选择性必修 第二册3 变压器优秀课时训练

3.3变压器 课中练

一、变压器的原理

【课堂引入】

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

（1）原理

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

【例题】

1. 如图所示的理想变压器正常工作时，原、副线圈中可能不相同的物理量为（  ）

A. 每匝线圈中磁通量的变化率

B. 交变电流的频率

C. 原线圈的输入功率和副线圈的输出功率

D. 原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势

【课堂练习】

2. 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是（　　）

A. 原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能

B. 铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险

C. 变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小

D. 当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出

二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

【课堂引入】

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、学生电源、开关、导线若干（如图所示）

3.物理量的测量

（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。实物接线如图3所示。

表格一　U1＝5 V，n1＝400匝

①选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。

②将选择开关调至5 V挡，使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示。

③将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示。读出副线圈两端的电压U2。

④将n2、U2记录在表格一中。

⑤保持n1＝400匝，U1＝5 V不变。将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中。

⑥保持n1＝400匝，U1＝5 V不变。将多用电表与副线圈n2＝1 400匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中。

（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。

表格二　U1＝5 V，n2＝400匝

①将（1）中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。

②选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈n1＝200匝接在学生电源的交流输出接线柱上。

③将选择开关拨至5 V挡。

④将多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。

⑤将U2、n1记录在表格二中。

⑥保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800匝和n1＝1 400匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中。

⑦拆除实验线路，整理好实验器材。

4.数据分析与结论

分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论：

（1）当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比。当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比。

（2）原、副线圈的电压之比等于匝数之比。

例题】

3. 物理研究课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示：

(1)下列说法正确的是____；

A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数

B.变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”

C.可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响

D.测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量

E.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈

F.变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，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”磁场能的作用

(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是____。

A.与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力

B.若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变

C.若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起

【课堂练习】

4. 如图所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是（  ）

A. 用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈

B. 测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表

C. 原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，则副线圈电压大于原线圈电压

D. 为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响

5. （1）为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是_____ ．

A.有闭合铁芯的原副线圈      

B.无铁芯的原副线圈     

C.交流电源      

D.直流电源                  

E.多用电表（交流电压档）              

F.多用电表（交流电流档）

用匝数匝和匝的变压器，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_________  （填或）．

三、理想变压器的基本关系

【课堂引入】

1.电压关系

（1）只有一个副线圈时，＝。

当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器。

当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低，是降压变压器。

（2）有多个副线圈时，＝＝＝…

2.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。

3.电流关系

（1）只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或＝。

（2）当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…

【例题】

6. 如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为1：2； 副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则

A. U=110V，I=0.05A

B. U=110V，I=0.2A

C. U=440V，I=0.2A

D. U=440V，I=0.05A

课堂练习】

7. 图示电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比，原线圈接在(V)的交流电源上，电阻，A为理想电流表，则A的示数为（   ）

A. 12.44A B. 8.80A C. 2.00A D. 2.83A

【例题】

8. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=4:1，V和A均为理想电表，灯泡电阻RL=110 Ω，AB端电压（V）．下列说法正确的是（     ）

A. 副线圈输出的交流电频率为25 Hz

B. V的读数为V

C. A的读数为1.0 A

D. 变压器输入功率为27.5 W

【课堂练习】

9. 如图所示，一理想变压器的原线圈匝数匝，副线圈匝数匝。交流电源的电压，电阻，电压表电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是（    ）

A. 副线圈中交变电流的频率为50Hz B. 电压表的示数为44V

C. 电流表的示数为 D. 电流表的示数为

参考答案

1. D

【解析】

AC．理想变压器是没有能量损耗的变压器，所以每匝线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，输入功率等于输出功率，故AC错误；

B．根据变压器的工作原理可知，原、副线圈中交流电的频率相同，故B错误；

D．由以上分析可知，每匝线圈中的磁通量变化率相同，而原、副线圈的匝数可能不同，故原、副线圈中的感应电动势可能不同，故D正确。

故选D。

2. ACD

【解析】

A．原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏磁很少，因此可以减少能量损失，故A正确；

B．铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，故B错误；

C．变压器原副线圈中的磁通量的变化率相同，变化周期相同，匝数不同，所以原副线圈中的交流电的频率相同，等于不同，故C正确；

D．由电磁感应定律可知，只要输入原线圈的电流发生变化，副线圈中就会产生感应电动势，故D正确。

故选ACD。

3. 【答案】 （1） CDF；（2） AC

【解析】

 (1)A．为确保实验安全，实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得次级电压较小，故A错误；

B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；

C．实验时可采用控制变量法，先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；

D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，防止烧坏电压表，故D正确；

E．变压器开始正常工作后，通过电磁感应，把电能由原线圈输送到副线圈，故E错误；

F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，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”磁场能的作用，故F正确。

故选CDF。

(2)A．变压器线圈通电压会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力作用，因此与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；

B．仅增加原线圈匝数，次级电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；

C．若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈电压升，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能使学生电源的过载指示灯会亮起，故C正确。

故选AC。

4. AD

【解析】

AD．变压器的输出电压跟输入电压以及原副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆卸的变压器研究，故AD正确；

B．变压器只能对交变电流的电压有作用，不能用直流电压表，故B错误；

C．根据变压比

可知原线圈接0、8，副线圈接0、4，那么副线圈的电压小于原线圈电压，故C错误。

故选AD。

5. 【答案】ACE；

【解析】

（1）变压器的原理是互感现象的应用.是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，如果原线圈中通的是直流电源.则副线圈中不会有感应电流产生.题意为探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系.需要测量电压，所以需要一个测电压的仪器，所以需要的器材有A、有闭合铁芯的原副线圈；C交流电源; E多用电表交流电压档;故选ACE

（2）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、导线发热等影晌判断出U2为原线圈上电压大小，则判断出接电源的是.

6. B

【解析】

灯泡正常发光，故输出端电压为220V，电流

I2=A=0.1A

根据电压之比等于匝数之比可得：输入电压

U1==110V

根据电流之比等于匝数的反比可知：输入电流

I1=2I2=2×0.1=0.2A

故选B。

7. C

【解析】

由题意可知输入电压的有效值为

根据

可得

电流表的示数为

故选C。

8. D

【解析】

A项：交流电频率为：，解得：，故A错误；

B项：原线圈两端的电压有效值为：，由变压器的变压原理可知，电压表的示数为55V，故B错误；

C项：电流表的示数为：，故C错误；

D项：变压器的输入功率等输出功率即为：，故D正确．

9. ABC

【解析】

A．根据交流电源的电压可知，该交流电源的电压的最大值为，电压的有效值为220V，频率为50Hz。变压器可以改变交变电压和交变电流的大小，但不改变交变电流的频率，故副线圈中交变电流的频率为50Hz，A正确；

BCD．交流电表的示数为有效值，根据变压器原、副线圈的电压关系

得，即电压表的示数为44V，由欧姆定律得

根据变压器原、副线圈的电流关系

得

即电流表的示数为，的示数为1A，BC正确，D错误。

故选ABC。