【推荐】专题45 变压器基本规律及其应用-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

【推荐】专题45 变压器基本规律及其应用-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

一：专题概述 ‎1．构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。‎ ‎(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。‎ ‎(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。‎ ‎2．原理：电流磁效应、电磁感应。‎ ‎3．基本关系式 ‎(1)功率关系：P入＝P出。‎ ‎(2)电压关系：＝。‎ ‎(3)电流关系：只有一个副线圈时＝。‎ ‎(4)频率关系：f入＝f出。‎ ‎4．几种常用的变压器 ‎(1)自耦变压器——调压变压器 ‎(2)互感器 二：典例精讲 典例1：关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　)‎ A. 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 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】理想变压器的工作原理是利用了电磁感应现象，穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势，C对。‎ 典例2：(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1。电池和交变电源的电动势都为6‎ ‎ V，内阻均不计。下列说法正确的是(　　)‎ A．S与a接通的瞬间，R中无感应电流 B．S与a接通稳定后，R两端的电压为0‎ C．S与b接通稳定后，R两端的电压为3 V D．S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2∶1‎ ‎【答案】BC 典例3：如图甲所示，理想变压器的原线圈装有0.5A的保险丝L，匝数n1=600匝，副线圈的匝数n2=120匝。当原线圈接在如图乙所示的交流电源上时，要使整个电路正常工作，则副线圈两端 A. 可接电阻值为18Ω的电烙铁 B. 可接耐压值为36 V的电容器 C. 可接工作频率为10Hz的用电器 D. 可并联接上两盏“36V，40W”的灯泡 ‎【答案】AD ‎【解析】由原线圈电流最大为0.5A知副线圈允许的最大电流为．由乙图知输入电压有效值为180V，所以副线圈两端电压有效值为，接阻值为18Ω的电电烙铁时，电流为，此时原线圈中是流 ，可以正常工作，故A正确；副线圈两端电压峰值为36V，超过电容的耐压值；故B错误；由乙图知周期为0.02s频率为50Hz，不能为10Hz的电视供电；故C错误；并联两盏的“36V 40W”灯泡时，电流为2×＜2.5A，D正确；故选AD.‎ 三 总结提升 理想变压器原、副线圈的制约关系和动态问题分析 ‎1. 制约关系 ‎(1) 电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=,可简述为“原制约副”.‎ ‎(2) 电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=,可简述为“副制约原”.‎ ‎(3) 负载制约:变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2决定,即I2=.‎ ‎2. 动态问题分析的思路可表示为:‎ U1U2I2I1P1.‎ 四 提升专练 ‎1.(多选)关于变压器，下列说法正确的是（ ）‎ A. 变压器可以将交流电压升高或降低 B. 升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数 C. 理想变压器的输入功率和输出功率相等 D. 不论是交流电还是直流电均能进行变压 ‎【答案】ABC ‎2.(多选)理想变压器原、副线圈中的电流I1、I2，电压U1、U2，功率为P1、P2‎ ‎，关于它们之间的关系，正确的说法是 A. I2由I1决定 B. U2与负载有关 C. P1由P2决定 D. 以上说法都不正确 ‎【答案】AC ‎【解析】输入功率等于输出功率，所以I1由I2决定，P1由P2决定，AC正确； U2与输入电压和匝数比决定，与负载无关，B错误；故选：AC。‎ ‎3.关于理想变压器，下列说法中正确的是(　　)‎ A. 它的输出功率等于它的输入功率 B. 它的输出功率可以大于它的输入功率 C. 原、副线圈两端的电压与它们的匝数成反比 D. 原、副线圈的电流与它们的匝数成正比 ‎【答案】A ‎【解析】输入的功率的大小是由输出功率的大小决定的，并且大小相等，所以A正确、B错误；输出电压是由输入电压和匝数比决定的，电压与匝数成正比，所以C错误；原副线圈的电流与它们的匝数成反比，所以D错误。‎ ‎4.(多选)理想变压器原线圈a匝数n1=500，副线圈b匝数n2=100，线圈a接在如图所示的交变电压的交流电源上，“3 V，6 W”的灯泡恰好正常发光，电阻R2=18.5 Ω，电压表V为理想电表。下列推断正确的是（ ）‎ ‎ ‎ A. 交变电流的频率为100 Hz B. 穿过铁芯的磁通量的最大变化率为 Wb/s C. R1消耗的功率是8 W D. 电压表V的示数为44 V ‎【答案】BC ‎5．(多选)如图所示，将额定电压为60 V 的用电器通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　)‎ A．变压器输入功率为484 W B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3‎ ‎【答案】BD ‎【解析】根据理想变压器的变压规律，可得n1∶n2＝U1∶U2＝11∶3，D选项正确；理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出＝60×2.2 W＝132 W，A选项错误；根据理想变压器的变流规律，即I1∶I2＝n2∶n1，可得通过原线圈的电流的有效值为I1＝I2＝0.6 A，B选项正确；通过变压器的是正弦交流电，所以副线圈的电流的最大值为Im＝I2＝2.2 A，C选项错误。‎ ‎6.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为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的示数是12 mA，则电流表A2的示数为(　　)‎ A．3 mA B．0 mA C．48 mA D．与负载R的值有关 ‎【答案】B ‎【解析】导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。‎ ‎7．(多选)理想变压器原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图所示，原、副线圈匝数比＝100，副线圈只接入一个R＝10 Ω的电阻，则(　　)‎ A．与电阻R并联的电压表示数为3.11 V B．流过电阻R的电流最大值为0.311 A C．变压器的输入功率为0.484 W D．一个周期内，电阻R上产生的热量为9.68×10－3 J ‎【答案】BCD ‎8．(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4:1，b接原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R = 4，其余电阻均不计，c、d两端加有的交流电，下列说法正确的是 A. 当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为 ‎ B. 当单力双掷开关与a连接时，电流表的示数为0.5A C. 当单刀双掷开关由a拨向b时，电流表的示数变 为原来的2倍 D. 当单刀双掷开关由a拨向b时，电流表的示数变为原来的4倍 ‎【答案】BD ‎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L1和L2.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.下列说法中正确的是 (　　)‎ A. 原、副线圈匝数比为9∶1‎ B. 原、副线圈匝数比为1∶9‎ C. 此时L1和L2的电功率之比为9∶1‎ D. 此时L1和L2的电功率之比为1∶9‎ ‎【答案】AD ‎【解析】设灯泡的额定电压为U0,则输入电压U=10U0,由于两灯泡均正常发光,故原线圈两端的电压 U1=U-U0=9U0,副线圈两端的电压U2=U0,所以原、副线圈的匝数比n1∶n2=U1∶U2=9∶1,A正确,B错误;原、副线圈的电流之比I1∶I2=n2∶n1=1∶9,由电功率P=UI可知,L1和L2的电功率之比为1∶9,C错误,D正确.‎ ‎10．一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω 和4Ω,A为理想交流电流表,U为正弦交流电源,输出电压的有效值恒定.当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为 (　　)‎ A. 2 B. 3 C. 4 D. 5‎ ‎【答案】B ‎11.一理想变压器,原、副线圈匝数各为1 210匝和33匝.在副线圈连接的电路中有一盏“6 V　11 W”的灯泡,灯泡正常发光,则该变压器原线圈中通过的电流为_____A.‎ ‎【答案】0.05‎ ‎【解析】通过灯泡的电流为： ，根据理想变压器电流比： ，代入数据解得： ‎ ‎.‎ ‎12.如图为理想变压器,它的原线圈接在交流电源上,副线圈接在一个标有“12 V　100 W”的灯泡上.已知变压器原、副线圈匝数之比为18∶1,那么灯泡正常工作时,图中的电压表读数为____ V,电流表读数为___ A.‎ ‎【答案】216　 0.46‎ ‎【解析】灯泡正常发光说明副线圈输出电压、功率：U2=12V，P2=100W 在理想变压器中： ‎ 所以原线圈输入电压即电压表读数： ‎ 由变压器功率关系可知，变压器输入功率：P1=P2=100W 所以电流表读数： ‎ ‎13.收音机中的变压器，原线圈有1 210匝，接在220 V的交流电源上，要得到6 V、2.2 A的输出电压和电流．求：‎ ‎(1)副线圈的匝数；‎ ‎(2)变压器的输入功率．‎ ‎【答案】　(1)33匝　(2)13.2 W ‎14．如图所示,变压器原线圈匝数n1=1 000,副线圈匝数n2=50,原线圈的交变电压U1=220 V,原线圈的交变电流I1=0.02 A,求: ‎ ‎(1)副线圈的交变电压U2多大?‎ ‎(2)副线圈的交变电流I2多大?‎ ‎【答案】(1)11 V　(2)0.4 A ‎【解析】（1）由理想变压器的变压比： 可得， ‎ ‎（2）由理想变压器的变流比： 可得，‎ 点睛：记住理想变压器的变压比和变流比公式即可解题.同时要知道副线圈的电压由原线圈电压与原副线圈匝数决定，而原线圈的电流由副线圈决定.‎ ‎15.交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0．05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝T。如果用此发电机带动两个标有“220V，11kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如图。求：‎ ‎（1）发电机的输出电压为多少？‎ ‎（2）变压器原副线圈的匝数比为多少？‎ ‎（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？‎ ‎【答案】（1）1100V （2）5:1 （3）20A