人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器一课一练

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\l "_Tc16056" 二、 【特殊的变压器知识点梳理】 PAGEREF _Tc16056 \h 4
\l "_Tc21351" 三、 【理想变压器进行动态分析知识点梳理】 PAGEREF _Tc21351 \h 8
\l "_Tc22423" 四、 【负载电阻等效法知识点梳理】 PAGEREF _Tc22423 \h 10
【变压器的原理知识点梳理】
1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈．

2．变压器的工作原理
(1)原理：电流磁效应、电磁感应．
互感现象是变压器工作的基础．电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，所以铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流．
(2)原理图解
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．
(1)无漏磁，故原、副线圈中的Φ、eq \f(ΔΦ,Δt)相同．
(2)线圈无电阻，因此无电压损失，U＝E＝neq \f(ΔΦ,Δt).
(3)根据eq \f(U,n)＝eq \f(ΔΦ,Δt)得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
2．电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2).
(1)只有一个副线圈：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)； (2)有多个副线圈：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
3．两类变压器
副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器．
三、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系
1．功率关系：从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出．
2．电流关系
(1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1).
(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
3．理想变压器原、副线圈基本量的关系
4．关于理想变压器的几点说明
(1)变压器不能改变直流电压．
(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．
(3)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．
(4) P入＝P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于输出功率之和．
(5) 理想变压器本身不消耗能量。
(6) 当原线圈中串联电阻(或灯泡)时,U1为加在原线圈两端的电压,并不是电源的电压。
四、变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量．
【变压器的原理举一反三练习】
1．（多选）如图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55Ω，A、V为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是（ ）
A．电流表的示数为2A
B．原、副线圈匝数比为1∶2
C．电压表的示数为电压的有效值
D．原线圈中交变电压的频率为50Hz
2．（多选）某理想变压器的原线圈接在220V的正弦交流电源上，副线圈输出电压为11000V，输出电流为300mA。该变压器（ ）
A．原、副线圈的匝数之比为1:50B．输入电流为20A
C．输入电流的最大值为AD．原、副线圈交流电的频率之比为1:1
3．（多选）如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的5倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．原、副线圈匝数之比为5：1
B．原、副线圈匝数之比为4：1
C．此时a和b的电功率之比为4：1
D．此时a和b的电功率之比为1：4
4．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，原线圈两端接的交流电源，副线圈两端接的负载电阻，电表均为理想交流电表。则下列说法中正确的是（ ）
A．副线圈中输出交流电的频率为12.5HzB．副线圈中电压表的示数为
C．变压器的输入功率为55WD．原线圈中的电流表A的示数为
5．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为k，原线圈接电压稳定的正弦交变电源，为定值电阻，为滑动变阻器，现移动滑片P，则滑动变阻器两端的电压变化量和流过的电流变化量的比值为（ ）

A．B．C．D．
【特殊的变压器知识点梳理】
(1)自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示．
(2)互感器
(3)多副线圈变压器
计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：
①电压关系：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…②电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…③功率关系：P1＝P2＋P3＋…
【特殊的变压器举一反三练习】
6．钳形电流表由电流互感器和电流表组合而成，常用来测量电流强度很大的电流，其原理如图所示。若原线圈与副线圈的匝数比为1:500，电流表A的示数为1A，则（ ）

A．钳形电流表能够用来测量直流电的电流
B．被测电路电流的有效值为500A
C．被测电路电流的平均值为500A
D．被测电路电流的最大值为500A
7．如图所示的理想变压器，“日”字形铁芯的左右、上下结构均对称，交流电源的输出电压为定值，原线圈的匝数为匝，左、右两个副线圈的匝数分别为匝、匝，左右两个副线圈所接电阻的阻值分别为，，下列说法正确的是（ ）
A．两端的电压为B．流过的电流为
C．的功率与的功率之比为D．左右两个副线圈的电流频率之比为
8．发电机矩形线圈面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴从图示位置开始计时以角速度匀速转动，理想变压器的原，副线圈匝数分别为、和，两个副线圈分别接有电阻和，电流表为理想电表，所有线圈电阻均不计，下列说法正确的是（ ）

A．原线圈两端电压随时间的变化关系为
B．电流表的示数为，通过电流表的电流的频率为
C．电阻消耗的电功率为
D．流过原线圈电流的有效值为
9．（多选）如图1所示，理想自耦变压器的副线圈匝数可通过滑动触头来调节，为标称为“”的用电器，原线圈两端所接电压随时间变化的正弦曲线如图2所示。接通电路，将滑动头调至合适位置使用电器正常工作，下列说法正确的是（ ）

A．通过用电器的电流方向内改变100次
B．变压器的输出电压为
C．变压器原、副线圈的匝数比为
D．流过原线圈的电流为
10．（多选）互感器主要与交流测量仪表配合使用，它也是一种变压器，常用的有电压互感器和电流互感器。如图，在电路中接入互感器A、B，原、副线圈的匝数比分别为、，甲、乙为交流电表。下列说法正确的是（ ）
A．
B．甲为电流表
C．B为电流互感器
D．互感器可以用来测量直流电路的电流和电压
11．（多选）某车床供电示意图如图所示，理想变压器原线圈两端连接有效值为350V的交流电源，两副线圈分别连接电机和两个相同的指示灯（连接电机的副线圈简称副线圈1，连接指示灯的副线圈简称副线圈2），电机的电压为118V，指示灯的电压为22V，S为指示灯中的一条支路的开关。下列说法正确的是（ ）

A．S闭合后，副线圈2两端的电压减小
B．S闭合后，电源的输出功率增大
C．S闭合后，副线圈1中的电流比副线圈2中的电流增加得多
D．原线圈和副线圈1的匝数之比n1：n2=175：59
12．如图所示，L1、L2、L3、L4、L5是五盏完全相同的灯泡，将它们如图接在变压器上后，均正常发光。则变压器原副线圈的匝数比n1:n2:n3为（ ）
A．1:2:1
B．2:1:2
C．4:2:1
D．4:1:2
【理想变压器进行动态分析知识点梳理】
1．电压、电流、功率的制约关系
(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq \f(n1,n2)一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝eq \f(n2U1,n1).
(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.
(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq \f(n1,n2)一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝eq \f(n2I2,n1)(只有一个副线圈时)．
2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)匝数比不变的情况(如图所示)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1.
(1)U1不变，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变．
(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化．
(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化．
(2)负载电阻不变的情况(如图所示)分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.
(1)U1不变，eq \f(n1,n2)发生变化，U2变化．
(2)R不变，U2变化，I2发生变化．
(3)根据P2＝eq \f(Ueq \\al(2,2),R)和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化．
3．解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法
(1)分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定．
(2)分析该类问题的一般思维流程是：
【理想变压器进行动态分析举一反三练习】
13．（多选）如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡和，输电线等效电阻为。开始时，开关S断开。当S接通时，以下说法中正确的是（ ）
A．副线圈两端的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻上的电压增大
C．通过灯泡的电流减小D．原线圈中的电流大小不变
14．（多选）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=2：1，原线圈接输出电压恒定的交流电源，副线圈中滑动变阻器的最大阻值和定值电阻R0的阻值相等，电压表为理想交流电表。现将滑片从滑动变阻器最上端向下滑动，则（ ）
A．定值电阻R0消耗的功率减小
B．电压表的示数变小
C．变压器的输入功率先增大后减小
D．当滑片处于滑动变阻器正中间时，滑动变阻器消耗的功率最大
15．如图所示电路中，变压器为理想变压器，电流表为理想电表，为定值电阻，为滑动变阻器，在原线圈两端加上正弦交流电压，则下列判断正确的是（ ）
A．仅将滑片向上移，电流表的示数减小B．仅将滑片向上移，消耗的功率减小
C．仅将滑片向上移，电流表的示数减小D．仅将滑片向上移，消耗的功率减小
16．如图所示，理想变压器原线圈输入电压，副线圈电路中为定值电阻，R是滑动变阻器。和是理想交流电压表，示数分别用和表示；和是理想交流电流表，示数分别用和表示。下列说法正确的是（ ）

A．和表示电流的瞬时值 B．滑片P向下滑动过程中，不变 变大
C．和表示电压的最大值D．滑片P向下滑动过程中，变大变小
【负载电阻等效法知识点梳理】
设理想变压器原、副线圈的匝数分别为、，原、副线圈电压分别为、，副线圈负载电阻为，如图（a）所示，在变压器正常工作时，我们分析一下a、b间的等效电阻．
先画出等效电路图如图（b）所示，设变压器等效负载电阻为，在图1（a）中由变压器的电压规律： 解得：，所以负载电阻R消耗的功率为：
在图（b）中等效电阻消耗的功率为：
有，解得a、b间的等效电阻为：
【负载电阻等效法举一反三练习】
17．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻、和的阻值分别为、和，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为。该变压器原、副线圈匝数的比值为（ ）
A．2B．3C．4D．5
18．一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3:1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则（ ）
A．B．
C．D．
19．（多选）如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b，当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．原、副线圈匝数比为9:1
B．原、副线圈匝数比为1:9
C．此时a和b的电功率之比为9:1
D．此时a和b的电功率之比为1:9
20．如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有阻值R0＝24Ω和R1＝5Ω、R2＝4Ω的定值电阻，原线圈左侧接一正弦交流电源，开关闭合前后副线圈的输出功率不变，则原、副线圈的匝数的比值为（ ）
A．2B．4C．6D．8
理想变
压器
(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)
(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
基本
关系
功率关系
根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出
电压关系
原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，与负载、副线圈的个数无关
电流
关系
(1)只有一个副线圈时：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)
(2)有多个副线圈时：由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn
频率关系
f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)
电压互感器n1>n2
电流互感器n1