人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器巩固练习

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02
思维导图
03
知识梳理
课前研读课本，梳理基础知识：
一、变压器的原理
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．原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势．
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有能量损耗的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．
(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”．
(2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”．
(3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”．
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).
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、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，通过铁芯使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．
04
题型精讲
【题型一】变压器的原理
1．变压器的构造
变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图甲、乙所示．
2．变压器的工作原理图
注意 (1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的．
【典型例题1】如图所示是教材插图，介绍火花塞点火原理，一同学课本存在污渍，看不清完整原理图。他根据所学知识，利用一直流电源、变压器、开关及导线若干设计点火电路，则以下原理图可行的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【解析】根据变压器原副线圈电压比等于匝数比
可知副线圈匝数应远大于原线圈匝数，因为是直流电源，为了使副线圈产生感应电动势，需要把开关接在原线圈。
故选C。
【对点训练1】如图甲所示为家庭电路中的漏电保护器，其原理简图如图乙所示，变压器原线圈采用双线绕法，由火线和零线并绕而成，副线圈接有控制器，当副线圈两端有电压时，控制器会控制脱扣开关断开，从而起保护作用。关于漏电保护器，下列说法正确的是（ ）
A．当无漏电时，副线圈内的磁通量不为零
B．当无漏电时，通过副线圈的磁通量随原线圈中电流的增加而增加
C．当站在地面的人误触火线时，脱扣开关会断开
D．当站在绝缘凳上的人双手同时误触火线和零线时，脱扣开关会断开
【答案】C
【解析】AB．控制器中线圈内的磁通量，是由火线和零线中的电流产生的，当无漏电时，火线和零线中的电流等大反向，在副线圈内的磁通量始终为零，故AB错误；
C．当站在地面的人误触火线时，有一部分的电流会通过人体流入大地，火线和零线中的电流不相等，发生漏电现象，则此时线圈中的磁通量不为零，则在次级产生感应电动势，通过控制器，则脱扣开关会自动断开，故C正确；
D．当站在绝缘凳上的人双手同时误触火线和零线时，人相当于一个用电器，火线与零线的电流同时增大，但是电流仍相等，脱扣开关不会断开，故D错误。
故选C。
【题型二】实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．实验思路
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系．
2．实验器材
多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干
3．实验步骤
(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数．
(2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中．
(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值．
(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值．
4．实验结论
实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2).
5．注意事项
(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作．
(2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱．
(3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．
【典型例题2】某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压，得到的实验数据如下表所示。
根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内， 。
(2)可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是______。
A．第二次实验中小灯泡更亮些
B．用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块更容易发热
C．无论普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流
(3)如图所示的电路中，电压为的交流电源通过阻值为的定值电阻与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、。若保持不变，将可变电阻R的阻值增大，则流经原线圈的电流 （选填“增大”“减小”或“不变”）；当可变电阻R的阻值为 时（用、和表示），可变电阻R的功率最大。
【答案】(1)原副线圈两端的电压比等于变压器原副线圈的匝数比
(2)BC
(3) 减小
【解析】（1）根据实验数据，得到的结论为： 在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。
（2）AB．铁芯横条与普通铁块都是导磁材料，铁芯闭合后，减小了漏磁现象，产生的感应电动势增大，小灯泡变亮；变压器铁芯是利用由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计的原因是减小涡流，提高变压器的效率，用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块由于涡流更容易发热，变压器效率低一些，第一次实验中小灯泡更亮些，故A错误，B正确；
C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，副线圈中还是交变电流，流经小灯泡的电流均为交变电流，故C正确。
故选BC。
（3）[1] 在原、副线圈匝数比一定的情况下，R增大，副线圈电流I2减小，设原线圈电流为I1，根据，知流经原线圈的电流I1减小。
[2] 把变压器和R等效为一个电阻，R0当作电源内阻，则输出功率
当内外电阻相等即
时，输出功率最大，根据
得
代入
解得
【对点训练2】在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中：
(1)按下图连接电路，变压器的左侧线圈接线柱0、8与学生电源的“交流6V”接线柱相连。闭合开关，用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱之间的电压为_____。
A．0B．3.0VC．6.0VD．12.0V
(2)某次实验中，变压器选用左侧0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验，测得左侧的电压为，右侧的电压为，数据如表所示，可判断学生电源接在了接线柱 上（选填“左侧0、2”或“右侧0、4”）。
(3)实验时，某同学听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，他做出如下猜想，正确的是_____。
A．“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
B．“嗡嗡”声是由于铁芯中存在过大的涡流而发出的
C．交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
【答案】(1)B
(2)右侧0、4
(3)C
【解析】（1）根据变压器电压与线圈匝数关系可知
解得
V
故选B。
（2）由于有漏磁，副线圈测量电压小于理论值，所以左侧0、2接线柱为副线圈，可判断连接交流电源的原线圈是右侧0、4。
（3）听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，其原因是交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声。
故选C。
【题型三】理想变压器的基本关系
1．电压关系
(1)只有一个副线圈时，eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2).
当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器．
当n2