2026高考一轮总复习 物理课件_实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系_含解析

这是一份2026高考一轮总复习 物理课件_实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系_含解析，共97页。
变压器的工作原理与基本关系
（1）构造：如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 ⁠ 组成的。
（2）原理：利用电磁感应的 现象。
（1）功率关系： ⁠。
有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。
（4）频率关系：f1＝f2（变压器不改变交变电流的频率）。
　如图所示，发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为 P'，用户端的电压为U'，输电电流为I，输电线总电阻为R。
（1）ΔU＝ ；（2）ΔU＝IR。
（1）ΔP＝P－P'＝ ⁠；
（2）ΔP＝I2R＝ ⁠。
①采用电阻率ρ较小、密度较小（减轻重量）且材料丰富的铝做远距离输 电的导线。
②采用多股铝线绞在一起作为输电线，以增大导线的横截面积S。
4. 降低输电损耗的两个途径
1. 变压器既能改变交变电流的电压，也能改变交变电流的频率。 （　×　）
2. 理想变压器的输入功率总等于输出功率。（　√　）
3. 可以通过减小输电电流、提高输电电压来减少电路的发热损耗。 （　√　）
4. 增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损耗。 （　×　）
5. 在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损耗越大。 （　√　）
1. （人教版选择性必修第二册P62“练习与应用”T2改编）有些机床为了 安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是由380 V的电压降压后得到 的。如果变压器的原线圈是1 140匝，副线圈是（　　）
2. （人教版选择性必修第二册P67“练习与应用”T3改编）从发电站输出 的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用220 V和11 kV两种电压输 电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为（　　）
3. （2024·北京高考5题）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流 电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6 V　 3 W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（　　）
考点一　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
（1）实验电路图（如图所示）
（2）实验方法：控制变量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系。
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系。
学生电源（低压交流电源，小于12 V）1个、可拆变压器1个、多用电表1 个、导线若干。
（1）保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对 副线圈电压U2的影响。
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知 道被测电压的大致范围，则应先选择交流电压挡的最大量程进行试测，再 选择适当量程。
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测 量输入、输出电压。
（2）保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数 n1对副线圈电压U2的影响。重复（1）中步骤。
由数据分析变压器原、副线圈两端的电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数 n1、n2之比的关系。
5. 注意事项（1）在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行 操作。（2）为了人身安全，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）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测量电压时，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。
（2025·贵州六盘水模拟）利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系：
（1）除图中所示器材外，还需要的器材有 ⁠。
解析： 实验中若用干电池，变压器不能变压，必须要有低压交流电 源提供交流电；需要用多用电表测量电压；综上所述需要的实验器材为 B、D。
（2）下列说法正确的是 ⁠。
解析： 变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线 圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场 能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量的作用，故 B正确；理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的 磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；变压器的原线圈两 端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变， 故D错误。
解析： 根据变压器原理可知原、副线圈两端电压之比等于原、副线 圈匝数之比，实验中的变压器由于漏磁，导致通过变压器副线圈的磁通量 比理论值要略小，所以副线圈上的电压的实验值一般略小于理论值，即U2 的测量值偏小，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈 的匝数之比。
（2025·安徽合肥市月考）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的 关系”的实验中，如图所示为所用实验器材：可拆变压器、学生电源、数 字多用电表。
（1）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝 数比的关系，实验中需要运用的科学方法是 ⁠。
解析： 本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压 比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故选A。
（2）为了减小涡流的影响，铁芯应该选择 ⁠。
解析： 变压器铁芯的材料要选择磁性材料，为减小涡流影响，选择 用绝缘的硅钢片叠成的铁芯，故C正确，A、B、D错误。
（3）关于本实验，下列做法正确的是 ⁠。
解析： 变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端 只能使用低压交流电源，所用交流电压不超过12 V，A正确；为了保证人 身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确；变压 器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，C错 误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进 行测量，D正确。
（4）现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线 圈匝数为n1时的输入电压U1和副线圈匝数为n2时的输出电压U2，数据如表 所示。
①在误差允许范围内，表中数据基本符合 ⁠ 规律。
②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因 ⁠ ⁠。
变压器原、副线圈的电压之比
铁芯发热、导线发热等　
考点二　理想变压器的原理及应用
理想变压器基本关系的应用
　关于理想变压器的四点说明
（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）理想变压器本身不消耗能量。
（4）理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。
（2024·浙江1月选考5题）如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流 电经转换器输出u＝5sin100πt V的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2 的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花， 实现点火。下列正确的是（　　）
本题取材于人教版选择性必修第二册P68“复习与提高”B组T2
　图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示 的正弦交流电压，并加在一台理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈 的匝数分别为n1、n2，电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值 大于5 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。
（1）图中开关闭合时电压表的示数是多少？
答案： 3.54 V　
（2）变压器原、副线圈的匝数满足怎样的关系才能实现点火？
答案： n1∶n2＜1∶1 000
含有二极管的变压器电路
　分析含有二极管的变压器电路问题时要注意：理想二极管具有单向导电 性，正弦式交变电流通过二极管后会变成半波直流电流，对应的有效值会 发生变化。
含有多个副线圈的变压器电路
　含有多个副线圈的变压器的三个关系
（2）功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn。
（3）电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn。
〔多选〕（2024·浙江温州市模拟）如图，发电机的矩形线圈长为 2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变 压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和 R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈 电阻，下列说法正确的是（　　）
考点三　理想变压器的动态分析问题
　匝数比不变、负载变化的变压器的动态分析思路
（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。
（2025·四川达州期末）如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定 的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值 电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中（　　）
　负载电阻不变、匝数比变化的变压器动态分析思路
（2）R不变，U2变化，I2发生变化。
如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin（314t）V，则（　　）
〔多选〕（2024·全国甲卷19题）如图，理想变压器的副线圈接入电 路的匝数可通过滑动触头T调节，副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻 R0和R1、开关S。S处于闭合状态，在原线圈电压U0不变的情况下，为提高 R1的热功率，可以（　　）
2. 抓住六个基本关系
3. 明确三个关联式（联系两个变压器的纽带）
（2）电压关联式：U2＝ΔU＋U3。
（3）电流关联式：I2＝I线＝I3。
〔多选〕（2025·广东汕头模拟）图甲为某小型水电站的电能输送示 意图，其输入电压如图乙所示。输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈 匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4（变压器均为 理想变压器）。降压变压器右侧部分为一火灾报警系统（报警器未画 出），R0和R1为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而 减小，下列说法正确的是（　　）

　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（　　）
考点五　两类特殊变压器
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（如图甲所示）也可以 降压（如图乙所示），变压器的基本关系对自耦变压器同样适用。
【练1】 （2025·湖南岳阳模拟）一理想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c、d间接定值电阻R。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（　　）
【练2】 〔多选〕如图所示，L1和L2是输电线，甲、乙是两个互感器（可视为理想变压器），其中的线圈匝数关系为n1∶n2＝200∶1，n3∶n4＝1∶100，电流表和电压表均为理想交流电表。下列说法正确的是（　　）
等效电阻法分析变压器问题
　如图a所示，设理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原、副线圈 电压分别为U1、U2，副线圈负载电阻为R，我们可以将变压器与负载看为 一个整体，等效为一个新的电阻R'，即为a、b间的等效电阻，等效电路图 如图b所示。
（2024·湖南高考6题）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（　）
1. 〔多选〕理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈两端接 通交流电源，副线圈两端接上电阻，则（　　）
2. 如图所示，电压互感器、电流互感器可看成理想变压器，已知电压互感 器原、副线圈匝数比是1 000∶1，电流互感器原、副线圈匝数比是 1∶200，电压表示数是200 V，电流表示数是1.5 A，则交流电路输送电能 的功率是（　　）
解析： 　电压互感器原线圈的匝数与副线圈的匝数之比为1 000∶1，而 电流互感器原线圈的匝数与副线圈的匝数之比为1∶200，由电压表的示数 为200 V，得原线圈的电压为200 000 V，由电流表的示数为1.5 A，知原线 圈的电流为300 A。所以电路输送的电功率是6×107 W。故选D。
4. （2025·广东揭阳模拟）自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝 的变压器，原线圈接12 V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8 V的小 灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5 V。下列措施有可能使小灯泡正常发 光的是（　　）
5. 〔多选〕（2025·吉林长春模拟）特高压输电可使输送中的电能损耗和 电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设 从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达 B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条 件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP'，到达B 处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响，则（　　）
6. 〔多选〕（2025·山东师大附中期末）如图所示，多匝正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴OO'匀速转动，在线圈外接一含有理 想升压变压器的电路，四个电表均为理想交流电表，电路中除滑动变阻器 R和线圈abcd以外的电阻均不计。当滑动变阻器的滑片P向上滑动时（　　）
7. 〔多选〕（2024·海南高考9题）如图，电动汽车充电站的理想变压器输 入电压为10 kV，输出电压为220 V，每台充电桩输入电流为16 A，设原、 副线圈匝数分别为n1、n2，输入正弦交流电的频率为50 Hz，则下列说法正 确的是（　　）
8. （2025·黑龙江牡丹江期末）如图为输电线为用户输电的情景，电路中 升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为 R，下列说法正确的有（　　）
解析： 　由于输电过程中电阻R要产生热量，有功率损失，故T1输出功率 大于T2输入功率，T1输出电压大于T2输入电压，故A错误，B正确；由于输 入电压不变，所以变压器T1的输出电压不变，随着用户接入的用电器增 多，导致用户端的等效电阻变小，则用户端电流变大，输电电路电流也相 应变大，根据P损＝I2R可知R功率增大，故C错误；用户接入的用电器增 多，用电器消耗功率增大，即T2输出功率增大，故D错误。
9. （2024·浙江6月选考7题）理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电 压为u的交流电源连接，副线圈接有三个支路，如图所示。当S接a时，三 个灯泡均发光，若（　　）
解析： 　电容C增大，容抗减小，L1灯泡变亮，A正确；频率f增大， 感抗增大，L2变暗，B错误；RG上光照增强，光敏电阻的阻值减小，L3 灯泡变亮，C错误；S接到b上时，副线圈上的电压增大，三个灯泡均变 亮，D错误。
10. （2025·山东济宁期末）除颤仪是用于突发心室纤颤等心脏疾病的急救 医疗设备，某型号除颤仪电路原理如图所示。某次调试时，除颤仪接在 220 V交流电源上，交流电压表示数为20 V，电容器充电完毕，开关由 “1”掷向“2”，放电电流平均值为2.8 A，放电时间约为10－2 s，已知电 容器电容为2.0×10－5 F。下列说法正确的是（　　）
11. （2025·浙江宁波期末）某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副 线圈电压与匝数的关系”。（1）由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的 ⁠ 值（选填“平均”“有效”或“最大”）；某次实验操作，副线圈所 接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电 表读数为 ⁠。
解析： 由于交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效 值；由题图乙可知，所选择挡位为交流电压10 V挡，由题图甲可知，此时 电表读数为4.8 V。
（2）某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈做实验，测量的数 据如下表所示，下列说法中正确的是 ⁠。
（3）为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行 叠成。作为铁芯横档的硅钢片应按照下列哪种方法设计 ⁠。
解析： 由于变压器工作时在铁芯中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯中产生的涡流较小。画出铁芯横档如图所示，根据磁场的分布规律可知，变压器铁芯中磁感线均平行于平面adhe，产生的涡流所在平面均垂直于平面adhe，则要减小涡流，又不影响铁芯中磁场分布，硅钢片只能平行于平面adhe放置，故选D。
12. 〔多选〕如图所示为某小型电站高压输电示意图，变压器均为理想变 压器，发电机输出功率恒为20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器， 其原、副线圈的匝数比为1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻为 10 Ω，下列说法正确的是（　　）