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第3节　变压器
学习目标　1.了解变压器的构造及工作原理。2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与线圈匝数之间的关系。3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。4.了解几种常见的变压器。
知识点一　变压器的原理
把两个没有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,如图所示。小灯泡可能发光吗 说出你的道理;如果把线圈与学生电源的直流输出端相连,小灯泡可能发光吗
提示　当左边线圈与交流电源相连时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光。如果线圈与学生电源的直流输出端相连,右边线圈中不会产生感应电流,小灯泡不发光。
1.构造:变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的,如图所示。
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈叫作原线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:与负载连接的线圈叫作副线圈,也叫次级线圈。
2.工作原理
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,铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈能够输出电流。
3.变压器中的能量转化
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。
【思考】
1.如果将变压器的原线圈接到直流电源上,在副线圈上还能输出电压吗
提示　不能,如果将变压器的原线圈接到直流电源上,原线圈的电流不变,副线圈的磁通量不变,副线圈不产生感应电动势,所以在副线圈上不能输出电压。
2.变压器的铁芯为什么用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成
提示　为了减少损耗,变压器的铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样,涡流被限制在狭窄的薄片之中,回路的电阻很大,涡流大为减弱,从而减小了铁损。
例1 (多选)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.当原线圈接入恒定电流时,副线圈也有电压输出
答案　AC
解析　根据变压器的工作原理知,故A正确;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;变压器只改变电压,不改变电流的频率,故C正确;变压器对恒定电流不起作用,故D错误。
(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。
知识点二　实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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,实验中,应用控制变量法,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
两只多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干。
3.实验步骤
(1)如图所示,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.数据处理
(1)将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表
原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈 电压U1 副线圈 电压U2
100 300 2 V
100 400 2 V
300 400 4 V
400 400 4 V
400 100 8 V
400 100 4 V
(2)由表格数据得出结论
①当原线圈匝数和输入电压不变时,随着副线圈匝数增加,输出电压增大。进一步研究可知,副线圈电压与副线圈匝数成正比。
②当副线圈匝数和输入电压不变时,随着原线圈匝数增加,副线圈输出电压变小。进一步研究可知,副线圈电压与原线圈匝数成反比。
5.实验结论
实验分析表明,原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比,即。
6.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用适当的挡位进行测量。
7.实验误差分析
(1)实验所用变压器存在各种损耗。
(2)多用电表的读数存在误差。
例2 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。
(1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是　　　　。
A.为了保证人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12 V
B.连接好电路后,可不经检查电路是否正确,直接接通电源
C.因为使用电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线和接线柱
D.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
(2)某实验小组通过实验,记录的数据如下表:
原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400
副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800
原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86
副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64
通过分析实验数据可得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)D　(2)在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比
解析　(1)变压器改变的是交流电压,因此为了保证人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,A错误;实验通电前必须要先检查电路是否正确,通电时若用手接触裸露的导线、接线柱等,会将人体并联接入电路中,导致所测数据不准确,同时也有安全隐患,B、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,故D正确。
(2)分析每组实验数据,可知的值近似相等,可得出的实验结论是:在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比。
训练1 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中:
(1)原线圈中接入的电源是　　　　。
A.接入电压为220 V交流电源
B.接入学生电源12 V以下直流输出端
C.接入学生电源12 V以下交流输出端
(2)如图所示,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,小灯泡的亮度将变亮
答案　(1)C　(2)AC
解析　(1)做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时,为了人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,故A、B错误,C正确。
(2)与变压器未通电时相比较,通电时,线圈产生磁性,对横条铁芯具有吸引力,若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,故A正确;增加原线圈绕制的圈数,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知输出电压减小,灯泡的亮度降低,故B错误;增加副线圈绕制的圈数,输出电压增大,根据欧姆定律可知,小灯泡的亮度将变亮,故C正确。
知识点三　电压与匝数的关系
1.变压器的作用:能改变交变电流的电压。
2.理想变压器
没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。
3.对理想变压器的理解
(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”。
4.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,＝…
5.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。
6.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+…。
【思考】
1.变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗
提示　变压器原、副线圈所用导线的粗细不一样。例如在升压变压器中原线圈所用导线更粗一些,这是因为升压变压器中n1I2。原线圈中线圈匝数少,电流大,故用粗导线绕制。
2.变压器空载或副线圈短路时会出现什么情况
提示　变压器空载时,无电流、电功率输出,所以输入功率为零;当副线圈短路时,通过副线圈的电流I2无穷大,则通过原线圈的电流I1也无穷大,会把变压器烧坏。
例3 (2026·四川绵阳高二期末)如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1,原线圈两端加上交流电压,其瞬时值表达式为u＝220sin(100πt) V,两个阻值均为110 Ω的电阻R串联后接在副线圈的两端。图中电流表、电压表均为理想交流电表,则(　　)
A.电流表的示数为1 A
B.副线圈内交变电流的频率为25 Hz
C.t＝0.01 s时,电压表的示数为0
D.变压器原线圈的功率为55 W
答案　D
解析　原线圈两端的电压有效值为U1＝ V＝220 V,根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系,解得U2＝110 V,通过副线圈的电流为I2＝ A＝0.5 A,根据理想变压器原、副线圈电流与线圈匝数的关系,解得电流表的示数为I1＝0.25 A,故A错误;原线圈内交变电流的频率为f＝ Hz＝50 Hz,变压器不改变交变电流的频率,副线圈内交变电流的频率为50 Hz,故B错误;电压表的示数为电阻R两端电压的有效值,为U＝I2R＝0.5×110 V＝55 V,故C错误;变压器原线圈的功率为P＝U1I1＝220×0.25 W＝55 W,故D正确。
训练2 (2025·广东卷,2)如图所示,某光伏电站输出功率1 000 kW、电压400 V的交流电,经理想变压器升压至10 kV后,通过输电线输送到变电站,输电线的等效电阻R为5 Ω。下列说法正确的是(　　)
A.变压器原、副线圈匝数比为1∶100
B.输电线上由R造成的电压损失为500 V
C.变压器原线圈中的电流为100 A
D.变压器原、副线圈中电流的频率不同
答案　B
解析　设变压器原线圈的匝数为n1、副线圈的匝数为n2,变压器原线圈两端的电压为U1、副线圈两端的电压为U2,变压器原线圈中的电流为I1、副线圈中的电流为I2,
变压器不能改变交变电流的频率,原、副线圈中的电流的频率相同,D错误。
知识点四　常见的变压器及应用
1.自耦变压器
如图所示,铁芯上只绕一个线圈,低压线圈是高压线圈的一部分,既可以作为升压变压器使用,也可以作为降压变压器使用。
规律:自耦变压器只有一个线圈,每匝线圈产生的电动势E＝相同,故成立。
2.互感器
(1)电压互感器:并联在被测电路中,实质是降压变压器,可以把高电压变成低电压,故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2。如图甲所示。
(2)电流互感器:串联在被测电路中,实质是升压变压器,可以把大电流变成小电流,故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2。如图乙所示。
例4 如图甲为教室的挂扇,图乙为一种自耦变压器的结构示意图,线圈均匀绕在圆环形铁芯上。若在A、B端接输入电压按u＝220sin(100πt) V规律变化的交变电流,在B、C间接风扇。下列表述正确的是(　　)
A.接入风扇的交变电流频率为100 Hz
B.触头P转到线圈中间位置时,风扇所加电压为110 V
C.触头P顺时针旋转时,A、B间输入电流增大
D.触头P顺时针旋转时,风扇的转速加快
答案　B
解析　由A、B端输入电压的表达式可知ω＝＝100π rad/s,T＝＝0.02 s,则频率f＝ Hz＝50 Hz,自耦变压器不改变交变电流的频率,所以接入风扇的交变电流频率为50 Hz,故A错误;A、B端输入电压的有效值为U＝ V＝220 V,此电压加在线圈的A、B两端,所以触头P转到线圈中间位置时,风扇所加电压为110 V,故B正确;触头P顺时针旋转时,B、C间的线圈匝数减少,电压减小,给风扇所加电压减小,通过风扇的电流减小,自耦变压器的输出功率减小,风扇的转速减慢;输入功率减小,输入电压有效值不变,A、B间输入电流减小,故C、D错误。
训练3 (2026·山东潍坊高二期中)互感器又称仪用变压器,是电流互感器和电压互感器的统称。它能将高电压变成低电压、大电流变成小电流,用于测量或保护系统。如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,a、b是交流电压表或交流电流表,若高压输电线间电压为220 kV,T1的原、副线圈匝数比为1∶100,交流电压表的示数为100 V,交流电流表的示数为1 A,则(　　)
A.a是交流电压表,b是交流电流表
B.T2的原、副线圈匝数比为2 200∶1
C.高压线路输送的电流为1 A
D.高压线路输送的电功率为2×104 kW
答案　B
解析　T1两端接在同一根电线上,因此a是交流电流表,T2两端接在两根电线上,因此b是交流电压表,故A错误;变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比,所以T2原、副线圈匝数之比为220 000∶100＝2 200∶1,故B正确;变压器原、副线圈的电流与匝数成反比,则高压线路输送的电流为100 A,故C错误;高压线路输送的电功率为P＝UI＝220 kV×100 A＝2.2×104 kW,故D错误。
随堂对点自测
1.(变压器的原理)关于变压器的工作原理,以下说法正确的是(　　)
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.变压器是依靠自感过程进行工作的
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
答案　C
解析　通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的,即磁通量Φ变化,故A错误;变压器的工作原理是互感现象,原、副线圈并没有直接相连,故B、D错误;穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势,符合法拉第电磁感应定律,故C正确。
2.(探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)(多选)如图所示,在用可拆变压器做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时,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,可用直流电压表
C.原线圈接0、8接线柱,副线圈接0、4接线柱,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
答案　AD
解析　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,因此要用可拆卸的变压器研究,探究线圈电压与匝数的关系采用控制变量法,即先保持原线圈匝数和电压不变,改变副线圈匝数,研究其对副线圈电压的影响,选项A、D正确;直流电压表不能测量交流电压,选项B错误;原线圈匝数大于副线圈匝数时,副线圈电压小于原线圈电压,选项C错误。
3.(变压器基本关系的应用)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
答案　A
解析　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。
4.(常见的变压器)如图所示,甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1,电压表读数为U,乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2,电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(　　)
A.k1U,k2I B.k1U,
C.,k2I D.,
答案　B
解析　图甲是电压互感器,是降压变压器,电压表的示数是变压器的输出电压,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可以得出输入电压,即U1＝k1U;图乙是电流互感器,是升压变压器,电流表的示数是输出电流,根据变流比可以得出输入电流为I1＝,故B正确,A、C、D错误。
基础对点练
题组一　变压器的原理
1.关于变压器,下列说法正确的是(　　)
A.变压器无论对交流还是直流都能按需要升压或降压
B.变压器原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数比
C.变压器原、副线圈中的磁通量都发生变化,它们产生相同的感应电动势
D.忽略变压器铁芯和线圈的能量损耗,输出功率等于输入功率
答案　D
解析　变压器是根据电磁感应原理制作的,只能对交流按需要升压或降压,故A错误;变压器原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数比,是在没有能量损失的前提下,故B错误;变压器原、副线圈中的磁通量都发生变化,磁通量变化率相同,但匝数不同,感应电动势不同,故C错误;对于忽略了变压器铁芯和线圈的能量损耗的变压器,输出功率等于输入功率,故D正确。
2.(2026·浙江宁波期中)下列装置中,其所涉及的原理与变压器不同的是(　　)
答案　A
解析　电磁炉、延迟继电器、无线充电器的工作原理均与变压器的工作原理相同,都是电磁感应现象,故B、C、D错误;音响的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用,与变压器原理不相同,故A正确。
题组二　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
3.(2026·广东广州高二期末)某同学用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。
(1)先将图甲中的零件组装成图乙中的变压器。再将原线圈接在交流电源上,之后再将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上,观察到副线圈输出电压U2随时间t变化的图像如图丙所示,在保证安全的前提下,该同学可能在t1~t2时间内进行的操作是　　　　。
A.减少了原线圈的匝数
B.减少了原线圈的输入电压
C.增大了交流电源的频率
D.拔掉了变压器铁芯Q
(2)用匝数na＝50匝和nb＝150匝的变压器,实验测量数据如下表。
Ua/V 1.25 2.61 3.30
Ub/V 3.80 7.92 9.98
根据测量数据可判断连接电源的线圈是　　　　 (选填“na”或“nb”)。
(3)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,原因不可能为　　　　。
A.原、副线圈通电发热
B.铁芯在交变磁场作用下产生涡流
C.变压器铁芯“漏磁”
D.原线圈输入电压发生变化
答案　(1)A　(2)nb　(3)D
解析　(1)由图丙知,t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值,而周期不变,根据,减少原线圈的匝数,副线圈输出电压U2增大,故A正确;若减少原线圈的输入电压,副线圈输出电压U2减小,故B错误;只增大交流电源的频率,不能改变副线圈输出电压U2,故C错误;拔掉变压器铁芯Q,副线圈输出电压U2减小,故D错误。
(2)由表中数据可知,≠,变压器存在漏磁现象,副线圈两端测量值小于理论值,所以连接电源的线圈是nb。
(3)原、副线圈通电发热、铁芯在交变磁场作用下产生涡流,都会使变压器输出功率发生变化,从而导致电压比与匝数比有差别,故A、B不符合题意;变压器铁芯漏磁,从而导致电压比与匝数比有差别,故C不符合题意;原线圈输入电压发生变化,不会影响电压比和匝数比,故D符合题意。
题组三　电压与匝数的关系
4.(2026·广西南宁高二期中)如图,可以将电压升高供给电灯的变压器是(　　)
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。
5.某同学设计了一个充电装置,如图所示。假设永磁体的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交变电流,周期为0.2 s,电压最大值为0.06 V。理想变压器原线圈接螺线管、副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶50。下列说法正确的是(　　)
A.交变电流的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3.6 V
C.永磁体磁场越强,变压器输出电压越大
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
答案　C
解析　由题意知T＝0.2 s,则f＝＝5 Hz,A错误;由可得Um2＝3 V,B错误;变压器原线圈产生交变电压的原理是永磁体在线圈中往复运动产生感应电动势,其大小与磁场强弱有关,C正确;对于理想变压器,在输电过程中满足输入功率等于输出功率,故充电电路的输入功率即变压器的输出功率与变压器的输入功率相等,D错误。
6.(2026·湖南长沙高二期中)对如图甲所示的理想变压器,副线圈回路中接有阻值为R＝10 Ω的电阻,现给变压器原线圈加上如图乙所示的正弦交流电,开关S闭合后电压表的示数为50 V,下列说法正确的是(　　)
A.理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1
B.理想变压器原线圈的电压为100 V
C.理想变压器原线圈的电流为2.5 A
D.变压器输出功率为500 W
答案　C
解析　根据图乙可知变压器原线圈的输入电压的有效值为100 V,根据变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系,有,故A、B错误;根据欧姆定律可知副线圈中的电流为I2＝ A＝5 A,再根据变压器原、副线圈电流和匝数的关系,有,可得理想变压器原线圈的电流为I1＝ A＝2.5 A,故C正确;变压器的输出功率为P2＝U2I2＝50×5 W＝250 W,故D错误。
题组四　常见的变压器及应用
7.电位器是一种常见的电子元件,它通常由电阻体和可转动的电刷组成,如图所示。可以改变电位器上的连接点位置,从而改变电路中的电位差或电阻值,则当电位器的(　　)
A.1、2连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻减小
B.1、3连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻减小
C.1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端,顺时针转动电刷,输出电压增大
D.1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端,顺时针转动电刷,输出电压减小
答案　C
解析　由题图可知,1、2连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻增大,故A错误;1、3连接点接入电路时,顺时针转动电刷,无法改变电位器接入电路中的阻值,电阻不变,故B错误;1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端时,电位器相当于自耦变压器,顺时针转动电刷相当于输入端线圈匝数不变,输出端线圈匝数变大,由电压与匝数成正比可知,输出电压增大,故C正确,D错误。
8.(2026·江西南昌高二期末)如图所示,l1和l2是输电线,所接入的电压互感器变压比为100∶1,电流互感器变流比为100∶1,在图中空圈内应接入何种电表 若所接入的电压表示数为220 V,电流表示数为1 000 A,则输电线路中的功率为多少(　　)
A.1应接入电压表,输电线路中的功率为2.2×109 W
B.1应接入电流表,输电线路中的功率为2.2×109 W
C.2应接入电压表,输电线路中的功率为2.2×105 W
D.2应接入电流表,输电线路中的功率为2.2×105 W
答案　A
解析　由图可知与1表相接的为电压互感器,1应接入电压表;与2表相接的为电流互感器,2应接入电流表。电压表示数为220 V,电流表示数为1 000 A,可知输电线路的电压和电流分别为U＝22 000 V,I＝105 A,所以输电线路中的功率为P＝UI＝2.2×109 W,故A正确。
综合提升练
9.(2026·内蒙古赤峰期末)如图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在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,下列说法正确的是(　　)
A.实现点火的条件是n2>1 000n1
B.实现点火的条件是n2>1 000n1
C.开关闭合后电压表V的示数为5 V
D.开关闭合后电压表V的示数为2.5 V
答案　A
解析　根据题意有U2＝U1>5 000 V,由题图乙可知U1＝5 V,联立解得n2>1 000n1,故A正确,B错误;变压器输入端电压有效值U'＝＝2.5 V,开关闭合后电压表V的示数为2.5 V,故C、D错误。
10.教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表、理想交流电压表的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的,则(　　)
A.R消耗的功率变为P
B.电压表的读数变为U
C.电流表的读数变为2I
D.通过R的交变电流频率不变
答案　B
解析　发电机线圈的转速变为原来的,则交变电流频率变为原来的,则通过R的交变电流频率也变为原来的,故D错误;由E＝知,原线圈中输入电压变为原来的,根据,则U2变为原来的,即U2＝U,则通过R的电流变为原来的,R消耗的功率P2＝P,故B正确,A错误;根据,原线圈上的电流也变为原来的,即电流表的读数变为I,故C错误。
11.(2025·四川绵阳高二期中)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,某同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
(1)本实验中,实验室有下列器材:
A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B.条形磁体
C.直流电源
D.多用电表
E.开关、导线若干
上述器材在本实验中需要的有　　　　(填器材序号),本实验中还需要用到的器材有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)对于实验过程,下列说法正确的有　　　　。
A.变压器的原线圈接低压交变电流,测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B.为便于探究,应该采用控制变量法
C.因为实验所用电压较低,通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等
D.使用多用电表测电压时,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量
(3)实验中,电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱,副线圈接“0”“4”接线柱,副线圈所接电表的示数为5.0 V,若变压器是理想变压器,则原线圈的电压应为　　　　。
A.18.0 V B.5.0 V C.10.0 V D.2.5 V
(4)组装变压器时,该同学没有将铁芯闭合,如图所示,原线圈接12.0 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　　　　。
A.0.65 V B.96.0 V
C.1.5 V D.0
答案　(1)ADE　低压交流电源　(2)BD　(3)C　(4)A
解析　(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,使用的是交流电,所以需要可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈),磁场是利用了电流的磁效应,所以不需要条形磁体,需要多用电表测电压、开关、导线若干,故选ADE;本实验中还需要用到的器材是低压交流电源。
(2)为便于探究,应该采用控制变量法,B正确;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”,A错误;使用多用电表测电压时,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量,D正确;虽然实验所用电压较低,但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等,这样可减小实验误差,避免发生危险,C错误。
(3)根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比规律可知,副线圈所接电表的示数为5.0 V,原线圈的电压应为10.0 V,故C正确。
(4)组装变压器时,该同学没有将铁芯闭合,则变压器漏磁比较厉害,连接副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈两端的电压,若为理想变压器,则U2 ＝ U1 ＝ ×12 V＝1.5 V,则交流电压表的实际读数小于1.5 V,故A正确。(共70张PPT)
第3节　变压器
第三章　交变电流
1.了解变压器的构造及工作原理。
2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与线圈匝数之间的关系。
3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。
4.了解几种常见的变压器。
学习目标
目 录
00ONTENTS
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　实验:探究变压器原、副线圈电压与
匝数的关系
知识点一　变压器的原理
知识点三　电压与匝数的关系
知识点四　常见的变压器及应用
知识点一　变压器的原理
把两个没有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,如图所示。小灯泡可能发光吗 说出你的道理;如果把线圈与学生电源的直流输出端相连,小灯泡可能发光吗
提示　当左边线圈与交流电源相连时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光。如果线圈与学生电源的直流输出端相连,右边线圈中不会产生感应电流,小灯泡不发光。
1.构造:变压器是由____________和绕在铁芯上的两个______组成的,如图所示。
(1)原线圈:与____________连接的线圈叫作原线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:与______连接的线圈叫作副线圈,也叫次级线圈。
闭合铁芯
线圈
交流电源
负载
2.工作原理
______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______,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生_______________,副线圈能够输出电流。
3.变压器中的能量转化
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。
互感
磁场
感应电动势
磁场
电场
【思考】
1.如果将变压器的原线圈接到直流电源上,在副线圈上还能输出电压吗
提示　不能,如果将变压器的原线圈接到直流电源上,原线圈的电流不变,副线圈的磁通量不变,副线圈不产生感应电动势,所以在副线圈上不能输出电压。
2.变压器的铁芯为什么用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成
提示　为了减少损耗,变压器的铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样,涡流被限制在狭窄的薄片之中,回路的电阻很大,涡流大为减弱,从而减小了铁损。
例1 (多选)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.当原线圈接入恒定电流时,副线圈也有电压输出
解析　根据变压器的工作原理知,故A正确;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;变压器只改变电压,不改变电流的频率,故C正确;变压器对恒定电流不起作用,故D错误。
AC
(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。
知识点二　实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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,实验中,应用控制变量法,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
两只多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干。
3.实验步骤
(1)如图所示,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.数据处理
(1)将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表
原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈 电压U1 副线圈 电压U2
100 300 2 V
100 400 2 V
300 400 4 V
400 400 4 V
400 100 8 V
400 100 4 V
(2)由表格数据得出结论
①当原线圈匝数和输入电压不变时,随着副线圈匝数增加,输出电压增大。进一步研究可知,副线圈电压与副线圈匝数成正比。
②当副线圈匝数和输入电压不变时,随着原线圈匝数增加,副线圈输出电压变小。进一步研究可知,副线圈电压与原线圈匝数成反比。
5.实验结论
实验分析表明,原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比,即。
6.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用适当的挡位进行测量。
7.实验误差分析
(1)实验所用变压器存在各种损耗。
(2)多用电表的读数存在误差。
例2 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。
(1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是____________。
A.为了保证人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12 V
B.连接好电路后,可不经检查电路是否正确,直接接通电源
C.因为使用电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线和接线柱
D.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
解析　变压器改变的是交流电压,因此为了保证人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,A错误;实验通电前必须要先检查电路是否正确,通电时若用手接触裸露的导线、接线柱等,会将人体并联接入电路中,导致所测数据不准确,同时也有安全隐患,B、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,故D正确。
答案　D
(2)某实验小组通过实验,记录的数据如下表:
原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400
副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800
原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86
副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64
通过分析实验数据可得出的实验结论是________________________________
______________________________________________________________。
解析　分析每组实验数据,可知的值近似相等,可得出的实验结论是:在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比。
答案　在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比
训练1 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中:
(1)原线圈中接入的电源是____________。
A.接入电压为220 V交流电源 B.接入学生电源12 V以下直流输出端
C.接入学生电源12 V以下交流输出端
(2)如图所示,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,小灯泡的亮度将变亮
答案　(1)C　(2)AC
解析　(1)做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时,为了人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,故A、B错误,C正确。
(2)与变压器未通电时相比较,通电时,线圈产生磁性,对横条铁芯具有吸引力,若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,故A正确;增加原线圈绕制的圈数,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知输出电压减小,灯泡的亮度降低,故B错误;增加副线圈绕制的圈数,输出电压增大,根据欧姆定律可知,小灯泡的亮度将变亮,故C正确。
知识点三　电压与匝数的关系
1.变压器的作用:能改变交变电流的电压。
2.理想变压器
没有___________的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个____________。
3.对理想变压器的理解
(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”。
能量损耗
理想化模型
4.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______变压器。
当n2(2)有多个副线圈时,＝…
>
升压
<
降压
5.功率关系
从能量守恒看,理想变压器的输入功率______输出功率,即P入＝P出。
6.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+…。
等于
【思考】
1.变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗
提示　变压器原、副线圈所用导线的粗细不一样。例如在升压变压器中原线圈所用导线更粗一些,这是因为升压变压器中n1I2。原线圈中线圈匝数少,电流大,故用粗导线绕制。
2.变压器空载或副线圈短路时会出现什么情况
提示　变压器空载时,无电流、电功率输出,所以输入功率为零;当副线圈短路时,通过副线圈的电流I2无穷大,则通过原线圈的电流I1也无穷大,会把变压器烧坏。
例3 (2026·四川绵阳高二期末)如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1,原线圈两端加上交流电压,其瞬时值表达式为u＝220sin(100πt) V,两个阻值均为110 Ω的电阻R串联后接在副线圈的两端。图中电流表、电压表均为理想交流电表,则(　　)
D
A.电流表的示数为1 A
B.副线圈内交变电流的频率为25 Hz
C.t＝0.01 s时,电压表的示数为0
D.变压器原线圈的功率为55 W
解析　原线圈两端的电压有效值为U1＝ V＝220 V,根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系,解得U2＝110 V,通过副线圈的电流为I2＝ A＝0.5 A,根据理想变压器原、副线圈电流与线圈匝数的关系,解得电流表的示数为I1＝0.25 A,故A错误;原线圈内交变电流的频率为f＝ Hz＝50 Hz,变压器不改变交变电流的频率,副线圈内交变电流的频率为50 Hz,故B错误;电压表的示数为电阻R两端电压的有效值,为U＝I2R＝0.5×110 V＝55 V,故C错误;变压器原线圈的功率为P＝U1I1＝220×0.25 W＝55 W,故D正确。
训练2 (2025·广东卷,2)如图所示,某光伏电站输出功率1 000 kW、电压400 V的交流电,经理想变压器升压至10 kV后,通过输电线输送到变电站,输电线的等效电阻R为5 Ω。下列说法正确的是(　　)
B
A.变压器原、副线圈匝数比为1∶100
B.输电线上由R造成的电压损失为500 V
C.变压器原线圈中的电流为100 A
D.变压器原、副线圈中电流的频率不同
解析　设变压器原线圈的匝数为n1、副线圈的匝数为n2,变压器原线圈两端的电压为U1、副线圈两端的电压为U2,变压器原线圈中的电流为I1、副线圈中的电流为I2,
变压器不能改变交变电流的频率,原、副线圈中的电流的频率相同,D错误。
知识点四　常见的变压器及应用
1.自耦变压器
如图所示,铁芯上只绕一个线圈,低压线圈是高压线圈的一部分,既可以作为升压变压器使用,也可以作为降压变压器使用。
规律:自耦变压器只有一个线圈,每匝线圈产生的电动势E＝相同,故成立。
2.互感器
(1)电压互感器:并联在被测电路中,实质是降压变压器,可以把高电压变成低电压,故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2。如图甲所示。
(2)电流互感器:串联在被测电路中,实质是升压变压器,可以把大电流变成小电流,故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2。如图乙所示。
例4 如图甲为教室的挂扇,图乙为一种自耦变压器的结构示意图,线圈均匀绕在圆环形铁芯上。若在A、B端接输入电压按u＝220sin(100πt) V规律变化的交变电流,在B、C间接风扇。下列表述正确的是(　　)
A.接入风扇的交变电流频率为100 Hz
B.触头P转到线圈中间位置时,风扇所加电压为110 V
C.触头P顺时针旋转时,A、B间输入电流增大
D.触头P顺时针旋转时,风扇的转速加快
B
解析　由A、B端输入电压的表达式可知ω＝＝100π rad/s,T＝＝0.02 s,则频率f＝ Hz＝50 Hz,自耦变压器不改变交变电流的频率,所以接入风扇的交变电流频率为50 Hz,故A错误;A、B端输入电压的有效值为U＝ V＝220 V,此电压加在线圈的A、B两端,所以触头P转到线圈中间位置时,风扇所加电压为110 V,故B正确;触头P顺时针旋转时,B、C间的线圈匝数减少,电压减小,给风扇所加电压减小,通过风扇的电流减小,自耦变压器的输出功率减小,风扇的转速减慢;输入功率减小,输入电压有效值不变,A、B间输入电流减小,故C、D错误。
训练3 (2026·山东潍坊高二期中)互感器又称仪用变压器,是电流互感器和电压互感器的统称。它能将高电压变成低电压、大电流变成小电流,用于测量或保护系统。如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,a、b是交流电压表或交流电流表,若高压输电线间电压为220 kV,T1的原、副线圈匝数比为1∶100,交流电压表的示数为100 V,交流电流表的示数为1 A,则(　　)
A.a是交流电压表,b是交流电流表
B.T2的原、副线圈匝数比为2 200∶1
C.高压线路输送的电流为1 A
D.高压线路输送的电功率为2×104 kW
B
解析　T1两端接在同一根电线上,因此a是交流电流表,T2两端接在两根电线上,因此b是交流电压表,故A错误;变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比,所以T2原、副线圈匝数之比为220 000∶100＝2 200∶1,故B正确;变压器原、副线圈的电流与匝数成反比,则高压线路输送的电流为100 A,故C错误;高压线路输送的电功率为P＝UI＝220 kV×100 A＝2.2×104 kW,故D错误。
随堂对点自测
2
C
1.(变压器的原理)关于变压器的工作原理,以下说法正确的是(　　)
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.变压器是依靠自感过程进行工作的
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　通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的,即磁通量Φ变化,故A错误;变压器的工作原理是互感现象,原、副线圈并没有直接相连,故B、D错误;穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势,符合法拉第电磁感应定律,故C正确。
AD
2.(探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)(多选)如图所示,在用可拆变压器做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时,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,可用直流电压表
C.原线圈接0、8接线柱,副线圈接0、4接线柱,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
解析　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,因此要用可拆卸的变压器研究,探究线圈电压与匝数的关系采用控制变量法,即先保持原线圈匝数和电压不变,改变副线圈匝数,研究其对副线圈电压的影响,选项A、D正确;直流电压表不能测量交流电压,选项B错误;原线圈匝数大于副线圈匝数时,副线圈电压小于原线圈电压,选项C错误。
A
3.(变压器基本关系的应用)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
解析　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。
B
4.(常见的变压器)如图所示,甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1,电压表读数为U,乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2,电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(　　)
A.k1U,k2I B.k1U,
C.,k2I D.,
解析　图甲是电压互感器,是降压变压器,电压表的示数是变压器的输出电压,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可以得出输入电压,即U1＝k1U;图乙是电流互感器,是升压变压器,电流表的示数是输出电流,根据变流比可以得出输入电流为I1＝,故B正确,A、C、D错误。
课后巩固训练
3
D
基础对点练
题组一　变压器的原理
1.关于变压器,下列说法正确的是(　　)
A.变压器无论对交流还是直流都能按需要升压或降压
B.变压器原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数比
C.变压器原、副线圈中的磁通量都发生变化,它们产生相同的感应电动势
D.忽略变压器铁芯和线圈的能量损耗,输出功率等于输入功率
解析　变压器是根据电磁感应原理制作的,只能对交流按需要升压或降压,故A错误;变压器原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数比,是在没有能量损失的前提下,故B错误;变压器原、副线圈中的磁通量都发生变化,磁通量变化率相同,但匝数不同,感应电动势不同,故C错误;对于忽略了变压器铁芯和线圈的能量损耗的变压器,输出功率等于输入功率,故D正确。
A
2.(2026·浙江宁波期中)下列装置中,其所涉及的原理与变压器不同的是(　　)
解析　电磁炉、延迟继电器、无线充电器的工作原理均与变压器的工作原理相同,都是电磁感应现象,故B、C、D错误;音响的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用,与变压器原理不相同,故A正确。
题组二　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
3.(2026·广东广州高二期末)某同学用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。
(1)先将图甲中的零件组装成图乙中的变压器。再将原线圈接在交流电源上,之后再将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上,观察到副线圈输出电压U2随时间t变化的图像如图丙所示,在保证安全的前提下,该同学可能在t1~t2时间内进行的操作是____________。
A.减少了原线圈的匝数 B.减少了原线圈的输入电压
C.增大了交流电源的频率 D.拔掉了变压器铁芯Q
(2)用匝数na＝50匝和nb＝150匝的变压器,实验测量数据如下表。
Ua/V 1.25 2.61 3.30
Ub/V 3.80 7.92 9.98
根据测量数据可判断连接电源的线圈是_________(选填“na”或“nb”)。
(3)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,原因不可能为________。
A.原、副线圈通电发热 B.铁芯在交变磁场作用下产生涡流
C.变压器铁芯“漏磁” D.原线圈输入电压发生变化
答案　(1)A　(2)nb　(3)D
解析　(1)由图丙知,t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值,而周期不变,根据,减少原线圈的匝数,副线圈输出电压U2增大,故A正确;若减少原线圈的输入电压,副线圈输出电压U2减小,故B错误;只增大交流电源的频率,不能改变副线圈输出电压U2,故C错误;拔掉变压器铁芯Q,副线圈输出电压U2减小,故D错误。
(2)由表中数据可知,≠,变压器存在漏磁现象,副线圈两端测量值小于理论值,所以连接电源的线圈是nb。
(3)原、副线圈通电发热、铁芯在交变磁场作用下产生涡流,都会使变压器输出功率发生变化,从而导致电压比与匝数比有差别,故A、B不符合题意;变压器铁芯漏磁,从而导致电压比与匝数比有差别,故C不符合题意;原线圈输入电压发生变化,不会影响电压比和匝数比,故D符合题意。
B
题组三　电压与匝数的关系
4.(2026·广西南宁高二期中)如图,可以将电压升高供给电灯的变压器是(　　)
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。
C
5.某同学设计了一个充电装置,如图所示。假设永磁体的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交变电流,周期为0.2 s,电压最大值为0.06 V。理想变压器原线圈接螺线管、副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶50。下列说法正确的是(　　)
A.交变电流的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3.6 V
C.永磁体磁场越强,变压器输出电压越大
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
解析　由题意知T＝0.2 s,则f＝＝5 Hz,A错误;由可得Um2＝3 V,B错误;变压器原线圈产生交变电压的原理是永磁体在线圈中往复运动产生感应电动势,其大小与磁场强弱有关,C正确;对于理想变压器,在输电过程中满足输入功率等于输出功率,故充电电路的输入功率即变压器的输出功率与变压器的输入功率相等,D错误。
C
6.(2026·湖南长沙高二期中)对如图甲所示的理想变压器,副线圈回路中接有阻值为R＝10 Ω的电阻,现给变压器原线圈加上如图乙所示的正弦交流电,开关S闭合后电压表的示数为50 V,下列说法正确的是(　　)
A.理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1 B.理想变压器原线圈的电压为100 V
C.理想变压器原线圈的电流为2.5 A D.变压器输出功率为500 W
解析　根据图乙可知变压器原线圈的输入电压的有效值为100 V,根据变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系,有,故A、B错误;根据欧姆定律可知副线圈中的电流为I2＝ A＝5 A,再根据变压器原、副线圈电流和匝数的关系,有,可得理想变压器原线圈的电流为I1＝ A＝2.5 A,故C正确;变压器的输出功率为P2＝U2I2＝50×5 W＝250 W,故D错误。
C
题组四　常见的变压器及应用
7.电位器是一种常见的电子元件,它通常由电阻体和可转动的电刷组成,如图所示。可以改变电位器上的连接点位置,从而改变电路中的电位差或电阻值,则当电位器的(　　)
A.1、2连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻减小
B.1、3连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻减小
C.1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端,顺时针转动电刷,输出电压增大
D.1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端,顺时针转动电刷,输出电压减小
解析　由题图可知,1、2连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻增大,故A错误;1、3连接点接入电路时,顺时针转动电刷,无法改变电位器接入电路中的阻值,电阻不变,故B错误;1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端时,电位器相当于自耦变压器,顺时针转动电刷相当于输入端线圈匝数不变,输出端线圈匝数变大,由电压与匝数成正比可知,输出电压增大,故C正确,D错误。
A
8.(2026·江西南昌高二期末)如图所示,l1和l2是输电线,所接入的电压互感器变压比为100∶1,电流互感器变流比为100∶1,在图中空圈内应接入何种电表 若所接入的电压表示数为220 V,电流表示数为1 000 A,则输电线路中的功率为多少(　　)
A.1应接入电压表,输电线路中的功率为2.2×109 W
B.1应接入电流表,输电线路中的功率为2.2×109 W
C.2应接入电压表,输电线路中的功率为2.2×105 W
D.2应接入电流表,输电线路中的功率为2.2×105 W
解析　由图可知与1表相接的为电压互感器,1应接入电压表;与2表相接的为电流互感器,2应接入电流表。电压表示数为220 V,电流表示数为1 000 A,可知输电线路的电压和电流分别为U＝22 000 V,I＝105 A,所以输电线路中的功率为P＝UI＝2.2×109 W,故A正确。
A
综合提升练
9.(2026·内蒙古赤峰期末)如图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在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,下列说法正确的是(　　)
A.实现点火的条件是n2>1 000n1
B.实现点火的条件是n2>1 000n1
C.开关闭合后电压表V的示数为5 V
D.开关闭合后电压表V的示数为2.5 V
解析　根据题意有U2＝U1>5 000 V,由题图乙可知U1＝5 V,联立解得n2>1 000n1,故A正确,B错误;变压器输入端电压有效值U'＝＝2.5 V,开关闭合后电压表V的示数为2.5 V,故C、D错误。
B
11.(2025·四川绵阳高二期中)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,某同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
(1)本实验中,实验室有下列器材:
A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B.条形磁体
C.直流电源
D.多用电表
E.开关、导线若干
上述器材在本实验中需要的有______(填器材序号),本实验中还需要用到的器材有_______。
(2)对于实验过程,下列说法正确的有____________。
A.变压器的原线圈接低压交变电流,测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B.为便于探究,应该采用控制变量法
C.因为实验所用电压较低,通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等
D.使用多用电表测电压时,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量
(3)实验中,电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱,副线圈接“0”“4”接线柱,副线圈所接电表的示数为5.0 V,若变压器是理想变压器,则原线圈的电压应为____________。
A.18.0 V B.5.0 V C.10.0 V D.2.5 V
(4)组装变压器时,该同学没有将铁芯闭合,如图所示,原线圈接12.0 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____________。
A.0.65 V B.96.0 V C.1.5 V D.0
答案　(1)ADE　低压交流电源　(2)BD　(3)C　(4)A
解析　(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,使用的是交流电,所以需要可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈),磁场是利用了电流的磁效应,所以不需要条形磁体,需要多用电表测电压、开关、导线若干,故选ADE;本实验中还需要用到的器材是低压交流电源。
(2)为便于探究,应该采用控制变量法,B正确;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”,A错误;使用多用电表测电压时,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量,D正确;虽然实验所用电压较低,但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等,这样可减小实验误差,避免发生危险,C错误。
(3)根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比规律可知,副线圈所接电表的示数为5.0 V,原线圈的电压应为10.0 V,故C正确。
(4)组装变压器时,该同学没有将铁芯闭合,则变压器漏磁比较厉害,连接副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈两端的电压,若为理想变压器,则U2 ＝ U1 ＝ ×12 V＝1.5 V,则交流电压表的实际读数小于1.5 V,故A正确。
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