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第三章　第3节　变压器
(分值：100分)
选择题1～6题，8～9题，每小题10分，共80分。
对点题组练
题组一　变压器的结构与原理
1.(多选)关于变压器的构造和工作原理，以下说法正确的是(　　)
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
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
变压器不改变正弦交变电流的频率
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
2.关于理想变压器，下列说法正确的是(　　)
理想变压器可以改变交变电流的频率
理想变压器可以改变输送电功率的大小
当理想变压器副线圈空载时，副线圈负载电阻为零
当理想变压器副线圈空载时，副线圈两端电压不为零，输出功率为零
3.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　)
3 mA 0
48 mA 与负载R的阻值有关
题组二　理想变压器的基本关系
4.某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压(　　)
降低2 V 增加2 V
降低200 V 增加200 V
5.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，电压表和电流表均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B端输入电压u1＝12sin(100πt)V。下列说法正确的是(　　)
电流频率为50 Hz
电压表的示数为24 V
电流表的示数为0.5 A
变压器的输入功率为6 W
6.(2023·北京卷，7)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(　　)
仅增加原线圈匝数
仅增加副线圈匝数
将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
将两个3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
7.(6分)(2024·云南红河高二期末)某兴趣小组为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。在实验室中找到了以下器材：
A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B.条形磁铁
C.开关、导线若干
D.交流电压表
E.直流电源
F.低压交流电源
(1)在本实验中，上述器材不需要的是________(2分)(填器材序号字母)。
(2)该小组同学按如图(a)所示安装好变压器，将原线圈用开关和导线接到低压交流电源上，并将两个交流电压表连接到原、副线圈两端。先保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(2分)(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压变化。
(3)实验如图(b)所示。通过改变原、副线圈的匝数，得到原、副线圈电压与匝数的数据关系如表所示，由表1可得出结论：_________________________________
______________________________________________________________。(2分)
物理量 一组数据 二组数据 三组数据
原线圈匝数n1 100 100 100
副线圈匝数n2 200 800 1 400
副、原线圈匝数比 2 8 14
原线圈输入电压U1/V 10.5 10.5 10.5
副线圈输出电压U2/V 21.7 89.0 160
副、原线圈电压比 2.06 8.48 15.24
与的比值 1.03 1.06 1.09
综合提升练
8.(多选)如图所示，Q是熔断电流为1 A的保险丝，R为用电器，理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝2∶1。原线圈的电压为u＝220sin(100πt)V。要使保险丝不熔断，则(　　)
副线圈中电流最大值不超过2 A
副线圈中电流有效值不超过2 A
R的阻值一定不能小于55 Ω
R的阻值一定不能小于77 Ω
9.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)
原、副线圈匝数之比为9∶1
原、副线圈匝数之比为1∶9
此时a和b的电功率之比为9∶1
此时a和b的电功率之比为1∶9
10.(4分)在“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：
①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；
②闭合电源开关，用交流电压表测量副线圈两端的电压；
③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；
④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。
(1)以上操作的合理顺序是________(2分)(只填步骤前数字序号)。
(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数分别取n1＝1 600，n2＝400，当将n1作原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈两端的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________。(2分)
11.(10分)(2024·山西吕梁高二期末)在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。
(1)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中原线圈与副线圈的电压之比为________(3分)(选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
(2)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因可能为________(3分)(填字母代号)。
A.原、副线圈上通过的电流发热
B.铁芯在交变磁场作用下发热
C.变压器铁芯漏磁
D.原线圈输入电压发生变化
(3)组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图乙所示，原线圈接交流8.0 V的学生电源，原、副线圈的匝数比为8∶1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是________(4分)(填字母代号)。
A.0 V B.0.7 V
C.1.0 V D.64.0 V
第3节　变压器
1.ACD　[闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈缠绕在同一闭合铁芯上时，通过原线圈的电流产生磁场的磁感线几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁感线很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传送到副线圈中，故选项A正确；若用整块金属做成铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生涡流，导致铁芯发热，可能烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误；变压器不改变正弦交变电流的频率，选项C正确；由法拉第电磁感应定律知，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故选项D正确。]
2.D　[变压器不能改变交变电流的频率，故A错误；理想变压器输入功率等于输出功率，故B错误；空载相当于电阻无穷大，副线圈两端电压不为零，但输出电流为零，输出功率为零，故C错误，D正确。]
3.B　[当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流，故B正确。]
4.D　[理想变压器的电压与匝数关系为＝＝，整理可得＝，即原、副线圈匝数比等于电压变化量之比，当ΔU1＝20 V时，ΔU2＝200 V，选项D正确。]
5.AD　[根据u1＝12sin(100πt)V及U＝知U1＝12 V，f＝＝50 Hz，选项A正确；根据＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即电压表的示数为6 V，选项B错误；电流表的示数I2＝＝ A＝1 A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝＝ W＝6 W，可知变压器的输入功率为6 W，选项D正确。]
6.B　[由＝知，仅增加原线圈匝数n1，副线圈的输出电压U2减小，不能使小灯泡正常发光，故A错误；若仅增加副线圈匝数n2，副线圈的输出电压U2增大，有可能使小灯泡正常发光，故B正确；若将原、副线圈匝数都增为原来的两倍，由于原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压U2不变，也不能使小灯泡正常发光，故C错误；将两个3.8 V小灯泡并联，但由于原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压U2不变，也不能使小灯泡正常发光，故D错误。]
7.(1)BD　(2)减小　(3)原、副线圈匝数比在误差范围内与原、副线圈电压比相等，由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比
解析　(1)实验中若用直流电源，变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，也不需要条形磁铁。故选BD。
(2)根据＝，先保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小。
(3)由表1可得出结论：原、副线圈匝数比在误差范围内与原、副线圈电压比相等；由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比。
8.BC　[保险丝的原理是电流的热效应，应该用电流的有效值进行计算。由＝得U2＝U1＝×220 V＝110 V，由＝得I2＝I1＝×1 A＝2 A，所以Rmin＝＝55 Ω，故B、C正确。 ]
9.AD　[设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光，则变压器原线圈两端的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数之比为9∶1，选项A正确，B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过灯泡b的电流是流过灯泡a电流的9倍，根据P＝UI可知，灯泡a、b的电功率之比为1∶9，选项C错误，D正确。]
10.(1)①③②④　(2)＝
解析　(1)在“探究变压器的电压与匝数的关系”实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用交流电压表测量副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是①③②④。
(2)两线圈的匝数分别取n1＝1 600，n2＝400，当将n1作原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为线圈n1两端的电压，而U1′为线圈n2两端的电压；由以上数据可得＝。
11.(1)大于　(2)ABC　(3)B
解析　(1)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，即为＝，在实验中，由于变压器有铜损、铁损和漏磁，导致副线圈的电压实际值一般略小于理论值，因此有>，即原线圈与副线圈的电压之比大于原线圈与副线圈的匝数之比。
(2)原、副线圈上通过的电流发热；铁芯在交变磁场作用下发热；变压器铁芯漏磁，都会产生电能消耗，导致原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，A、B、C正确；原线圈输入电压发生变化，副线圈的电压随着变化，则有原、副线圈的电压之比不变，D错误。
(3)对理想变压器有＝，可得U2＝U1＝×8.0 V＝1.0 V，组装变压器时，没有将铁芯闭合，变压器有漏磁，副线圈的电压要比理想变压器时的电压略小，则交流电压表的实际读数可能是0.7 V，A、C、D错误，B正确。第3节　变压器
学习目标　1.了解变压器的结构与原理。2.通过实验探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。
3.理解理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流与匝数的关系。
知识点一　变压器的结构与原理
如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光。
(1)闭合铁芯的作用是什么？
(2)两个线圈并没有直接接触，小灯泡为什么能发光？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.变压器的结构：最简单的变压器是由____________和绕在铁芯上的两个线圈组成的，示意图和符号如图所示。
(1)原线圈：与交流电________连接的线圈，也叫初级线圈。
(2)副线圈：与________连接的线圈，也叫次级线圈。
2.变压器的工作原理
(1)当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁场，交变的磁感线穿过原、副线圈，在原、副线圈中都产生________________。当副线圈与负载连接组成闭合回路时，在副线圈中就会有交流电通过。这样，虽然原、副线圈并不相连，电能却从原线圈通过________传输给副线圈。
(2)变压器工作的基础是________。
3.变压器工作原理图解
4.理想变压器
理想变压器是一种理想模型，忽略如下次要因素：
①忽略漏磁，即认为交变电流产生的磁场的磁感线全部都在铁芯内。
②忽略一切能量损耗。
例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A.通有正弦交流电的原线圈的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在无线充电技术中，其中一种技术就是基于变压器的原理产生的。如图所示，无线充电器正在对手机进行无线充电。下列说法合理的是(　　)
A.在变压器原、副线圈上不存在能量的转化
B.在变压器原线圈上电场能转化成磁场能
C.手机必须与无线充电器贴合才能进行无线充电
D.用无线充电器给手机充电的过程中没有能量损耗
知识点二　探究变压器的电压与匝数的关系
一、实验目的
探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。
二、实验器材
可拆变压器、学生电源、交流电表。
三、实验原理
可拆变压器是专为教学设计的仪器，它的外形如图甲所示，其中左边线圈中间有两个抽头，右边线圈中间有一个抽头。它的结构如图乙所示，把各接线柱从左到右分别标为“1、2、3、4”及“1′、2′、3′”。把交流电源接到左边线圈两个接线柱上(比如1、4两接线柱，即加到1 400匝线圈两端)，即可在副线圈得到三组不同的输出电压。
四、实验步骤
1.为安全起见，利用学生电源在变压器原线圈1、4两接线柱间输入较低的交流电压(如10～16 V)，利用交流电压表分别测量不同端点间的电压，填入下表中。
注意：不可把220 V电压加在除1 400匝外的其他各线圈两端。
2.在原线圈1、4两接线柱间输入不同的电压，重复以上测量，并填入表格中。
接线端 1、2 2、3 1、3 2、4 1、4 1′、2′ 2′、3′ 1′、3′
匝数n 200 600 800 1 200 1 400 100 300 400
1 电压U/V
比值/V
2 电压U/V
比值/V
3 电压U/V
比值/V
五、数据处理
分析表格中的数据可知：当原线圈匝数不变时，副线圈两端的电压与副线圈匝数成正比；当副线圈匝数不变时，副线圈两端的电压与原线圈匝数成反比。
结论：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈两端的电压之比与匝数之比相等，数学表达式为＝。
六、误差分析
1.由于漏磁，穿过每匝的磁通量不严格相等，造成误差。
2.原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗造成误差。
3.铁芯在交变磁场的作用下也会发热，造成误差。
七、注意事项
1.为确保人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不超过16 V；通电时不要用手接触裸露的导线与接线柱等。
2.为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定被测电压后再选择适当的挡位进行测量。
3.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认后，才能接通电源。
例2 (2024·四川攀枝花高二期中)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表，请回答下列问题：
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 原线圈两端电压U2(V) 副线圈匝数n2＝1400 原线圈两端电压U2(V)
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.1
3 12.6 6.2 44.0
(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“a、b”或“c、d”)连接。
(2)根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于________。
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练2 (2024·福建福州高二期末)某同学要进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，实物图如图所示。
(1)关于实验，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.为了确保人身安全，只能使用低于12 V的电源
C.通电情况下不可以用手接触裸露的导线、接线柱
(2)为了探究n1＝400匝、n2＝200匝的变压器原、副线圈电压与匝数的关系，请用笔画线代替连线，将图中的实物连接补充完整。
(3)在实验中，两个电压表的读数记录如下
电压次数 1 2 3 4 5
U1/V 2.5 4.5 7.0 9.0 10.5
U2/V 1.2 2.2 3.4 4.4 5.2
该同学多次实验后发现原、副线圈的电压之比总是________(选填“稍大于”“等于”或“稍小于”)原、副线圈的匝数之比，试分析其原因____________________。
知识点三　理想变压器的基本关系
1.电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的________成正比，即＝。
2.升压变压器和降压变压器
副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫________变压器；副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫________变压器。
3.变压器的效率
(1)变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。
(2)对于理想变压器，P入＝P出，η＝100%。
4.理想变压器的基本规律
(1)电压关系：＝，当有多个副线圈时，则有＝＝＝…。
(2)电流关系：根据P入＝P出，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得n1I1＝n2I2；当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。
例3 (多选)(2023·海南卷，11)如图是工厂利用u＝220sin 100πt V的交流电给36 V照明灯供电的电路，变压器原线圈匝数为1 100，下列说法正确的是(　　)
A.电源电压有效值为220 V
B.交变电流的周期为0.02 s
C.副线圈匝数为180
D.副线圈匝数为240
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练3 (2023·广东卷，6)用一台理想变压器对电动汽车充电，该变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，输出功率为8.8 kW，原线圈的输入电压u＝220sin(100πt)V。关于副线圈输出电流的有效值和频率正确的是(　　)
A.20 A，50 Hz
B.20 A，50 Hz
C.20 A，100 Hz
D.20 A，100 Hz
训练4 (多选)(2024·广东深圳期末)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22 W，原线圈电路中接有理想电压表和电流表。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＝110 V
B.I＝0.2 A
C.原、副线圈电流之比为1∶2
D.原线圈输入功率为22 W
随堂对点自测
1.(变压器的结构与原理)如图所示，可以将电压升高给电灯供电的变压器是(　　)
2.(变压器的电压与匝数的关系)如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)
A.原、副线圈匝数之比为3∶1
B.原、副线圈匝数之比为1∶3
C.A、B间的输入电压为3U
D.A、B间的输入电压为4U
3.(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5 V，用演示电表交流50 V 挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________。
A.5∶8 B.5∶16
C.1∶14 D.1∶8
(2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，________(选填“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。
第3节　变压器
知识点一
导学　提示　(1)闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使穿过原、副线圈的磁通量变化情况基本相同。
(2)原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光。
知识梳理
1.闭合铁芯　(1)电源　(2)负载
2.(1)感应电动势　磁场　(2)互感
例1 C　[通有正弦交流电的原线圈产生的磁场是变化的，则穿过原线圈的磁通量变化，A错误；对于理想变压器，穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都是相等的，B错误；由法拉第电磁感应定律知，C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，D错误。]
训练1 B　[在变压器原、副线圈上存在能量的转化，在变压器原线圈上，电场能转化成磁场能，在副线圈上，磁场能转化成电场能，故A错误，B正确；给手机充电时手机不必与无线充电器贴合，只要手机在无线充电器磁场范围内即可，故C错误；用无线充电器给手机充电过程中有能量损耗，故D错误。]
知识点二
例2 (1)c、d　(2)两个线圈的匝数之比
解析　(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将A、B分别与c、d连接。
(2)根据题表中数据可得，在实验误差允许范围内有＝，得出结论：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。
训练2 (1)BC　(2)见解析图　(3)稍大于　变压器不是理想变压器或漏磁或涡流或电阻等
解析　(1)为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器的工作原理是电磁感应，原线圈两端应接交流电，为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压应不超过12 V，故B正确；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱，这样无形之中，将人体并联在电路中，导致所测数据不准确，也不符合用电安全规范，故C正确。
(2)连接实物图如图所示。
(3)原副线圈的匝数比为＝＝，通过分析实验数据发现原、副线圈的电压比总是稍大于原、副线圈匝数比，即说明副线圈的电压偏低，导致这种现象的原因是漏磁、铁芯发热、导线发热等产生能量损耗，使副线圈两端电压偏低。
知识点三
1.匝数　2.升压　降压
例3 BC　[由交变电流的表达式可知，该交变电流有效值为220 V，A错误；交变电流的周期T＝＝0.02 s，B正确；根据理想变压器的变压规律＝，得n2＝n1＝＝180，C正确，D错误。]
训练3 A　[由题可知原线圈输入电压的有效值为U1＝＝220 V，原线圈电流为I1＝＝40 A，副线圈输出电流的有效值为I2＝I1＝20 A，变压器不改变电流的频率，其频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，故A正确。]
训练4 ABD　[灯泡正常发光时，两端的电压为220 V，流过灯泡的电流I2＝＝0.1 A，根据＝，可知电压表读数U＝U1＝110 V，根据＝＝可得电流表读数I＝I1＝0.2 A，原线圈输入功率为P＝U1I1＝22 W，故A、B、D正确，C错误。]
随堂对点自测
1.C　[变压器只能对交流电实现变压，不能对直流电变压，故选项A、D错误；由于原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比相等，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压，故选项B错误，C正确。]
2.C　[设灯泡正常发光时，流过它的电流为I，则该变压器通过原线圈的电流I1＝I，通过副线圈的电流I2＝2I，则原、副线圈匝数之比＝＝2∶1；所以原线圈两端的电压U1＝U2＝2U，则A、B间输入电压为3U，故A、B、D错误，C正确。]
3.(1)D　(2)副线圈
解析　(1)根据电压表读数知，该变压器的输出电压为40 V，所以变压器的原副线圈匝数之比＝＝＝，故D正确，A、B、C错误。
(2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。(共59张PPT)
第3节 变压器
第三章　交流电
1.了解变压器的结构与原理。
2.通过实验探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。
3.理解理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流与匝数的关系。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　探究变压器的电压与匝数的关系
知识点一　变压器的结构与原理
知识点三　理想变压器的基本关系
知识点一　变压器的结构与原理
如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光。
(1)闭合铁芯的作用是什么？
(2)两个线圈并没有直接接触，小灯泡为什么能发光？
提示　(1)闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使穿过原、副线圈的磁通量变化情况基本相同。
(2)原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光。
1.变压器的结构：最简单的变压器是由__________和绕在铁芯上的两个线圈组成的，示意图和符号如图所示。
闭合铁芯
(1)原线圈：与交流电______连接的线圈，也叫初级线圈。
(2)副线圈：与______连接的线圈，也叫次级线圈。
电源
负载
2.变压器的工作原理
(1)当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁场，交变的磁感线穿过原、副线圈，在原、副线圈中都产生____________。当副线圈与负载连接组成闭合回路时，在副线圈中就会有交流电通过。这样，虽然原、副线圈并不相连，电能却从原线圈通过______传输给副线圈。
(2)变压器工作的基础是______。
感应电动势
磁场
互感
3.变压器工作原理图解
4.理想变压器
理想变压器是一种理想模型，忽略如下次要因素：
①忽略漏磁，即认为交变电流产生的磁场的磁感线全部都在铁芯内。
②忽略一切能量损耗。
C
例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A.通有正弦交流电的原线圈的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
解析　通有正弦交流电的原线圈产生的磁场是变化的，则穿过原线圈的磁通量变化，A错误；对于理想变压器，穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都是相等的，B错误；由法拉第电磁感应定律知，C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，D错误。
B
训练1 变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在无线充电技术中，其中一种技术就是基于变压器的原理产生的。如图所示，无线充电器正在对手机进行无线充电。下列说法合理的是(　　)
A.在变压器原、副线圈上不存在能量的转化
B.在变压器原线圈上电场能转化成磁场能
C.手机必须与无线充电器贴合才能进行无线充电
D.用无线充电器给手机充电的过程中没有能量损耗
解析　在变压器原、副线圈上存在能量的转化，在变压器原线圈上，电场能转化成磁场能，在副线圈上，磁场能转化成电场能，故A错误，B正确；给手机充电时手机不必与无线充电器贴合，只要手机在无线充电器磁场范围内即可，故C错误；用无线充电器给手机充电过程中有能量损耗，故D错误。
知识点二　探究变压器的电压与匝数的关系
一、实验目的
探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。
二、实验器材
可拆变压器、学生电源、交流电表。
三、实验原理
可拆变压器是专为教学设计的仪器，它的外形如图甲所示，其中左边线圈中间有两个抽头，右边线圈中间有一个抽头。它的结构如图乙所示，把各接线柱从左到右分别标为“1、2、3、4”及“1′、2′、3′”。把交流电源接到左边线圈两个接线柱上(比如1、4两接线柱，即加到1 400匝线圈两端)，即可在副线圈得到三组不同的输出电压。
四、实验步骤
1.为安全起见，利用学生电源在变压器原线圈1、4两接线柱间输入较低的交流电压(如10～16 V)，利用交流电压表分别测量不同端点间的电压，填入下表中。
注意：不可把220 V电压加在除1 400匝外的其他各线圈两端。
2.在原线圈1、4两接线柱间输入不同的电压，重复以上测量，并填入表格中。
五、数据处理
分析表格中的数据可知：当原线圈匝数不变时，副线圈两端的电压与副线圈匝数成正比；当副线圈匝数不变时，副线圈两端的电压与原线圈匝数成反比。
六、误差分析
1.由于漏磁，穿过每匝的磁通量不严格相等，造成误差。
2.原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗造成误差。
3.铁芯在交变磁场的作用下也会发热，造成误差。
七、注意事项
1.为确保人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不超过16 V；通电时不要用手接触裸露的导线与接线柱等。
2.为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定被测电压后再选择适当的挡位进行测量。
3.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认后，才能接通电源。
例2 (2024·四川攀枝花高二期中)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表，请回答下列问题：
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 原线圈两端电压U2(V) 副线圈匝数n2＝1400
原线圈两端电压U2(V)
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.1
3 12.6 6.2 44.0
(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“a、b”或“c、d”)连接。
(2)根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于________。
解析　(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将A、B分别与c、d连接。
答案　(1)c、d　(2)两个线圈的匝数之比
训练2 (2024·福建福州高二期末)某同学要进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，实物图如图所示。
(1)关于实验，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.为了确保人身安全，只能使用低于12 V的电源
C.通电情况下不可以用手接触裸露的导线、接线柱
(2)为了探究n1＝400匝、n2＝200匝的变压器原、副线圈电压与匝数的关系，请用笔画线代替连线，将图中的实物连接补充完整。
(3)在实验中，两个电压表的读数记录如下
电压次数 1 2 3 4 5
U1/V 2.5 4.5 7.0 9.0 10.5
U2/V 1.2 2.2 3.4 4.4 5.2
该同学多次实验后发现原、副线圈的电压之比总是________(选填“稍大于”“等于”或“稍小于”)原、副线圈的匝数之比，试分析其原因_____________________。
答案　(1)BC　(2)见解析图　(3)稍大于　变压器不是理想变压器或漏磁或涡流或电阻等
解析　(1)为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器的工作原理是电磁感应，原线圈两端应接交流电，为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压应不超过12 V，故B正确；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱，这样无形之中，将人体并联在电路中，导致所测数据不准确，也不符合用电安全规范，故C正确。
(2)连接实物图如图所示。
知识点三　理想变压器的基本关系
1.电压与匝数的关系
匝数
2.升压变压器和降压变压器
副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫______变压器；副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫______变压器。
升压
降压
3.变压器的效率
(1)变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。
(2)对于理想变压器，P入＝P出，η＝100%。
4.理想变压器的基本规律
BC
A
ABD
训练4 (多选)(2024·广东深圳期末)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22 W，原线圈电路中接有理想电压表和电流表。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＝110 V
B.I＝0.2 A
C.原、副线圈电流之比为1∶2
D.原线圈输入功率为22 W
随堂对点自测
2
C
1.(变压器的结构与原理)如图所示，可以将电压升高给电灯供电的变压器是(　　)
解析　变压器只能对交流电实现变压，不能对直流电变压，故选项A、D错误；由于原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比相等，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压，故选项B错误，C正确。
C
2.(变压器的电压与匝数的关系)如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)
A.原、副线圈匝数之比为3∶1 B.原、副线圈匝数之比为1∶3
C.A、B间的输入电压为3U D.A、B间的输入电压为4U
3.(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5 V，用演示电表交流50 V 挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________。
A.5∶8 B.5∶16 C.1∶14 D.1∶8
(2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，________(选填“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。
答案　(1)D　(2)副线圈
(2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。
课后巩固训练
3
ACD
题组一　变压器的结构与原理
1.(多选)关于变压器的构造和工作原理，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.变压器不改变正弦交变电流的频率
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
对点题组练
解析　闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈缠绕在同一闭合铁芯上时，通过原线圈的电流产生磁场的磁感线几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁感线很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传送到副线圈中，故选项A正确；若用整块金属做成铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生涡流，导致铁芯发热，可能烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误；变压器不改变正弦交变电流的频率，选项C正确；由法拉第电磁感应定律知，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故选项D正确。
D
2.关于理想变压器，下列说法正确的是(　　)
A.理想变压器可以改变交变电流的频率
B.理想变压器可以改变输送电功率的大小
C.当理想变压器副线圈空载时，副线圈负载电阻为零
D.当理想变压器副线圈空载时，副线圈两端电压不为零，输出功率为零
解析　变压器不能改变交变电流的频率，故A错误；理想变压器输入功率等于输出功率，故B错误；空载相当于电阻无穷大，副线圈两端电压不为零，但输出电流为零，输出功率为零，故C错误，D正确。
B
3.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　)
A.3 mA B.0
C.48 mA D.与负载R的阻值有关
解析　当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流，故B正确。
D
题组二　理想变压器的基本关系
4.某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20 V时，输出电压(　　)
A.降低2 V B.增加2 V
C.降低200 V D.增加200 V
AD
A.电流频率为50 Hz
B.电压表的示数为24 V
C.电流表的示数为0.5 A
D.变压器的输入功率为6 W
B
6.(2023·北京卷，7)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(　　)
A.仅增加原线圈匝数
B.仅增加副线圈匝数
C.将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
D将两个3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
7.(2024·云南红河高二期末)某兴趣小组为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。在实验室中找到了以下器材：
A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B.条形磁铁
C.开关、导线若干
D.交流电压表
E.直流电源
F.低压交流电源
(1)在本实验中，上述器材不需要的是________(填器材序号字母)。
(2)该小组同学按如图(a)所示安装好变压器，将原线圈用开关和导线接到低压交流电源上，并将两个交流电压表连接到原、副线圈两端。先保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压变化。
(3)实验如图(b)所示。通过改变原、副线圈的匝数，得到原、副线圈电压与匝数的数据关系如表所示，由表1可得出结论：______________________________
__________________________________________________________________。
答案　(1)BD　(2)减小　(3)原、副线圈匝数比在误差范围内与原、副线圈电压比相等，由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比
解析　(1)实验中若用直流电源，变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，也不需要条形磁铁。故选BD。
(3)由表1可得出结论：原、副线圈匝数比在误差范围内与原、副线圈电压比相等；由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比。
BC
综合提升练
A.副线圈中电流最大值不超过2 A
B.副线圈中电流有效值不超过2 A
C.R的阻值一定不能小于55 Ω
D.R的阻值一定不能小于77 Ω
AD
9.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)
A.原、副线圈匝数之比为9∶1
B.原、副线圈匝数之比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶9
解析　设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光，则变压器原线圈两端的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数之比为9∶1，选项A正确，B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过灯泡b的电流是流过灯泡a电流的9倍，根据P＝UI可知，灯泡a、b的电功率之比为1∶9，选项C错误，D正确。
10.在“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：
①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；
②闭合电源开关，用交流电压表测量副线圈两端的电压；
③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；
④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。
(1)以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)。
(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数分别取n1＝1 600，n2＝400，当将n1作原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈两端的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________。
解析　(1)在“探究变压器的电压与匝数的关系”实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用交流电压表测量副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是①③②④。
11.(2024·山西吕梁高二期末)在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。
(1)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中原线圈与副线圈的电压之比为________(选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
(2)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因可能为________(填字母代号)。
A.原、副线圈上通过的电流发热
B.铁芯在交变磁场作用下发热
C.变压器铁芯漏磁
D.原线圈输入电压发生变化
(3)组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图乙所示，原线圈接交流8.0 V的学生电源，原、副线圈的匝数比为8∶1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是________(填字母代号)。
A.0 V B.0.7 V
C.1.0 V D.64.0 V
答案　(1)大于　(2)ABC　(3)B
(2)原、副线圈上通过的电流发热；铁芯在交变磁场作用下发热；变压器铁芯漏磁，都会产生电能消耗，导致原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，A、B、C正确；原线圈输入电压发生变化，副线圈的电压随着变化，则有原、副线圈的电压之比不变，D错误。

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