高考物理一轮复习讲义练习第十三章　第2讲　变压器　电能的输送 实验十五：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

这是一份高考物理一轮复习讲义练习第十三章　第2讲　变压器　电能的输送 实验十五：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，共17页。试卷主要包含了理想变压器，电能的输送，如图为某燃气灶点火装置的原理图等内容，欢迎下载使用。

1．理想变压器
(1)构造
如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。
②副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。
(2)原理：电磁感应的互感现象。
(3)理想变压器原、副线圈基本量的关系
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原、副线圈的匝数之比，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)
(4)几种常用的变压器
①自耦变压器——调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。
②互感器
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(电压互感器(n1>n2)：把高电压变成低电压，,如图丙所示。,电流互感器(n120 000， eq \f(n1,n2)< eq \f(1,2 000)，故A错误，B正确；用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则示数为U1＝ eq \f(5,\r(2)) V＝ eq \f(5\r(2),2) V，故C错误；根据交流电压瞬时值表达式，可得f＝50 Hz，变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是50 Hz，故D错误。
9．(5分)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( C )
A．发电机输出的电流I1＝40 A
B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D．用户得到的电流I4＝455 A
解析：发电机输出的电流I1＝ eq \f(P,U1)＝ eq \f(100×103,250) A＝400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线＝I eq \\al(2,线)R线＝5 kW，所以I线＝ eq \r(\f(P线,R线))＝25 A，故B错误；用户得到的功率P4＝P－P线＝(100－5) kW＝95 kW，则I4＝ eq \f(P4,U4)＝ eq \f(95×103,220) A＝ eq \f(4 750,11) A≈432 A，故 eq \f(n3,n4)＝ eq \f(I4,I线)＝ eq \f(190,11)，故C正确，D错误。
10．(5分)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1，电阻R1＝R2＝55 Ω，D1、D2为理想二极管，A为理想电流表。原线圈接u＝220 eq \r(2)·sin (100πt)V的交流电，则( B )
A．副线圈中交流电频率为100 Hz
B．电流表示数为2 A
C．理想变压器输入功率为440 W
D．二极管的反向耐压值应大于110 V
解析：根据题意可知交流电的圆频率ω＝100π rad/s，频率为f＝ eq \f(ω,2π)＝50 Hz，变压器可以改变电压和电流的值，但不能改变频率，因此副线圈中交流电频率仍为50 Hz，故A错误；原线圈两端电压的最大值U1m＝220 eq \r(2) V，根据 eq \f(U1m,U2m)＝ eq \f(n1,n2)，副线圈两端电压的最大值U2m＝110 eq \r(2) V，当最大电压为110 eq \r(2) V时，二极管仍然正常工作，说明二极管的反向耐压值大于110 eq \r(2) V，故D错误；由于二极管的作用，副线圈两个电阻交替工作，与没有二极管时一个电阻R始终工作的情况完全相同，副线圈两端电压的有效值U2＝ eq \f(U2m,\r(2))＝110 V，因此电流表的示数I2＝ eq \f(U2,R)＝2 A，理想变压器输入功率等于电阻消耗的功率P＝U2I2＝110×2 W＝220 W，故B正确，C错误。
11．(5分)(2025·山东烟台高三期中)在如图所示的电路中，交流电源输出50 Hz、电压有效值为220 V的正弦式交流电，通过副线圈n2、n3分别向10只标称为“12 V 1.5 A”的灯泡和“36 V 5 A”的电动机供电，原线圈所接灯泡L的额定电压为40 V，副线圈n2的匝数为60匝。电路接通后，各用电器都恰好正常工作。则下列说法中正确的是( B )
A．交流电源的输出功率为360 W
B．灯泡L的额定电流为2.0 A
C．副线圈n2所接灯泡中的电流方向每秒钟改变50次
D．原线圈n1的匝数为1 100匝，副线圈n3的匝数为180匝
解析：根据变压器电压与匝数关系有 eq \f(U1,U2)＝ eq \f(n1,n2)，解得n1＝ eq \f(U1n2,U2)＝ eq \f((220－40)×60,12)＝900，根据 eq \f(U2,U3)＝ eq \f(n2,n3)，解得n3＝ eq \f(U3n2,U2)＝ eq \f(36×60,12)＝180，副线圈n2中的电流I2＝10×1.5 A＝15 A，副线圈n3中的电流I3＝5 A，根据变压器原、副线圈电流与匝数关系有I1n1＝I2n2＋I3n3，解得I1＝2.0 A，即灯泡L的额定电流为2.0 A，B正确；根据上述可知，交流电源的输出功率为P＝UI1＝220×2.0 W＝440 W，A错误；根据上述可知，原线圈n1的匝数为900匝，副线圈n3的匝数为180匝，D错误；交流电源输出的是50 Hz交流电，变压器不改变电流频率，则副线圈n2所接灯泡中的电流方向每秒钟改变次数为50×2＝100，C错误。
12．(9分)小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：
(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应A。
A．选甲图中的器材 B．选乙图中的器材
C．都可以选 D．都不能选
(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是D。
A．变压器的铁芯没有闭合
B．原线圈实际匝数与标注的“100”不符，应该大于100匝
C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝
D．学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
(3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如下表。
根据测量数据可判断连接电源的线圈是nb(选填“na”或“nb”)。
解析：(1)由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误。
(2)根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系式 eq \f(U1,U2)＝ eq \f(n1,n2)，若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压小于12 V，A错误；原线圈的实际匝数与标注的不符，若大于100匝，根据 eq \f(U1,U2)＝ eq \f(n1,n2)，可知副线圈电压小于12 V，B错误；副线圈实际匝数与标注的“200”不符，若小于200匝，由以上公式可知，副线圈的电压小于12 V，C错误；若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13 V，D正确。
(3)根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热，判断出U2为原线圈上电压大小，则连接电源的线圈是nb。实验
序号
原线圈两端
的电压U1/V
副线圈两端的
电压U2/V
eq \f(U1,U2)
1
3.9
8.2
1∶2.1
2
5.9
11.8
1∶2.0
3
7.8
15.2
1∶1.9
实验
序号
原线圈匝数
n1＝400，
原线圈两端
电压U1/V
副线圈匝数
n2＝200，
副线圈两端
电压U2/V
副线圈匝数
n3＝1 400，
副线圈两端
电压U3/V
1
5.8
2.9
20.3
2
8.0
4.0
28.1
3
12.6
6.2
44.0
电压
原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝ eq \f(n2,n1)U1
功率
副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出
电流
副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝ eq \f(n2,n1)I2
U1/V
1.60
2.50
3.70
4.60
U2/V
3.70
5.30
7.60
9.70