈輸出電壓的變化規(guī)律可知，副線(xiàn)圈兩端的電壓U2＝＝ V＝22 V。由＝得，U1＝220 V；由U2＝I2R，得I2＝0.5 A＝500 mA。由＝得：I1＝50 mA，B正確，A錯(cuò)誤；變壓器原、副線(xiàn)圈中交變電流的頻率相等，均為50 Hz，D正確，C錯(cuò)誤。 答案　BD 6.下圖所示的4種亮度可調(diào)的臺(tái)燈的電路示意圖，它們所用的白熾燈相同，且都是“200 V，40 W”。當(dāng)燈泡所消耗的功率都調(diào)至20 W時(shí)，臺(tái)燈消耗的功率最小的是(　　) 解析　在通過(guò)電阻進(jìn)行分壓或分流的電路中，電阻本身將消耗能量，利用理想變壓器使燈在工作時(shí)變壓器不損失能量，則這種可調(diào)臺(tái)燈消耗的功率就最小，分析可知使燈的功率都調(diào)至20 W時(shí)C電路消耗功率最小。 答案　C 7.(2017紹興高二月考)對(duì)于理想變壓器，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.原線(xiàn)圈的輸入功率隨副線(xiàn)圈輸出功率的增大而增大 B.原線(xiàn)圈的輸入電流隨副線(xiàn)圈輸出功率的增大而增大 C.原線(xiàn)圈的電流不隨副線(xiàn)圈輸出電流的變化而變化 D.當(dāng)副線(xiàn)圈的電流為零時(shí)，原線(xiàn)圈的電壓也為零 解析　理想變壓器的原線(xiàn)圈的輸入功率等于副線(xiàn)圈的輸出功率，且隨副線(xiàn)圈輸出功率的變化而變化，原線(xiàn)圈的輸入電流取決于副線(xiàn)圈的輸出電流，當(dāng)副線(xiàn)圈的電流為零時(shí)，原線(xiàn)圈的電流也為零，但原線(xiàn)圈電壓并不一定為零，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤。 答案　AB 8.一自耦變壓器如圖4所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線(xiàn)圈，將其接在a、b間作為原線(xiàn)圈。通過(guò)滑動(dòng)觸頭取該線(xiàn)圈的一部分，接在c、d間作為副線(xiàn)圈。在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2。在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過(guò)程中(　　) 圖4 A.U2＞U1，U2降低 B.U2＞U1，U2升高 C.U2＜U1，U2降低 D.U2＜U1，U2升高 解析　從圖中看到，原線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)整個(gè)部分，而副線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)的是一部分，所以該變壓器為降壓變壓器。根據(jù)理想變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系＝，在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過(guò)程中，副線(xiàn)圈的匝數(shù)變少，U2降低。 答案　C 9.(2017溫州高二期中)如圖5所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為20∶1，原線(xiàn)圈接正弦交流電源，副線(xiàn)圈接“220 V　60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光。則(　　) 圖5 A.交流電流表的示數(shù)為A B.電源輸出功率為1 200 W C.交流電流表的示數(shù)為 A D.原線(xiàn)圈兩端電壓為11 V 解析　副線(xiàn)圈電壓U2＝220 V，電流I2＝＝ A，則原線(xiàn)圈兩端電壓U1＝U2＝4 400 V，電流I1＝I2＝ A，所以交流電流表的示數(shù)為 A，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤，C正確；電源輸出功率等于燈泡消耗的功率，為60 W，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。 答案　C 10.(2017紹興高二期中)如圖6所示，面積為0.02 m2、內(nèi)阻不計(jì)的100匝矩形線(xiàn)圈ABCD，以50 r/s的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 T。矩形線(xiàn)圈通過(guò)滑環(huán)和電刷與理想變壓器相連，觸頭P可移動(dòng)，副線(xiàn)圈所接電阻R＝50 Ω，原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為2∶1，電表均為理想交流電表。當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖6 A.副線(xiàn)圈兩端交變電壓的頻率為25 Hz B.P上移時(shí)，電流表示數(shù)減小 C.電壓表示數(shù)為100 V D.電阻上消耗的功率為200 W 解析　矩形線(xiàn)圈以50 r/s的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，故頻率為50 Hz，變壓器不改變電流的頻率，A項(xiàng)錯(cuò)誤；P上移時(shí)，原線(xiàn)圈的匝數(shù)減小，則導(dǎo)致副線(xiàn)圈電壓增大，那么副線(xiàn)圈電流也增大，則原線(xiàn)圈的電流會(huì)增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于最大值Em＝nBSω＝1000.022π50 V＝200 V，有效值是最大值的倍，所以交流電的有效值為U＝100 V，電壓表示數(shù)為100 V，C項(xiàng)正確；當(dāng)原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為2∶1時(shí)，副線(xiàn)圈的電壓為50 V，電阻上消耗的功率為P＝＝100 W，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　C 11.(2017杭州富陽(yáng)市高二月考)如圖7甲是線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電圖象，把該交流電壓加在圖乙中變壓器的A、B兩端，已知理想變壓器原線(xiàn)圈Ⅰ和副線(xiàn)圈Ⅱ的匝數(shù)比為5∶1，交流電流表和交流電壓表均為理想電表，電阻R＝1 Ω，其它各處電阻不計(jì)，以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖7 A.在t＝0.1 s、0.5 s時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大 B.線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為10π rad/s C.電壓表的示數(shù)為 V D.電流表的示數(shù)為0.40 A 解析　由圖象可知，在t＝0.1 s、0.5 s時(shí)，電壓最大，此時(shí)磁通量的變化率最大，此時(shí)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)圖象可以知道，交流電的周期是0.4 s，由ω＝＝5π rad/s，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電壓表讀數(shù)為副線(xiàn)圈有效值，原線(xiàn)圈的電壓的有效值為10 V，由電壓與匝數(shù)成正比可得副線(xiàn)圈的電壓有效值為2 V，所以電壓表的示數(shù)為2 V，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤；因I2＝ A＝2 A，由＝得I1＝0.40 A，所以電流表讀數(shù)為0.40 A，D項(xiàng)正確。 答案　D 二、非選擇題 12.(2017臺(tái)州市高二期中)一個(gè)變壓器原線(xiàn)圈輸入電壓為220 V，副線(xiàn)圈輸出電壓為22 V。若副線(xiàn)圈增加100 匝后，輸出電壓增加到33 V，則變壓器原線(xiàn)圈匝數(shù)為多少？ 解析　根據(jù)變壓器匝數(shù)與電壓成正比， U1∶U2＝n1∶n2＝10∶1， 若副線(xiàn)圈增加100 匝，則輸出電壓就增加到33 V。 所以n1∶(n2＋100)＝220∶33 解得：原線(xiàn)圈匝數(shù)為n1＝2000 匝。 答案　2000 匝