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3.3变压器
【科技前沿】变压器升压的应用
1. 电力输变电领域
在电力输变电领域中，变压器扮演着关键的角色。当电能从发电厂输送到城市或乡村时，需要经过一系列的变电站，而变压器则用于提高输电过程中的电压，以减少输电损耗。通过升高电压，电能可以在输送过程中减少电流的大小，从而减小线路损耗，提高整个电力系统的效率。
2. 工业领域
在工业领域中，往往需要根据不同设备的电压需求进行调节。变压器的使用可以将低压电能转换为高压电能或反之，满足不同设备的要求。特别是在一些大型设备或机械的驱动过程中，对电能的稳定输出是至关重要的。而升压变压器的使用可以有效地提高电能利用率，并保证设备正常运行。
【核心素养目标】
物理观念 了解变压器的构造及工作原理.
科学思维 掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系．
科学探究 通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系.3
科学态度与责任 通过变压器知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
知识点一　变压器的原理
【情境导入】
1．把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电流是如何“流到”副线圈中去的？
2．探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？
【知识梳理】
1．构造：由 和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作 ，与负载连接的线圈叫作 ．
2．原理： 现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 ．
【重难诠释】
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．变压器的工作原理图
注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的．
【典例精析】例1．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，采用如图所示的可拆式变压器进行研究，已知铁芯是由彼此绝缘的硅钢片平行叠压而成，为了尽量减小传递过程中的能量损失，在实验中，作为横挡的铁芯Q的硅钢片叠压方式及放置方法的最佳设计为下图的（　　）

A． B．
C． D．
知识点二　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【重难诠释】
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(如图甲)、学生电源、开关、导线若干
3．实验步骤
(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数．
(2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中．
(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值．
(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值．
4．实验结论
实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝.
5．注意事项
(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作．
(2)为了保证人身安全，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，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．
【典例精析】
例2．某小组用如图甲所示的可拆变压器探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系，在实验时组装的变压器如图乙所示。在铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为匝和匝，原线圈两端与正弦式交流电源相连，用交流电压表测得原、副线圈两端的电压分别为10V和0.8V，这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是（　　）
A．原线圈的电阻过大
B．副线圈的电阻太小
C．副线圈的匝数太少
D．没有将铁芯B安装在铁芯A
知识点三　理想变压器的基本关系
【情境导入】
变压器线圈两端的电压与匝数的关系可以通过实验来探究。
器材：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干
实验步骤：(1)按图示电路连接电路。
(2)原线圈接6 V低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2＝n1、n1、2n1，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
(3)原线圈接6 V低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1＝n2、n2、2n2，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
总结实验现象，得出什么结论？
【知识梳理】
1．理想变压器：没有 的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．
(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”．
(2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”．
(3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”．
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的 ，即＝.
3．两类变压器
副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作 变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作 变压器．
4. 原线圈中电场的能量转变成 的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了 的能量．
【重难诠释】
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(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＋…
【典例精析】
例3．电动汽车无线充电示意图如图，若发射线圈的输入电压为、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为2200匝。若发射线圈输出功率为13.2kW，变压器为理想变压器，下列说法正确的是（　　）
A．采用直流电流电源也能为电动汽车充电
B．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相等，均为100Hz
C．副线圈输出电流的有效值为30A
D．副线圈输出电压的峰值为440V
针对训练
一、单选题
1．如图，可以将电压升高供给电灯的变压器是（　　）
A． B．
C． D．
2．随着生活中的电子设备越来越多，在不知不觉中各种“理不清”的充电线给我们带来了困扰。无线充电的引入，让手机、智能手表和电动牙刷等设备摆脱了“充电线”的牵制，如图1所示，某智能手表正准备进行无线充电，当送电线圈接入如图3所示的交流电源后，送电线圈接有电阻R1，受电线圈接有电阻R2＝4Ω，送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2＝5：1，此时智能手表处于“超级充电”模式，其两端的电压为20V，充电装置线圈可视为理想变压器，则下列说法正确的是（　　）

A．送电线圈两端电压为220V
B．送电线圈所接电阻R1＝20Ω
C．此充电器在“超级快充”模式下，耗电功率为200W
D．受电线圈中的感应电流的磁场总是与供电线圈中电流的磁场方向相反
3．在探究变压器的两个线圈电压关系时，某同学自己绕制了两个线圈A和B，两线圈的匝数分别为和，把两个线圈套在可拆变压器的铁芯上，组成了一个新变压器，如图所示，线圈A作为原线圈连接到学生电源的交流输出端，电源输出的电压随时间变化的表达式为，线圈B接小灯泡和电压表，若新变压器可视为理想变压器，则（　　）

A．电源输出电压的频率为
B．若电压表的读数为，则两线圈的匝数比
C．在小灯泡旁边并联一个电阻，电压表的读数变小
D．将线圈A改接在学生电源的直流输出端，小灯泡也能持续发光
4．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，原线圈两端接的交流电源，副线圈两端接的负载电阻，电表均为理想交流电表．则下列说法中正确的是（　　）

A．副线圈中输出交流电的频率为
B．副线圈中电压表的示数为
C．变压器的输入功率为
D．原线圈中的电流表A的示数为
5．如图甲所示是手机无线充电工作原理图，送电线圈接入如图乙所示交变电流，受电线圈未与手机连接，则（　　）

A．当时，受电线圈中磁通量最大
B．当时，cd端电压最小
C．增大送电和受电线圈的间距，cd端电压频率改变
D．增大送电和受电线圈的间距，cd端与ab端电压之比变小
6．某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的是（　　）

A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量不为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量变大
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
7．如图所示的理想变压器原、副线圈的匝数之比，原线圈两端分别连接光滑导轨和电流表A1，导轨平面处于匀强磁场中且垂直磁场，副线圈与电阻R、电流表A2相连组成闭合回路。当金属棒AB沿导轨向左匀速切割磁感线运动时，电流表A1的示数是12mA，那么电流表A2的示数为（　　）

A．48mA B．3mA C．0mA D．与R值大小有关
8．“隔空充电”是目前无线充电技术的主要研究方向，其原理与变压器相似，在充电基座的送电线圈中接入交变电流（如图所示），从而使手机等用电器的受电线圈中产生感应电流（如图所示），若送、受电线圈的匝数分别为、，两端电压的有效值分别为、；流过送、受电线圈的交变电流有效值分别为，频率分别为，由于两线圈间存在一定的距离，则在两线圈中仍成立的关系是（　　）

A． B．
C． D．
二、多选题
9．利用如图所示的可拆变压器可以探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系，下列说法中正确的是（ ）

A．为了保证人身安全，可以用4 ~ 6节干电池作为电源
B．使用电压表测电压时，要先用最大量程挡试测
C．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
D．由于漏磁，实际测得变压器原、副线圈的电压比会比原、副线圈的匝数比略大
10．如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为2：1，原线圈接定值电阻、理想电流表A和理想电压表，输入电压；副线圈接定值电阻，最大电阻为10Ω的滑动变阻器和理想电压表。则下列说法正确的是（　　）

A．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，通过的电流的频率变大
B．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，电流表的读数变化范围为A
C．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，电压表的读数变化范围为52~60V
D．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，电压表的读数变化范围为0~20V
11．如图所示的理想变压器，原线圈电路中有定值电阻R1，阻值为2R0，接入电动势为的交流电源，内阻不计。副线圈电路中定值电阻R2和滑动变阻器R串联，R2的阻值和滑动交阻器的最大阻值均为R0，原、副线圈的匝数比为10：1，电压表和电流表均为理想交流电表。在滑动变阻器滑片P从最上端缓慢向下滑动至最下端的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．电压表和电流表的示数均逐渐变大
B．R1两端电压与R2两端电压之比始终为1：5
C．通过R2的电流的频率始终为5Hz
D．R1和R2消耗的总功率逐渐增大
12．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，原线圈EF两端与宽度m的光滑平行金属轨道连接，轨道平面水平，磁感应强度T的匀强磁场垂直于轨道平面向下。一根阻值不计的金属杆以的速度在轨道上往复运动，并始终与导轨保持良好接触。副线圈GH两端连接的电路如图，三个灯泡的电阻均为4Ω，L是直流电阻不计的理想线圈，C是电容器。下列说法正确的是（　　）

A．三个灯泡中最亮，最暗
B．副线圈中电流的频率为5Hz
C．灯泡的功率为36W
D．若导体棒的运动周期变为0.05s，则灯泡变亮，变暗
13．如图所示，一铁芯为“日”字型的理想变压器，为原线圈，、为副线圈，且。当原线圈接最大值为的正弦交流电压时，通过、线圈的磁感线条数均为通过线圈磁感线条数的一半，则（ ）

A．副线圈与原线圈中交变电流的频率相同
B．副线圈与原线圈中磁通量的变化率相同
C．副线圈的输出电压的有效值为55V
D．当副线圈开路时，原线圈的输入功率与副线圈的输出功率相同
14．如图是某型号发电机给外电路供电的工作示意图，已知线圈a在均匀的辐向磁场中运动时会切割磁感线，产生足够大感应电动势，两灯泡、完全相同，变压器可视为理想变压器，匝数，不考虑线圈a的自感现象。下列说法正确的是（　　）

A．若线圈a做匀速运动，只有发光
B．若线圈a做匀速运动，和均发光
C．若线圈a做简谐运动，和均发光，且更亮
D．若线圈a做简谐运动，和均发光，且更亮
15．家用燃气热水器的内部构造如图甲所示，位于底部的脉冲点火器工作原理电路如图乙所示：点火器电源为2节的干电池，先利用转换器将直流电压转换为正弦交变电压，再将该交变电压加在理想变压器的原线圈上，当副线圈两端的放电针之间电压的最大值超过时就可以高压放电，所产生的电火花就可点燃燃气。则下列说法正确的是（　　）

A．图中电压表的示数为
B．点火器正常工作时，每秒点火100次
C．若转换器损坏了，副线圈两端的放电针依然可以点火
D．只有变压器的匝数超过时，点火器才能正常工作3.3变压器
【科技前沿】变压器升压的应用
1. 电力输变电领域
在电力输变电领域中，变压器扮演着关键的角色。当电能从发电厂输送到城市或乡村时，需要经过一系列的变电站，而变压器则用于提高输电过程中的电压，以减少输电损耗。通过升高电压，电能可以在输送过程中减少电流的大小，从而减小线路损耗，提高整个电力系统的效率。
2. 工业领域
在工业领域中，往往需要根据不同设备的电压需求进行调节。变压器的使用可以将低压电能转换为高压电能或反之，满足不同设备的要求。特别是在一些大型设备或机械的驱动过程中，对电能的稳定输出是至关重要的。而升压变压器的使用可以有效地提高电能利用率，并保证设备正常运行。
【核心素养目标】
物理观念 了解变压器的构造及工作原理.
科学思维 掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系．
科学探究 通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系.3
科学态度与责任 通过变压器知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
知识点一　变压器的原理
【情境导入】
1．把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电流是如何“流到”副线圈中去的？
2．探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？
【答案】
　1.变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，原线圈是利用了互感现象在副线圈中感应出电流的，并不是原线圈的电流直接流到副线圈中去。
2．变压器的铁芯为闭合铁芯，形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化基本相同。
【知识梳理】
1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈．
2．原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势．
【重难诠释】
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．变压器的工作原理图
注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的．
【典例精析】例1．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，采用如图所示的可拆式变压器进行研究，已知铁芯是由彼此绝缘的硅钢片平行叠压而成，为了尽量减小传递过程中的能量损失，在实验中，作为横挡的铁芯Q的硅钢片叠压方式及放置方法的最佳设计为下图的（　　）

A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】根据题意可知，由于变压器工作时会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，应尽可能使铁芯中不产生较大的涡流，如图所示

应通过相互绝缘的硅钢片使平行于的各平面和平行于的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横档的铁芯的硅钢片应按照平行于平面的形式设计。
故选B。
知识点二　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【重难诠释】
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(如图甲)、学生电源、开关、导线若干
3．实验步骤
(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数．
(2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中．
(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值．
(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值．
4．实验结论
实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝.
5．注意事项
(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作．
(2)为了保证人身安全，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，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．
【典例精析】
例2．某小组用如图甲所示的可拆变压器探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系，在实验时组装的变压器如图乙所示。在铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为匝和匝，原线圈两端与正弦式交流电源相连，用交流电压表测得原、副线圈两端的电压分别为10V和0.8V，这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是（　　）
A．原线圈的电阻过大
B．副线圈的电阻太小
C．副线圈的匝数太少
D．没有将铁芯B安装在铁芯A
【答案】D
【解析】根据变压器的工作原理可知，如果把图甲中的铁芯B组装到变压器铁芯A上，则根据变压器变压比可知
即原、副线圈两端的电压之比为4：1，但实际电压差距很大，说明该同学忘记了把图甲中的铁芯B组装到变压器铁芯A上，导致“漏磁”，则副线圈两端的电压很小，故D正确ABC错误。
故选D。
知识点三　理想变压器的基本关系
【情境导入】
变压器线圈两端的电压与匝数的关系可以通过实验来探究。
器材：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干
实验步骤：(1)按图示电路连接电路。
(2)原线圈接6 V低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2＝n1、n1、2n1，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
(3)原线圈接6 V低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1＝n2、n2、2n2，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
总结实验现象，得出什么结论？
【答案】
电压与匝数成正比，即 ＝。
【知识梳理】
1．理想变压器：没有能量损耗的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．
(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”．
(2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”．
(3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”．
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝.
3．两类变压器
副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器．
4. 原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量．
【重难诠释】
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(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＋…
【典例精析】
例3．电动汽车无线充电示意图如图，若发射线圈的输入电压为、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为2200匝。若发射线圈输出功率为13.2kW，变压器为理想变压器，下列说法正确的是（　　）
A．采用直流电流电源也能为电动汽车充电
B．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相等，均为100Hz
C．副线圈输出电流的有效值为30A
D．副线圈输出电压的峰值为440V
【答案】C
【解析】A．变压器是利用电磁感应原理，必须通过交流电产生变化的磁场，才能产生感应电流，选项A错误；
B．变压器不改变交变电流的频率，频率应为
选项B错误；
CD．根据正弦式交流电中有效值和峰值的关系可知，原线圈的电压有效值
根据变压器的工作原理有
解得副线圈的有效值
峰值为因为理想变压器原、副线圈的功率相等，则
选项C正确。
故选C。
针对训练
一、单选题
1．如图，可以将电压升高供给电灯的变压器是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】只有交流电才能通过变压器实现变压，且升压变压器的原线圈匝数比副线圈的匝数要少，满足上面两个条件的只有选项B。
故选B。
2．随着生活中的电子设备越来越多，在不知不觉中各种“理不清”的充电线给我们带来了困扰。无线充电的引入，让手机、智能手表和电动牙刷等设备摆脱了“充电线”的牵制，如图1所示，某智能手表正准备进行无线充电，当送电线圈接入如图3所示的交流电源后，送电线圈接有电阻R1，受电线圈接有电阻R2＝4Ω，送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2＝5：1，此时智能手表处于“超级充电”模式，其两端的电压为20V，充电装置线圈可视为理想变压器，则下列说法正确的是（　　）

A．送电线圈两端电压为220V
B．送电线圈所接电阻R1＝20Ω
C．此充电器在“超级快充”模式下，耗电功率为200W
D．受电线圈中的感应电流的磁场总是与供电线圈中电流的磁场方向相反
【答案】B
【解析】AB．充电电流为
则根据理想变压器的规律有
可得送电线圈中的电流
I1＝1A
交流电源的电压有效值为
受电线圈两端的电压为
根据理想变压器的规律
可得送电线圈两端电压为
根据
解得
R1＝20Ω
故A错误，B正确；
C．此充电器在“超级快充”模式下，其耗电功率为
故C错误；
D．当供电线圈中电流增加时，根据楞次定律可知，此时受电线圈中感应电流的磁场与供电线圈中电流的磁场方向相反，当供电线圈中电流减小时，根据楞次定律可知此时受电线圈中感应电流的磁场与供电线圈中电流的磁场方向相同，故D错误。
故选B。
3．在探究变压器的两个线圈电压关系时，某同学自己绕制了两个线圈A和B，两线圈的匝数分别为和，把两个线圈套在可拆变压器的铁芯上，组成了一个新变压器，如图所示，线圈A作为原线圈连接到学生电源的交流输出端，电源输出的电压随时间变化的表达式为，线圈B接小灯泡和电压表，若新变压器可视为理想变压器，则（　　）

A．电源输出电压的频率为
B．若电压表的读数为，则两线圈的匝数比
C．在小灯泡旁边并联一个电阻，电压表的读数变小
D．将线圈A改接在学生电源的直流输出端，小灯泡也能持续发光
【答案】B
【解析】A．根据电源输出的电压随时间变化关系式有
解得
故A错误；
B．线圈A两端电压为
根据电压匝数关系有
故B正确；
C．根据上述可以解得
可知，在小灯泡旁边并联一个电阻，电压表的读数不变，故C错误；
D．变压器的工作原理是互感，即对交流电才成立，可知，将线圈A改接在学生电源的直流输出端，小灯泡不能持续发光，故D错误。
故选B。
4．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，原线圈两端接的交流电源，副线圈两端接的负载电阻，电表均为理想交流电表．则下列说法中正确的是（　　）

A．副线圈中输出交流电的频率为
B．副线圈中电压表的示数为
C．变压器的输入功率为
D．原线圈中的电流表A的示数为
【答案】D
【解析】A．副线圈中输出交流电的频率应与原线圈相同为
选项A错误；
B．初级电压的有效值为
副线圈中电压表的示数应为有效值，即
选项B错误；
C．变压器的输入功率应等于输出功率，即
选项C错误；
D．由
的原线圈中的电流表的示数为
选项D正确。
故选D。
5．如图甲所示是手机无线充电工作原理图，送电线圈接入如图乙所示交变电流，受电线圈未与手机连接，则（　　）

A．当时，受电线圈中磁通量最大
B．当时，cd端电压最小
C．增大送电和受电线圈的间距，cd端电压频率改变
D．增大送电和受电线圈的间距，cd端与ab端电压之比变小
【答案】D
【解析】A．当时，送电线圈的电流为0，则磁通量为0，受电线圈中磁通量最小，故A错误；
B．当时，送电线圈的电流变化率最大，受电线圈中磁通量变化率最大，受电线圈中感应电动势最大，则cd端电压最大，故B错误；
C．受电线圈中电流的频率等于送电线圈中电流的频率，而变压器不改变电流的频率，与送电和受电线圈的间距无关，不会改变cd端电压频率，故C错误；
D．增大送电和受电线圈的间距，送电线圈在受电线圈处产生的磁感应强度减小，cd端电压减小，所以cd端与ab端电压之比变小，故D正确。
故选D。
6．某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的是（　　）

A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量不为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量变大
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
【答案】D
【解析】A．家庭电路正常工作时，零线和火线电流相等，铁芯内磁场叠加为0，L2中的磁通量也为零，故A错误；
B．家庭电路中使用的电器增多时，零线和火线电流都增大，但是仍然大小相等，方向相反，铁芯内磁场叠加为0，L2中的磁通量仍然为0，故B错误；
C．家庭电路发生短路时，零线和火线电流都很大，但是仍然大小相等，方向相反，铁芯内磁场叠加为0，电磁铁不工作，不能吸起开关K，故C错误；
D．地面上的人接触火线发生触电时，零线和火线大小电流不相等，L2中就有感应电流，电磁铁工作，开关K将被电磁铁吸起，故D正确。
故选D。
7．如图所示的理想变压器原、副线圈的匝数之比，原线圈两端分别连接光滑导轨和电流表A1，导轨平面处于匀强磁场中且垂直磁场，副线圈与电阻R、电流表A2相连组成闭合回路。当金属棒AB沿导轨向左匀速切割磁感线运动时，电流表A1的示数是12mA，那么电流表A2的示数为（　　）

A．48mA B．3mA C．0mA D．与R值大小有关
【答案】C
【解析】金属棒AB沿导轨向左匀速切割磁感线运动时，在AB中产生恒定不变的感应电流，则根据变压器的原理可知，次级无感应电流，即电流表A2的示数为0。
故选C。
8．“隔空充电”是目前无线充电技术的主要研究方向，其原理与变压器相似，在充电基座的送电线圈中接入交变电流（如图所示），从而使手机等用电器的受电线圈中产生感应电流（如图所示），若送、受电线圈的匝数分别为、，两端电压的有效值分别为、；流过送、受电线圈的交变电流有效值分别为，频率分别为，由于两线圈间存在一定的距离，则在两线圈中仍成立的关系是（　　）

A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】A．送电线圈与受电线圈通过互感实现能量传递，不改变交变电流的频率，故A正确；
BCD．一部分能量会以电磁波的形式散发到周围的空间损失掉，也有一部分能量转化为手机的内能损失掉。所以两线圈中的
由于传输过程中有“漏磁”及能量的损失，则变压器原副线圈电压电流与匝数的定量关系不再适用，故BCD错误。
故选A。
二、多选题
9．利用如图所示的可拆变压器可以探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系，下列说法中正确的是（ ）

A．为了保证人身安全，可以用4 ~ 6节干电池作为电源
B．使用电压表测电压时，要先用最大量程挡试测
C．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
D．由于漏磁，实际测得变压器原、副线圈的电压比会比原、副线圈的匝数比略大
【答案】BD
【解析】A．变压器只能改变交流电源的电压、电流，故A错误；
B．使用电压表测电压时，要先用最大量程挡试测，故B正确；
C．变压器工作时通过铁芯导磁，利用互感的原理把电能由原线圈输送到副线圈，故C错误；
D．由于漏磁，实际测得变压器原、副线圈的电压比会比原、副线圈的匝数比略大，故D正确。
故选BD。
10．如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为2：1，原线圈接定值电阻、理想电流表A和理想电压表，输入电压；副线圈接定值电阻，最大电阻为10Ω的滑动变阻器和理想电压表。则下列说法正确的是（　　）

A．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，通过的电流的频率变大
B．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，电流表的读数变化范围为A
C．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，电压表的读数变化范围为52~60V
D．当滑动变阻器的滑片从下向上滑动时，电压表的读数变化范围为0~20V
【答案】CD
【解析】A．理想变压器不改变交变电流的频率，即通过的电流的频率不变，故A错误；
BC．输入电压的有效值
由变压器原、副线圈的电压关系，得
由电流关系，得
联立可得
其变化范围为，则电压表的示数为
其变化范围为52~60V，故B错误，C正确；
D．电压表的示数为
其变化范围为0~20V，故D正确。
故选CD。
11．如图所示的理想变压器，原线圈电路中有定值电阻R1，阻值为2R0，接入电动势为的交流电源，内阻不计。副线圈电路中定值电阻R2和滑动变阻器R串联，R2的阻值和滑动交阻器的最大阻值均为R0，原、副线圈的匝数比为10：1，电压表和电流表均为理想交流电表。在滑动变阻器滑片P从最上端缓慢向下滑动至最下端的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．电压表和电流表的示数均逐渐变大
B．R1两端电压与R2两端电压之比始终为1：5
C．通过R2的电流的频率始终为5Hz
D．R1和R2消耗的总功率逐渐增大
【答案】BD
【解析】A．在滑动变阻器滑片P从最上端缓慢向下滑动至最下端的过程中，滑动变阻器的有效值减小，则副线圈的总电阻减小，所以副线圈的电流增大，即电流表的示数逐渐增大；根据变压器的电流比，可知原线圈的电流也增大，故两端的电压增大，因交流电源的电动势有效值不变，所以原线圈两端的电压变小，故电压表的示数逐渐减小，故A错误；
B．设原线圈的电流为，副线圈的电流为，则的电压为
U1=I1R1
的电压为
U2=I2R2
则有
又
解得
故B正确；
C．电源的电动势的瞬时值表达式
可知
则交流电的频率为
因变压器不会改变交流电的频率，故通过R2的电流的频率始终为50Hz，故C错误。
D．由A项分析，可知流过原、副线圈的电流都增大，根据
可知R1和R2消耗的总功率逐渐增大，故D正确。
故选BD。
12．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，原线圈EF两端与宽度m的光滑平行金属轨道连接，轨道平面水平，磁感应强度T的匀强磁场垂直于轨道平面向下。一根阻值不计的金属杆以的速度在轨道上往复运动，并始终与导轨保持良好接触。副线圈GH两端连接的电路如图，三个灯泡的电阻均为4Ω，L是直流电阻不计的理想线圈，C是电容器。下列说法正确的是（　　）

A．三个灯泡中最亮，最暗
B．副线圈中电流的频率为5Hz
C．灯泡的功率为36W
D．若导体棒的运动周期变为0.05s，则灯泡变亮，变暗
【答案】BC
【解析】A．变压器中产生交变电流，线圈和电容对交变电流均有一定的阻碍作用，所以三个灯泡亮度不同，亮度最大，A错误；
B．根据角速度与频率的关系可知
B正确；
C．原线圈产生的电动势为
原线圈电压的有效值
根据理想变压器的电压规律解得两端的电压为
则的功率为
C正确；
D．导体棒的运动周期为，根据周期与频率的关系可知交变电流的频率变为
频率变大，线圈对交变电流的阻碍作用增大，则变暗，电容对交变电流的阻碍作用减小，则变亮，D错误。
故选BC。
13．如图所示，一铁芯为“日”字型的理想变压器，为原线圈，、为副线圈，且。当原线圈接最大值为的正弦交流电压时，通过、线圈的磁感线条数均为通过线圈磁感线条数的一半，则（ ）

A．副线圈与原线圈中交变电流的频率相同
B．副线圈与原线圈中磁通量的变化率相同
C．副线圈的输出电压的有效值为55V
D．当副线圈开路时，原线圈的输入功率与副线圈的输出功率相同
【答案】ACD
【解析】A．、和线圈中的频率均相同，选项A正确。
B．由于相同时间内原线圈磁通量的改变量为副线圈中的两倍，故经过相同时间磁通量的变化率不相同，B错误。
C．由题意
故有
又由
可得
故C正确。
D．在理想变压器中，由能量守恒可知
当副线圈开路，即时
选项D正确。
故选ACD。
14．如图是某型号发电机给外电路供电的工作示意图，已知线圈a在均匀的辐向磁场中运动时会切割磁感线，产生足够大感应电动势，两灯泡、完全相同，变压器可视为理想变压器，匝数，不考虑线圈a的自感现象。下列说法正确的是（　　）

A．若线圈a做匀速运动，只有发光
B．若线圈a做匀速运动，和均发光
C．若线圈a做简谐运动，和均发光，且更亮
D．若线圈a做简谐运动，和均发光，且更亮
【答案】AD
【解析】AB．若线圈a做匀速运动，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生恒定电流，所以发光，但由于电流不变，所以变压器副线圈磁通量不变，副线圈中没有感应电流，所以不发光，故A正确，B错误；
CD．若线圈a做简谐运动，线圈中产生交流电，所以副线圈中有感应电流，因为，所以副线圈中电流小于原线圈电流，所以更亮，故C错误，D正确。
故选AD。
15．家用燃气热水器的内部构造如图甲所示，位于底部的脉冲点火器工作原理电路如图乙所示：点火器电源为2节的干电池，先利用转换器将直流电压转换为正弦交变电压，再将该交变电压加在理想变压器的原线圈上，当副线圈两端的放电针之间电压的最大值超过时就可以高压放电，所产生的电火花就可点燃燃气。则下列说法正确的是（　　）

A．图中电压表的示数为
B．点火器正常工作时，每秒点火100次
C．若转换器损坏了，副线圈两端的放电针依然可以点火
D．只有变压器的匝数超过时，点火器才能正常工作
【答案】BD
【解析】A．由正弦交变电压可知，最大值为
图中电压表的示数为有效值
故A错误；
B．交变电流的频率为
交变电流一个周期两次达到电压最大值，所以点火器正常工作时，每秒点火100次，故B正确；
C．若转换器损坏了，变压器不能工作，副线圈两端没有电压，放电针不可以点火，故C错误；
D．由变压器电压与匝数的关系，可得
所以只有变压器的匝数超过时，点火器才能正常工作，故D正确。
故选BD。

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