高中鲁科版 (2019)第3节 科学探究:变压器备课ppt课件

3.3　科学探究：变　压　器

1.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为(　　)

A．1 Ω    B．5 Ω    C．6 Ω    D．8 Ω

【解析】选A。由图乙可知理想变压器输入电压有效值U1＝220 V，应用理想变压器变压公式＝＝，可得副线圈输出电压有效值U2＝30 V。灯泡正常工作时，灯泡两端电压为UL＝24 V，电流IL＝＝1.6 A。设R1两端电压为U，由U2＝UL＋U，可得U＝6 V。由＋＝IL，解得R＝1 Ω，选项A正确，B、C、D错误。

2.如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)

A.原线圈的输入功率为220 W

B．电流表的读数为1 A

C．电压表的读数为110 V

D．副线圈输出交流电的周期为50 s

【解析】选B。由题知，变压器的输入电压U1＝ V＝220 V，所以U2＝U1＝110 V；副线圈电流I2＝＝2 A，原线圈电流I1＝I2＝1 A。电压表、电流表的读数为有效值，故选项B正确，C错误；原线圈输入功率P1＝U1I1＝220 W，选项A错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.02 s，选项D错误。

3.(多选)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是(　　)

A.所用交流电的频率为50 Hz　  B．电压表的示数为100 V

C．电流表的示数为1.0 A    D．变压器传输的电功率为15.0 W

【解析】选A、D。由图(b)可知，T＝0.02 s，所以f＝50 Hz，A正确；由图(b)可知电流i2的最大值为Im＝ A，故有效值I2＝＝1 A，R2两端的电压U2＝I2R2＝10 V，由理想变压器的电压特点＝可得原线圈的两端电压U1＝100 V，所以电压表的示数为UV＝220 V－100 V＝120 V，B错误；由欧姆定律得IA＝＝＝ A＝0.5 A，C错误；变压器副线圈的电流I＝1 A＋0.5 A＝1.5 A，变压器传输的电功率P＝U2I＝10 V×1.5 A＝15.0 W，D正确。

4.(多选)如图，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　)

A．变压器输入功率为484 W

B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A

C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A

D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3

【解析】选B、D。变压器副线圈电流表的读数2.2 A为有效值，故选项C错误；原线圈电压表的读数220 V也为有效值，由变压器的电压关系＝，可得＝＝，D正确；由变压器的电流关系＝，可得通过原线圈的电流为I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，故B正确；变压器的输入功率为P＝U1I1＝220×0.6 W＝132 W，选项A错误。

5. (多选)如图所示为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则(　　)

A.保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大

B．保持P的位置及U1不变，S由b合到a时，R消耗的功率减小

C．保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大

D．保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大

【解析】选A、B、D。S由a合到b时，n1减小而U1不变，由＝可知副线圈上电压U2增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A项正确；同理S由b合到a时，P2减小，B项正确；P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2＝可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由＝可知I1将减小，故C项错误；当U1增大时，由＝可知U2也增大，I2＝增大，再由＝可知I1增大，故D项正确。

6. 如图所示，理想变压器原线圈的输入电压u一定，电路中的电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片由上向下滑动时，下列说法正确的是(　　)

A.电流表示数减小　　 B．电流表示数增大

C．电压表示数减小    D．电压表示数增大

【解析】选B。滑动变阻器的滑片由上向下滑动时，电阻R2减小，根据闭合电路欧姆定律可知，和R2串联的元件电流增大，所以、示数增大，故A错误，B正确；理想变压器原线圈的输入电压u一定，根据＝知，示数不变，故C错误；总电流增大，经过R1的电流也增大，其两端的电压也增大，而R1和R2总电压不变，所以R2两端电压减小，即电压表示数减小，故D错误。

7. 一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)

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】选C。从题图中看到，原线圈匝数对应整个部分，而副线圈匝数对应的是一部分，所以该变压器为降压变压器。根据理想变压器电压和匝数的关系＝，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，副线圈的匝数n2变少，则U2降低。C正确，A、B、D错误。

8. 图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是(　　)

A．电压表V1示数增大

B．电压表V2、V3示数均增大

C．该变压器起升压作用

D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动

【解析】选D。电压表V1测电源两端电压的有效值，也是变压器的输入电压的有效值，所以V1的示数不变，A错误；V2测变压器的输出电压，由U2＝U1可知V2的示数也不变，电流表A2的示数增大，由欧姆定律可知电路中的电阻减小，即R的阻值减小，滑片向d端滑动，V3的示数减小，B错误，D正确；因＝＝＝，所以变压器为降压变压器，C错误。

9. 用一理想变压器向一负载R供电。如图所示，当增大负载电阻R时，原线圈中的电流I1和副线圈中的电流I2之间的关系是(　　)

A．I2增大，I1也增大   

B．I2增大，I1却减小

C．I2减小，I1也减小   

D．I2减小，I1却增大

【解析】选C。当增大负载电阻R时，由欧姆定律I2＝可得I2减小，又由于＝，I1＝，所以I1也减小，选项C正确，A、B、D错误。

10. (多选)如图所示，理想变压器原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R和两个小灯泡L1、L2，最初开关S是断开的，现闭合开关S，则(　　)

A．副线圈两端电压不变

B．灯泡L1变亮

C．电流表A1示数变大

D．电阻R中的电流变小

【解析】选A、C。闭合开关S，副线圈两端电压不变，选项A正确；副线圈输出电流增大，电阻R中的电流变大，灯泡L1两端电压降低，灯泡L1变暗，选项B、D错误；电流表A1示数变大，选项C正确。

11. 如图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是(　　)

A．线圈匝数n1＜n2，n3＜n4

B．线圈匝数n1＞n2，n3＞n4

C．甲图中的电表是电流表，输出端不可短路

D．乙图中的电表是电流表，输出端不可断路

【解析】选D。甲并联在电路中是电压互感器，电路中是强电压，通过变压器变成弱电压，用电压表测量，因为电压之比等于线圈匝数比，所以n1＞n2，A错误；由图可以知道，乙串联在电路中是电流互感器，电路中是强电流，通过变压器变成弱电流，用电流表测量，因为电流之比等于线圈匝数的倒数比，所以n3＜n4，故B错误；甲图中的电表是电压表，副线圈电流较大，输出端不可以短路，故C错误；乙图中的电表是电流表，输出端不可以断路，所以D项是正确的。

12. 如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10 W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40 Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是(　　)

A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝220sinπt(V)

B．电压表的示数为220 V

C．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1

D．变压器的输入功率为110 W

【解析】选C。由图像可知，ω＝＝100πrad/s，故A错误，电压表示数为灯泡的额定电压U＝＝20 V，故B错误；由B分析，结合电压之比公式得＝＝，故C正确；变压器的输入功率与输出功率相等，为10 W，故D错误。

13. 如图所示为一理想自耦变压器，当它们的滑键P向b方向移动时，R和R′保持不变，电流表的读数将__________；若P的位置不动，变阻器滑片Q向上滑动时，电压表的读数将__________。(选填“变大”“变小”或“不变”，R表示滑动变阻器的总电阻)

【解析】设电源的电压为U1，电压表的读数是副线圈两端的电压，设为U2，那么U2＝U1。当P向b移动时，n1变大，n2不变，所以U2变小，即电压表示数将变小，如果R和R′不变，则副线圈中的电流将变小，原线圈中的电流将变小，即电流表的读数将变小；当P的位置不动，变阻器滑片Q向上滑动时，副线圈两端电压不变，故电压表的示数不变。

答案：变小　不变

14. 如图所示为一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。

(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压__________(选填“直流”或“交流”)电源。

(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将A线圈接电源，用电压表分别测出线圈A、线圈B及线圈C两端的电压，记录在表格中，则线圈A的匝数为__________匝，线圈B的匝数为__________匝。

(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该__________(选填“多一些”或“少一些”)更好。

【解析】(1)变压器必须使用交流电源，直流电源不能让变压器正常工作。

(2)设A、B、C的线圈匝数分别为n1、n2、n3，电压分别为U1、U2、U3，线圈电压和匝数成正比，有＝，n1＝n3＝×10＝400，＝，n2＝n1＝×400＝190。

(3)为减小线圈匝数的测量误差，绕制线圈C的匝数应该多一些。

答案：(1)交流　(2)400　190　(3)多一些

15. 为探究变压器两个线圈的电压关系，张明同学设计的实验操作步骤如下：

①将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤；

②将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；

③闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；

④将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上。

(1)以上操作的合理顺序是__________(填步骤前数字序号)。

(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，原线圈两端电压为16 V，副线圈两端电压为4 V；n1与n2对调后，原线圈两端电压为8 V时，副线圈两端电压为32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是__________(填写字母关系式)。

【解析】(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关、用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤；故以上操作的合理顺序是④②③①。

(2)根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈的磁通量的变化率相同，则感应电动势的大小与匝数成正比，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压；由以上数据可得：＝。

答案：(1)④②③①　(2)＝

16. 如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1＝1 000匝，有两个副线圈，匝数分别为n2＝200匝，n3＝500匝，分别接阻值为R＝55 Ω的两相同电阻。若在原线圈上接入220 V的交流电，求：

(1)两个副线圈上的电流之比I2∶I3为多少？

(2)原线圈中的电流I1为多少？

【解析】(1)由变压比公式＝及＝

可得U2＝U1＝44 V，U3＝U1＝110 V

据欧姆定律I＝，得I2＝＝0.8 A，I3＝＝2 A

故I2∶I3＝2∶5

(2)由电流关系式n1I1＝n2I2＋n3I3可得

I1＝＝1.16 A。

答案：(1)2∶5　(2)1.16 A