《（新課標）2018-2019學年高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.2 交變電流 3.2.3 變壓器學案 新人教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（新課標）2018-2019學年高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.2 交變電流 3.2.3 變壓器學案 新人教版選修3-2（17頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 3.2.3　變壓器 學習目標 核心提煉 1.知道變壓器的構造以及幾種常見的變壓器，理解變壓器的工作原理。 2個線圈——原線圈、副線圈 3個關系——功率關系：P1＝P2、電壓關系：＝、電流關系：＝ 3種常見變壓器——自耦變壓器、電壓互感器、電流互感器 2.掌握變壓器原、副線圈中電壓、電流及功率的關系。 3.了解變壓器在實際中的應用。 一、變壓器的原理 1.變壓器的構造 由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，如圖1所示。 圖1 (1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈。 (2)副線圈：與負載連接的線圈，也叫次級線圈。 2.變壓器的工作原理 變壓器

2、工作的基礎是互感現(xiàn)象，電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)的磁場不僅穿過原線圈，也同時穿過副線圈，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢。 3.作用 改變交變電流的電壓，不改變(選填“改變”“不改變”)交流電的周期和頻率。 思考判斷 (1)變壓器是利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉化。(√) (2)恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生互感現(xiàn)象，也可起到變壓作用。(×) (3)在理想變壓器中原、副線圈的磁通量的變化率是一致的。(√) (4)理想變壓器可以改變交變電流的頻率。(×) (5)電流通過鐵芯從原線圈流到副線圈。(×) 二、電

3、壓與匝數的關系 1.理想變壓器：沒有能量損失的變壓器。 2.電壓與匝數的關系：原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的匝數之比，即＝。 3.兩類變壓器 (1)副線圈電壓比原線圈電壓低的變壓器叫降壓變壓器。 (2)副線圈電壓比原線圈電壓高的變壓器叫升壓變壓器。 4.應用 (1)遠距離輸電中，升壓和降壓后提供給用戶。 (2)滿足各種不同電壓要求的用電設備。 思考判斷 (1)我們所用的比較好的變壓器就是理想變壓器。(×) (2)理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等。(√) (3)輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高。(×) (4)變壓器能改變所有交變電流的電壓。(×)

4、 (5)我們可以根據變壓器線圈導線的粗細判斷其匝數的多少。(×) 　理想變壓器的工作原理及規(guī)律 [要點歸納] 1.理想變壓器的特點 (1)變壓器鐵芯內無漏磁，無發(fā)熱損失。 (2)原副線圈不計內阻，即無能量損失。 2.電動勢關系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的，根據法拉第電磁感應定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝。 3.電壓關系：由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以＝。當有n組線圈時，則有＝＝…… 4.功率關系：對于理想變壓器，不考慮能量損失，有P入＝P出。 5.電流關系：由功率關系，當

5、只有一個副線圈時，有I1U1＝I2U2，得＝＝。當有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋……，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…… 6.變壓器的分類 圖2 [易錯提醒] (1)變壓器只能改變交變電流的電壓不能在直流電路中使用。 (2)原、副線圈的電壓、電流發(fā)生變化，而頻率不變。 (3)當副線圈有多個線圈時，電壓關系仍適用，而電流關系式＝不再適用。 [精典示例] [例1] 關于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(　　) A.通有正弦交變電流的原線圈產生的磁通量不變 B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等 C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動

6、勢 D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈 解析　通有正弦交變電流的原線圈產生的磁場是變化的，由于面積S不變，故磁通量變化，選項A錯誤；因鐵芯是閉合的，沒有漏磁，原、副線圈的磁通量總相等，故選項B錯誤；由于通過副線圈的磁通量發(fā)生變化，根據法拉第電磁感應定律，在副線圈上產生感應電動勢，故選項C正確；原線圈中的電能轉化為磁場能又轉化為副線圈中的電能，原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起，故選項D錯誤。 答案　C [例2] 如圖3所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220sin (100πt)V的交流電源上，副線圈接有R＝55 Ω的負載電阻，原、副線圈匝數之比為2∶1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說

7、法正確的是(　　) 圖3 A.原線圈的輸入功率為220 W B.電流表的讀數為1 A C.電壓表的讀數為110 V D.副線圈輸出交流電的周期為50 s 解析　由題知，變壓器的輸入電壓U1＝ V＝220 V，所以U2＝U1＝110 V；副線圈電流I2＝＝2 A，原線圈電流I1＝I2＝1 A。電壓表、電流表的讀數為有效值，故選項B正確，C錯誤；原線圈輸入功率P1＝U1I1＝220 W，選項A錯誤；交流電的周期T＝＝ s＝0.02 s，選項D錯誤。 答案　B (1)電壓表、電流表示數均為有效值。 (2)理想變壓器P入＝P出。 (3)變壓器不改變頻率，即原、副線圈交變電流

8、頻率相等。 [針對訓練1] 如圖4所示，理想變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2＝2∶1，和均為理想電表，燈泡電阻RL＝6 Ω，AB兩端電壓u1＝12sin (100πt)V。下列說法正確的是(　　) 圖4 A.電流頻率為100 Hz B.的讀數為24 V C.的讀數為0.5 A D.變壓器輸入功率為6 W 解析　根據u1＝12sin (100πt)V及U＝知U1＝12 V，f＝＝50 Hz，選項A錯誤；根據＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即的讀數為6 V，選項B錯誤；又I2＝＝ A＝1 A，即的讀數為1 A，選項C錯誤；根據P1＝P2及P2＝＝ W＝6 W，選項D正確。

9、答案　D 　理想變壓器的動態(tài)分析 [要點歸納] 1.理想變壓器的制約條件 (1)電壓制約：當變壓器原、副線圈的匝數比一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝。 (2)電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數比一定時，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝。 (3)功率制約：①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2＝P負1＋P負2＋…； ②功率關系P1＝P2＝P負，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的。 2.對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況 (1)原、副線圈匝數比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順

10、序是R→I2→P2→P1→I1； (2)負載電阻不變，分析各物理量隨匝數比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。 (1)理想變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時總是“量出為入”，即用戶消耗多少，原線圈就提供多少，因而輸出功率決定輸入功率。 (2)可以把理想變壓器的副線圈看作給用戶供電的無阻電源，對負載電路進行動態(tài)分析時，可以參照直流電路動態(tài)分析的方法。 [精典示例] [例3] 如圖5所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是(　　) 圖5 A.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大

11、 B.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表示數變大 C.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表示數變大 D.若閉合開關S，則電流表示數變大，示數變大 解析　當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流減小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數變大，選項A錯誤，B正確；當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，電流表示數變小，選項C錯誤；若閉合開關S，副線圈電路中總電阻減小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓減小，電流表示數減?。辉€圈中的電流變大，電流表示數

12、變大，選項D錯誤。 答案　B 動態(tài)問題的分析思路 [針對訓練2] (多選)如圖6所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數可以通過滑動觸頭Q來調節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，P為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則(　　) 圖6 A.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數變大 B.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數變小 C.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數變大 D.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數變小 解析　Q位置不動，副線圈電壓U2不變，當P上滑時，R增大，由P＝

13、可知總功率減小，原線圈電壓U1不變，由P＝U1I1可知原線圈電流I1減小，故選項A錯誤，B正確；當P位置不動，Q上滑時，n2增大，由＝知U2增大，同理分析知原線圈電流I1增大，故選項C正確，D錯誤。 答案　BC 　幾種常見的變壓器 [要點歸納] 1.自耦變壓器 如圖7甲、乙所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓。 圖7 調壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構造如圖丙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，AB之間加上輸入電壓U1，

14、移動滑動觸頭P的位置就可以調節(jié)輸出電壓U2。 2.互感器 交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流。 互感器是利用變壓器的原理來測量高電壓或大電流的儀器。 (1)電壓互感器：實質是降壓變壓器，可以把高電壓變成低電壓。(如圖8所示) 圖8 (2)電流互感器：實質是升壓變壓器，可以把大電流變成小電流。(如圖9所示) 圖9 [精典示例] [例4] 普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流，通常要通過電流互感器來連接，如圖10中電流互感器ab一側線圈的匝數較少，工作時電流為Iab，cd一側線圈的匝數較多，工作時電流為Icd，為了使電流表能正常

15、工作，則(　　) 圖10 A.ab接MN、cd接PQ，Iab＜Icd B.ab接MN、cd接PQ，Iab＞Icd C.ab接PQ、cd接MN，Iab＜Icd D.ab接PQ、cd接MN，Iab＞Icd 解析　電流互感器ab一側線圈匝數比cd一側線圈匝數少，根據電流關系得I1n1＝I2n2，所以Iab＞Icd，電流表應接在電流較小的一側，故選項B正確。 答案　B 互感器的區(qū)分技巧 電壓互感器是降壓變壓器，據＝，知n1＞n2。 電流互感器是升壓變壓器，據＝，知n1＜n2。 [針對訓練3] 自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分。一升壓式自耦調壓

16、變壓器的電路如圖11所示，其副線圈匝數可調。已知變壓器線圈總匝數為1 900匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 V的交流電源上。當變壓器輸出電壓調至最大時，負載R上的功率為2.0 kW。設此時原線圈中電流有效值為I1，負載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為(　　) 圖11 A.380 V和5.3 A B.380 V和9.1 A C.240 V和5.3 A D.240 V和9.1 A 解析　對理想變壓器，原、副線圈功率相同，故通過原線圈的電流I1＝＝ A≈9.1 A，負載兩端電壓即為副線圈電壓，由＝，即＝，可得U2＝380 V，故選項B正確。

17、 答案　B 1.(變壓器的工作原理)一個正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，下列物理量不一定相等的是(　　) A.交流的頻率 B.電流的有效值 C.電功率 D.磁通量的變化率 解析　變壓器可以改變原、副線圈中的電流，因此原、副線圈中的電流不一定有相同的有效值；由于穿過原線圈的磁通量全部穿過副線圈，因而原、副線圈的磁通量變化率一定相同；變壓器的工作基礎是互感現(xiàn)象，副線圈中感應的交流頻率與原線圈中交流頻率一定是相同的；理想變壓器中P入＝P出，故選項B正確。 答案　B 2.(變壓器的原理和規(guī)律)(多選)如圖12所示，理想變壓器原、副線圈匝數比為2∶1，電池和交變電源的電動勢都為

18、6 V，內阻均不計。下列說法正確的是(　　) 圖12 A.S與a接通的瞬間，R中無感應電流 B.S與a接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為0 C.S與b接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為3 V D.S與b接通穩(wěn)定后，原、副線圈中電流的頻率之比為2∶1 解析　S與a接通的瞬間，穿過原、副線圈的磁通量增加，使副線圈中有感應電流，選項A錯誤；當S與a接通穩(wěn)定后，穿過原、副線圈的磁通量不變，副線圈兩端的電壓為零，選項B正確；S與b接通穩(wěn)定后，由＝，得U2＝3 V，選項C正確；變壓器不改變原、副線圈交變電流的頻率，選項D錯誤。 答案　BC 3.(變壓器基本規(guī)律的應用)(多選)如圖13a所示，左側的調壓

19、裝置可視為理想變壓器，負載電路中R＝55 Ω，、為理想電流表和電壓表。若原線圈接入如圖b所示的正弦交變電壓，電壓表的示數為110 V，下列表述正確的是(　　) 圖13 A.電流表的示數為2 A B.原、副線圈匝數比為1∶2 C.電壓表的示數為電壓的有效值 D.原線圈中交變電壓的頻率為100 Hz 解析　由題圖b可知原線圈兩端電壓的有效值U1＝220 V，由＝，可得原、副線圈匝數之比＝＝＝2∶1，選項B錯誤；電流表示數與電壓表示數都為有效值，選項C正確；電流表示數I＝＝ A＝2 A，選項A正確；由題圖b可知T＝0.02 s，所以交變電壓的頻率為f＝＝ Hz＝50 Hz，選項D錯誤

20、。 答案　AC 4.(自耦變壓器)一自耦變壓器如圖14所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點順時針轉到N點的過程中(　　) 圖14 A.U2＞U1，U2降低 B.U2＞U1，U2升高 C.U2＜U1，U2降低 D.U2＜U1，U2升高 解析　由＝，n1＞n2知U2＜U1；滑動觸頭從M點順時針旋轉至N點過程，n2減小，則U2降低，選項C正確。 答案　C 基礎過關 1.如圖所示四個電路，能夠實現(xiàn)升壓的是(　　

21、) 解析　變壓器只能對交變電流變壓，不能對直流變壓，故A、B錯誤；由于電壓與線圈匝數成正比，所以D能實現(xiàn)升壓，C不能實現(xiàn)升壓。 答案　D 2.(多選)理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，以下說法正確的是(　　) A.穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1 B.穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等 C.原、副線圈每一匝產生的電動勢瞬時值之比為10∶1 D.正常工作時原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1 答案　BD 3.在變電所，經常要用交流電表去監(jiān)測電網上的強電流，使用的儀器是電流互感器。如圖所示的四個圖中，能正確反映其工作原理的是(　　) 解析　電流互感器是

22、測電流的，應串聯(lián)在火線上，故選項B、D錯誤；由變壓器電流關系n1I1＝n2I2，要使I2＜I1，須n2＞n1，故選項A正確。 答案　A 4.一臺理想變壓器的原線圈接220 V正弦交流電壓時，副線圈上僅接有阻值為10 Ω的電阻，電阻兩端的電壓為44 V。若將副線圈的匝數增加100 匝，則通過副線圈上此電阻的電流增加1.1 A。由此可知該變壓器原線圈的匝數為(　　) A.200 B.2 000 C.50 D.500 解析　由題意知，當副線圈匝數增加100匝時，電阻上的電壓U2′＝U2＋ΔIR＝44 V＋1.1×10 V＝55 V， 又由＝，＝，可得， ＝，＝ 解得n1＝2 00

23、0，故選項B正確。 答案　B 5.如圖1為氣流加熱裝置的示意圖，使用電阻絲加熱導氣管，視變壓器為理想變壓器，原線圈接入電壓有效值恒定的交流電并保持匝數不變，調節(jié)觸頭P，使輸出電壓有效值由220 V降至110 V，調節(jié)前后(　　) 圖1 A.副線圈中的電流比為1∶2 B.副線圈輸出功率比為2∶1 C.副線圈的接入匝數比為2∶1 D.原線圈輸入功率比為1∶2 解析　在輸入電壓U1和原線圈匝數n1不變的情況下，使輸出電壓U2有效值由220 V降至110 V，由＝知，副線圈接入匝數應該減為原來的一半，故副線圈接入的匝數之比為2∶1，故選項C正確；副線圈電壓減半，電阻不變，電流也隨之

24、減半，所以電流之比為2∶1，故選項A錯誤；由P＝UI知，輸出功率之比為4∶1，故選項B錯誤；副線圈輸出功率等于原線圈輸入功率，所以原線圈輸入功率之比為4∶1，故選項D錯誤。 答案　C 6.如圖2甲所示，一理想變壓器給一個小燈泡供電。當原線圈輸入如圖乙所示的交變電壓時，額定功率為10 W的小燈泡恰好正常發(fā)光，已知燈泡的電阻為40 Ω，圖中電壓表為理想電表，下列說法正確的是(　　) 圖2 A.變壓器輸入電壓的瞬時值表達式為u＝220sin πt(V) B.電壓表的示數為220 V C.變壓器原、副線圈的匝數比為11∶1 D.變壓器的輸入功率為110 W 解析　由題圖乙可知，ω＝

25、＝100π rad/s，故選項A錯誤；原線圈輸入電壓為220 V，電壓表示數為燈泡的額定電壓U＝＝20 V，故選項B錯誤；由B分析，結合電壓與匝數的關系得＝＝，故選項C正確；變壓器的輸入功率與輸出功率相等，為P入＝10 W，故選項D錯誤。 答案　C 7.如圖3所示，L1和L2是高壓輸電線，甲、乙是兩只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，圖中電壓表示數為220 V，電流表示數為10 A，則高壓輸電線的送電功率為(　　) 圖3 A.2.2×103 W B.2.2×10－2 W C.2.2×108 W D.2.2×104 W 解析　由電流互感器知高壓

26、輸電線中電流I＝1 000 A，由電壓互感器知高壓輸電線的電壓U＝220×103 V，則高壓輸電線的送電功率P＝UI＝2.2×108 W。選項C正確。 答案　C 能力提升 8.如圖4所示是4種亮度可調臺燈的電路示意圖，它們所用的白熾燈泡相同，且都是“220 V　40 W”。當燈泡所消耗功率都調至20 W時，電路中消耗的電功率關系是(　　) 圖4 A.P1＝P2＝P4＞P3 B.P4＞P1＝P2＞P3 C.P4＞P1＞P2＞P3 D.P1＞P2＞P4＞P3 解析　甲、乙采用串聯(lián)分壓方法，電路消耗的功率相等，丙采用變壓器分壓，最節(jié)能，丁采用分壓電路分壓，最耗能，選項B正確。

27、 答案　B 9.(多選)如圖5所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開關S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是(　　) 圖5 A.變壓器輸入功率為484 W B.通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C.通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D.變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶3 解析　變壓器的輸入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，選項A錯誤；由變壓器變壓規(guī)律知＝＝＝，選項D正確；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，選項B正確；

28、根據I＝得通過副線圈的電流的最大值I2m＝I2＝ A，選項C錯誤。 答案　BD 10.有一理想變壓器，副線圈所接電路如圖6所示，燈L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡。當S斷開時，燈L1正常發(fā)光。S閉合后，下列說法正確的是(　　) 圖6 A.燈L1、L2都能正常發(fā)光 B.原線圈的輸入功率減小 C.原、副線圈的電流比增大 D.電阻R消耗的功率增大 解析　斷開S時，L1正常發(fā)光，當閉合S后，總電阻減小，回路中總電流增大，R兩端電壓變大，燈泡兩端電壓減小，兩燈不能正常發(fā)光，選項A錯誤；由P入＝P出＝，且R總減小，U2不變，則P入變大，選項B錯誤；由＝可知，因線圈匝數比不變，則原、副線

29、圈的電流比不變，選項C錯誤；電阻R的功率P＝IR，因I2變大，R不變，則P變大，選項D正確。 答案　D 11.一含有理想變壓器的電路如圖7所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 Ω、1 Ω和4 Ω，為理想交流電流表，U為正弦交流輸入電壓，輸出電壓的有效值恒定。當開關S斷開時，電流表的示數為I；當S閉合時，電流表的示數為4I。該變壓器原、副線圈匝數比為(　　) 圖7 A.2 B.3 C.4 D.5 解析　設原、副線圈匝數比為n，根據能量守恒，當S斷開時，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；當S閉合時，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，聯(lián)立解得n＝3，所以選項B正確。 答案　B 12.如圖8所示，接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電，如果將原、副線圈減少相同匝數，其它條件不變，則(　　) 圖8 A.小燈泡變亮 B.小燈泡變暗 C.原、副線圈兩端電壓的比值不變 D.通過原、副線圈電流的比值不變 解析　原、副線圈減去相同的匝數n后，有＝，可以得出，－＝<0，則說明的比值變大，由＝＝知，選項C、D錯誤；由＝和＝知，U2′