第3节 科学探究：变压器
课标要求 学习目标
1.观察常见的变压器，了解其作用。2.了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 1.掌握理想变压器的概念。2.会用理想化方法构建变压器模型。3.会探究变压器电压与匝数的关系。4.了解变压器的应用。
第1课时 变压器(赋能课—精细培优科学思维)
一、变压器的工作原理
1．变压器的结构
(1)如图甲所示，变压器由闭合的________和绕在铁芯上的两个或两个以上的________组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的________叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制。在电路中，两绕组变压器的符号如图乙所示。
(2)原线圈：与电源相连的线圈，也叫______________，其两端电压叫____________，用符号 ________表示。
副线圈：与________相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫____________，用符号 ________表示。
2．变压器工作原理
(1)原线圈中有交变电流通过时，铁芯中的__________发生变化。
(2)铁芯中__________的变化会在副线圈上产生感应电动势，如果副线圈两端连接负载构成闭合回路，副线圈中就会产生感应电流。
3．拓展一步：互感现象
在两绕组变压器中，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生__________的现象。产生的感应电动势称为互感电动势。
4．理想变压器
(1)变压器线圈的________忽略不计，即无“铜损”。
(2)闭合铁芯的“________”忽略不计，即无漏磁。
(3)闭合铁芯中产生的________为零，即无“铁损”。
即没有能量损失的变压器称为理想变压器。
1．变压器应用了电磁感应互感原理。
2．变压器只适用于交变电流。
二、理想变压器的电压与匝数的关系
1．电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的__________之比，即：＝________。
2．两类变压器
(1)降压变压器：__________的电压比__________电压低的变压器。
(2)升压变压器：______________的电压比__________电压高的变压器。
3．拓展一步：理想变压器功率、电流与匝数的关系
(1)输入功率为P1，输出功率为P2，对于理想变压器，输入功率________输出功率，则____________。
(2)原线圈电流为I1，副线圈电流为I2，则____________。,[微情境·大道理]
1．观察如图所示的可拆变压器，判断下列说法正误：
(1)变压器的原、副线圈没有导线连接，副线圈不能输出电流。( )
(2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的，两个线圈间是绝缘的。( )
(3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。( )
2．如图所示，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(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路，接通电源，小灯泡能发光。
(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？
(2)若将原线圈接在恒定的直流电源上，小灯泡发光吗？为什么？
3．利用控制变量法，在原线圈输入电压U1一定，原线圈匝数n1不变时，研究副线圈上的电压U2与对应匝数n2的关系；再研究在副线圈匝数n2不变时，副线圈上的电压U2与对应原线圈匝数n1的关系。
判断下列说法的正误：
(1)U1、n1一定时，若n2增大，U2也一定增大。( )
(2)U1、n2一定时，若n1增大，U2也一定增大。( )
(3)n1、n2一定时，若U1增大，则U2一定减小。( )
强化点(一) 理想变压器的工作原理
任务驱动
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，如图所示是一个变压器通过降压给用户供电的示意图。
(1)理想变压器实际存在吗？为什么？
(2)变压器的原、副线圈连在一起吗？
(3)是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗？
[要点释解明]
1．变压器原理图解
2．三点注意
(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。
(2)变压器只对变化的电流起作用，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。
[题点全练清]
1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )
A．通有正弦式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．穿过副线圈的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
2．(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．变压器改变正弦式交变电流的频率
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
强化点(二) 理想变压器的基本关系
任务驱动
如图是变压器的结构图：
(1)原线圈的输入功率与副线圈的输出功率满足什么关系？
(2)原、副线圈的电压与匝数的正比关系始终成立吗？
[要点释解明]
1．电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝。
2．电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。
当有n组线圈时，则有＝＝...
3．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。
4．电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得＝＝。
[典例] (多选)如图，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
听课记录：
[题点全练清]
1．(2023·广东高考)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＝220 sin(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
2．(2023·北京高考)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
强化点(三) 三种特殊变压器
[要点释解明]
1．自耦变压器
如图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作为原线圈，整个线圈作为副线圈，就可以升高电压。
调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。
2．两类互感器
类型项目 电压互感器 电流互感器
原理图
原线圈的连接 并联在待测高压电路中 串联在待测大电流电路中
副线圈的连接 连接交流电压表 连接交流电流表
互感器的作用 将高电压变为低电压,测量高电压 将大电流变成小电流,测量大电流
利用的公式 = =
3．多个副线圈的变压器：计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：
(1)电压关系：＝＝＝…
(2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
(3)功率关系：P1＝P2＋P3＋…
[典例] 如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间的电压为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．b是交流电压表
B．T2的原、副线圈匝数比为100∶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220 kW
听课记录：
/方法技巧/
(1)电压互感器是降压变压器，根据＝，知n1>n2。
电流互感器是升压变压器，根据＝，知n1(2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志：
①测量仪器不同，前者○后者○。
②原、副线圈匝数关系不同。
③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上。
[题点全练清]
1.一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈，通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中( )
A．U2＞U1，U2降低 B.U2＞U1，U2升高
C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高
2.如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6 V 2W”的小灯泡，L2是“12 V 4 W”的小灯泡，当原线圈接入交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为( )
A. A B. A
C. A D． A
第1课时 变压器
一、1.(1)铁芯 线圈 硅钢片 (2)初级线圈 输入电压 U1 负载 输出电压 U2 2.(1)磁通量 (2)磁通量
3．感应电动势 4.(1)电阻 (2)漏磁 (3)涡流
二、1.匝数 2.(1)副线圈 原线圈 (2)副线圈 原线圈 3.(1)等于 P1＝P2 (2)＝
[微情境·大道理]
1．(1)× (2)√ (3)√
2．提示：(1)当左边线圈加上交变电压时，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可知，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。
(2)不发光。因为原线圈接恒定的直流电源时无法在副线圈中产生感应电动势。
3．(1)√ (2)× (3)×
强化点(一)
[任务驱动] 提示：(1)理想变压器实际不存在，因为原、副线圈中的电流产生电热、变压器铁芯中的涡流产生电热、变压器铁芯漏磁等引起的能量损失均不可避免。
(2)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。
(3)变压器是利用互感现象在副线圈上感应出电流的，并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了。
[题点全练清]
1．选C 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，故磁通量Φ变化，A错误；理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量相等，故B错误；由互感现象知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，电流不通过铁芯，故D错误。
2．选AD 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，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁场很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈中，故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B错误；变压器不改变正弦式交变电流的频率，故C错误；由法拉第电磁感应定律可知，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D正确。
强化点(二)
[任务驱动] 提示：(1)由能量守恒定律知，输入功率等于输出功率。
(2)原、副线圈间电压与匝数的正比关系始终成立。
[典例] 选BD 变压器副线圈电流表的读数2.2 A为有效值，故C错误；原线圈电压表的读数220 V也为有效值，由变压器的电压与匝数的关系＝，可得＝＝，故D正确；由变压器的电流与匝数的关系＝，可得通过原线圈的电流为I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，故B正确；变压器的输入功率为P＝U1I1＝220×0.6 W＝132 W，故A错误。
[题点全练清]
1．选A 由题可知，原线圈输入电压的有效值为U1＝ V＝220 V，原线圈输入电流的有效值为I1＝＝40 A，副线圈输出电流的有效值为I2＝I1＝20 A，变压器无法改变电流的频率，故f＝＝ Hz＝50 Hz，故选A。
2．选B 由＝知，仅增加原线圈匝数，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；由＝知，仅增加副线圈匝数，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；由题意知，该变压器不是理想变压器，将原、副线圈匝数都增为原来的两倍，原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压小于3.8 V，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，不能使小灯泡正常发光，故D错误。
强化点(三)
[典例] 选A T2的互感器原线圈并联在高压线上，b是交流电压表，故A正确；高压输电线间的电压为220 kV，副线圈交流电压表的示数为100 V，根据变压器变压公式，T2的原、副线圈匝数之比为2 200∶1，故B错误；T1的原、副线圈匝数之比为1∶100，a是交流电流表，交流电流表的示数为1 A，根据变压器变流公式，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＝22 000 kW，故D错误。
[题点全练清]
1．选C a、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数，在滑动触头由M点移动到N点的过程中，副线圈的匝数进一步减小，由变压器工作原理＝知，U2＜U1，且U2降低，C正确。
2．选C 两灯泡正常发光，则U2＝6 V，原线圈两端电压U1＝U2＝×6 V＝120 V，副线圈上总的输出功率P出＝PL1＋PL2＝2 W＋4 W＝6 W，原线圈上输入功率P入＝P出＝6 W，原线圈中的电流I1＝＝ A＝ A，故C正确。
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科学探究:变压器
第 3 节
课标要求 学习目标
1.观察常见的变压器,了解其作用。 2.了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 1.掌握理想变压器的概念。
2.会用理想化方法构建变压器模型。
3.会探究变压器电压与匝数的关系。
4.了解变压器的应用。
变压器(赋能课—精细培优科学思维)
第1课时
1
课前预知教材/落实主干基础
2
课堂精析重难/深度发掘知能
3
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
课前预知教材/落实主干基础
一、变压器的工作原理
1.变压器的结构
(1)如图甲所示,变压器由闭合的_____和绕在铁芯上的两个或两个以上的_____组成,其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的______叠合而成,线圈一般用高强度的漆包线绕制。在电路中,两绕组变压器的符号如图乙所示。
铁芯
线圈
硅钢片
(2)原线圈:与电源相连的线圈,也叫________,其两端电压叫________,用符号 _____表示。
副线圈:与_____相连的线圈,也叫次级线圈,其两端电压叫_________,用符号 ____表示。
初级线圈
输入电压
U1
负载
输出电压
U2
2.变压器工作原理
(1)原线圈中有交变电流通过时,铁芯中的_______发生变化。
(2)铁芯中_______的变化会在副线圈上产生感应电动势,如果副线圈两端连接负载构成闭合回路,副线圈中就会产生感应电流。
磁通量
磁通量
3.拓展一步:互感现象
在两绕组变压器中,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生____________的现象。产生的感应电动势称为互感电动势。
感应电动势
4.理想变压器
(1)变压器线圈的_______忽略不计,即无“铜损”。
(2)闭合铁芯的“_______”忽略不计,即无漏磁。
(3)闭合铁芯中产生的_______为零,即无“铁损”。
即没有能量损失的变压器称为理想变压器。
电阻
漏磁
涡流
1.变压器应用了电磁感应互感原理。
2.变压器只适用于交变电流。
二、理想变压器的电压与匝数的关系
1.电压与匝数的关系:理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的_______之比,即:=___。
匝数
2.两类变压器
(1)降压变压器:_______的电压比_______电压低的变压器。
(2)升压变压器:_______的电压比_______电压高的变压器。
副线圈
原线圈
副线圈
原线圈
3.拓展一步:理想变压器功率、电流与匝数的关系
(1)输入功率为P1,输出功率为P2,对于理想变压器,输入功率______输出功率,则_______。
(2)原线圈电流为I1,副线圈电流为I2,则_______。
等于
P1=P2
=
1.观察如图所示的可拆变压器,判断下列说法正误:
微情境·大道理
(1)变压器的原、副线圈没有导线连接,副线圈不能输出电流。 ( )
(2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的,两个线圈间是绝缘的。 ( )
(3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。 ( )
×
√
√
2.如图所示,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(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路,接通电源,小灯泡能发光。
(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光
提示:当左边线圈加上交变电压时,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可知,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。
(2)若将原线圈接在恒定的直流电源上,小灯泡发光吗 为什么
提示:不发光。因为原线圈接恒定的直流电源时无法在副线圈中产生感应电动势。
3.利用控制变量法,在原线圈输入电压U1一定,原线圈匝数n1不变时,研究副线圈上的电压U2与对应匝数n2的关系;再研究在副线圈匝数n2不变时,副线圈上的电压U2与对应原线圈匝数n1的关系。
判断下列说法的正误:
(1)U1、n1一定时,若n2增大,U2也一定增大。 ( )
(2)U1、n2一定时,若n1增大,U2也一定增大。 ( )
(3)n1、n2一定时,若U1增大,则U2一定减小。 ( )
√
×
×
课堂精析重难/深度发掘知能
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,如图所示是一个变压器通过降压给用户供电的示意图。
强化点(一) 理想变压器的工作原理
任务驱动
(1)理想变压器实际存在吗 为什么
提示:理想变压器实际不存在,因为原、副线圈中的电流产生电热、变压器铁芯中的涡流产生电热、变压器铁芯漏磁等引起的能量损失均不可避免。
(2)变压器的原、副线圈连在一起吗
提示: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。
(3)是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗
提示:变压器是利用互感现象在副线圈上感应出电流的,并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了。
1.变压器原理图解
要点释解明
2.三点注意
(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。
(2)变压器只对变化的电流起作用,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。
1.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是 ( )
A.通有正弦式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.穿过副线圈的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
题点全练清
√
解析:通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,故磁通量Φ变化,A错误;理想变压器无漏磁,原、副线圈的磁通量相等,故B错误;由互感现象知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,电流不通过铁芯,故D错误。
2.(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.变压器改变正弦式交变电流的频率
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
√
√
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,原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈,漏到空气中的磁场很少,因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈中,故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B错误;变压器不改变正弦式交变电流的频率,故C错误;由法拉第电磁感应定律可知,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D正确。
如图是变压器的结构图:
任务驱动
强化点(二) 理想变压器的基本关系
(1)原线圈的输入功率与副线圈的输出功率满足什么关系
提示:由能量守恒定律知,输入功率等于输出功率。
(2)原、副线圈的电压与匝数的正比关系始终成立吗
提示:原、副线圈间电压与匝数的正比关系始终成立。
1.电动势关系:由于互感现象,且没有漏磁,原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的,根据法拉第电磁感应定律有E1=n1,E2=n2,所以=。
要点释解明
2.电压关系:由于不计原、副线圈的电阻,因此原线圈两端的电压U1=E1,副线圈两端的电压U2=E2,所以=。
当有n组线圈时,则有==...
3.功率关系:对于理想变压器,不考虑能量损失,有P入=P出。
4.电流关系:由功率关系,当只有一个副线圈时,有I1U1=I2U2,得==。
[典例] (多选)如图,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
√
√
[解析] 变压器副线圈电流表的读数2.2 A为有效值,故C错误;原线圈电压表的读数220 V也为有效值,由变压器的电压与匝数的关系=,可得==,故D正确;由变压器的电流与匝数的关系=,可得通过原线圈的电流为I1=I2=×2.2 A=0.6 A,故B正确;变压器的输入功率为P=U1I1=220×0.6 W=132 W,故A错误。
1.(2023·广东高考)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=220 sin(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
题点全练清
√
解析:由题可知,原线圈输入电压的有效值为U1= V=220 V,原线圈输入电流的有效值为I1==40 A,副线圈输出电流的有效值为I2= I1=20 A,变压器无法改变电流的频率,故f== Hz=50 Hz,故选A。
2.(2023·北京高考)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
√
解析:由=知,仅增加原线圈匝数,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;由=知,仅增加副线圈匝数,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;
由题意知,该变压器不是理想变压器,将原、副线圈匝数都增为原来的两倍,原线圈的电压不变,则副线圈的输出电压小于3.8 V,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,不能使小灯泡正常发光,故D错误。
1.自耦变压器
如图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作为原线圈,副线圈只取线圈的一部分,就可以降低电压;如果把线圈的一部分作为原线圈,整个线圈作为副线圈,就可以升高电压。
要点释解明
强化点(三) 三种特殊变压器
调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,AB之间加上输入电压U1,移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。
2.两类互感器
类型 项目 电压互感器 电流互感器
原理图
原线圈的连接 并联在待测高压电路中 串联在待测大电流电路中
副线圈的连接 连接交流电压表 连接交流电流表
互感器的作用 将高电压变为低电压,测量高电压 将大电流变成小电流,测量大电流
利用的公式
续表
3.多个副线圈的变压器:计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系:
(1)电压关系:===…
(2)电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+…
(3)功率关系:P1=P2+P3+…
[典例] 如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,其中a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间的电压为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.b是交流电压表
B.T2的原、副线圈匝数比为100∶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220 kW
√
[解析] T2的互感器原线圈并联在高压线上,b是交流电压表,故A正确;高压输电线间的电压为220 kV,副线圈交流电压表的示数为100 V,根据变压器变压公式,T2的原、副线圈匝数之比为2 200∶1,故B错误;T1的原、副线圈匝数之比为1∶100,a是交流电流表,交流电流表的示数为1 A,根据变压器变流公式,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=22 000 kW,故D错误。
/方法技巧/
(1)电压互感器是降压变压器,根据=,知n1>n2。
电流互感器是升压变压器,根据=,知n1(2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志:
①测量仪器不同,前者 后者 。
②原、副线圈匝数关系不同。
③原线圈接线方式不同,前者接在火线和零线间,后者接在火线上。
1.一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个
线圈,将其接在a、b间作为原线圈,通过滑动触头取该
线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈,在a、b间输入
电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 ( )
A.U2>U1,U2降低 B.U2>U1,U2升高
C.U2题点全练清
√
解析:a、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数,在滑动触头由M点移动到N点的过程中,副线圈的匝数进一步减小,由变压器工作原理=知,U22.如图所示,理想变压器原线圈的匝数为1 000,两个
副线圈的匝数分别为n2=50和n3=100,L1是“6 V 2W”的
小灯泡,L2是“12 V 4 W”的小灯泡,当原线圈接入交变
电压时,L1、L2都正常发光,那么,原线圈中的电流为 ( )
A. A B. A
C. A D. A
√
解析:两灯泡正常发光,则U2=6 V,原线圈两端电压U1=U2= × 6 V=120 V,副线圈上总的输出功率P出=PL1+PL2=2 W+4 W=6 W,原线圈上输入功率P入=P出=6 W,原线圈中的电流I1== A= A,故C正确。
课时跟踪检测
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A级——基础达标
1.如图,可以将电压升高供给电灯的变压器是( )
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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。
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2.下列各图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图,它们所用的灯泡相同,规格都是“220 V 40 W”。当灯泡所消耗的功率都调至20 W时,台灯中消耗功率最小的是 ( )
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解析:题目中提供了4种控制电路,A、B、D选项图中3种电路均采用变阻器分压,工作时电阻上都有额外的功率损耗,台灯消耗的功率大于20 W,C选项图中用理想变压器改变电压,因没有额外的功率损耗,这时台灯消耗的功率就等于20 W,为最小值,C正确。
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3.如图甲、乙所示的电路中,当A、B接10 V交
流电压时,C、D间电压为4 V;当M、N接10 V直流
电压时,P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交
流电压,P、Q接4 V直流电压,则A、B间和M、N间的电压分别是 ( )
A.10 V 10 V B.10 V 4 V
C.4 V 10 V D.10 V 0
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解析:题图甲所示是一个自耦变压器,当A、B作为输入端,C、D作为输出端时,是一个降压变压器,两边的电压之比等于对应线圈的匝数之比,当C、D作为输入端,A、B作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于对应线圈的匝数比,所以C、D接4 V交流电压时,A、B间将得到10 V交流电压;
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题图乙所示是一个分压电路,当M、N作为输入端时,上下两个电阻两端的电压跟它们的电阻的大小成正比,但是当把电压加在P、Q两端时,M、P两点的电势相等,所以当P、Q接4 V直流电压时,M、N两端电压也是4 V,故B正确。
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4.如图所示的自耦变压器为理想变压器,R为定
值电阻,在ab两端输入正弦交流电,将滑片P向下移动,
使原线圈的匝数减少为原来的80%,则变压器副线
圈输出电压将会是原来的 ( )
A.1.2倍 B.1.25倍
C.0.8倍 D.0.75倍
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解析:由=知U2=U1,所以当n1'=n1时,变压器副线圈输出电压U2'=U2,即变压器副线圈输出电压将会是原来的1.25倍。故选B。
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5.(2024·海南高考)(多选)电动汽车充电站变压器输入电压为10 kV,输出电压为220 V,每个充电桩输入电流为16 A,设原、副线圈匝数分别为n1、n2,输入正弦交流电的频率为50 Hz,则下列说法正确的是 ( )
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A.交流电的周期为0.02 s
B.原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶500
C.输出的最大电压为220 V
D.若10台充电桩同时使用,输入功率为35.2 kW
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解析:交流电的周期为T==0.02 s,故A正确;根据理想变压器原、副线圈的电压与线圈匝数的关系可得,原、副线圈匝数比为===,故B错误;输出的最大电压为U2m=U2=220 V,故C错误;若10台充电桩同时使用,输出功率为P2总=10U2I2=10×220×16 W=35 200 W=35.2 kW,理想变压器不改变功率,故输入功率为P1总=P2总=35.2 kW,故D正确。
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6.如图所示,L1和L2是高压输电线,甲、
乙是两只互感器,若已知n1∶n2=1 000∶1,
n3∶n4=1∶100,图中电压表示数为220 V,
电流表示数为10 A,则高压输电线的送电功率为 ( )
A.2.2×103 W B.2.2×10-2 W
C.2.2×108 W D.2.2×104 W
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解析:根据题图甲可得,高压输电线的送电电压 U=U甲=220 kV;根据题图乙可得,送电电流I=I乙=1 000 A;所以高压输电线的送电功率P=UI =220 kV×1 000 A=2.2×108 W,C正确。
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7.如图甲所示,理想变压器原副线圈的匝数比为11∶1,当原线圈输入如图乙所示的交变电压时,小灯泡恰好正常发光,已知灯泡的电阻为20 Ω,图中电压表为理想电表,下列说法正确的是 ( )
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A.变压器输入电压的瞬时值表达式为
U=220sin 100πt(V)
B.变压器原副线圈的磁通量变化率之比为11∶1
C.电压表的示数为220 V
D.灯泡的额定功率为20 W
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解析:由题图乙可知,输入电压的最大值和周期分别为Um=220 V, T=2×10-2s,圆频率为ω== rad/s=100π rad/s,则变压器输入电压的瞬时值表达式为U=220sin 100πt(V),故A错误;穿过变压器原、副线圈的磁通量变化率相同,比值为1∶1,故B错误;变压器输入电压的有效值为U1==220 V,根据变压器电压与匝数关系有=,解得电压表的示数为U2=20 V,故C错误;灯泡的额定功率为P==20 W,故D正确。
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8.(2024·浙江杭州高二阶段练习)为了
安全,在家庭电路中一般都会在电能表后
面的电路中安装一个漏电保护器,其内部
结构如图所示。原线圈是由进户线的火
线和零线并在一起双线绕成的,当副线圈a、b两端没有电压时,脱扣开关S能始终保持接通;当副线圈a、b两端一旦有电压时,脱扣开关立即断开,切断电路以起保护作用。下列说法正确的是 ( )
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A.用户正常用电时,通过原线圈的磁通量与电路中的电流大小有关
B.用户正常用电时,副线圈a、b之间有电流通过
C.若此装置用于直流电路,则不能起到保护作用
D.若人站在进户线处的地面上,手误触用电器的火线而触电时,副线圈a、b两端电压不为零
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解析:由于原线圈是由进户线的火线和零线并在一起双线绕成的,火线与零线中的电流大小相等、方向相反,则用户正常用电时,火线和零线在原线圈中产生的磁场大小相等、方向相反,合磁场为0,即用户正常用电时,通过原线圈的磁通量始终为0,与电流大小无关,故A错误;根据上述,用户正常用电时,通过原线圈的磁通量始终为0,与电流大小无关,即穿过副线圈的磁通量也始终为0,没有发生变化,即副线圈中没有发生电磁感应现象,副线圈a、b之间没有电流通过,故B错误;
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若此装置用于直流电路,若火线和零线间发生漏电,则通过火线的电流大于通过零线的电流,穿过原、副线圈的磁通量发生变化,副线圈中发生电磁感应现象,副线圈a、b两端有电压,脱扣开关仍然会立即断开,切断电路以起保护作用,可知若此装置用于直流电路,仍然能起到保护作用,故C错误;若人站在进户线处的地面上,手误触用电器的火线而触电时,通过火线的电流大于通过零线的电流,穿过原、副线圈的磁通量发生变化,副线圈中发生电磁感应现象,副线圈a、b两端有电压,即副线圈a、b两端电压不为零,故D正确。
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9.如图所示,理想变压器原线圈接一正弦交变电源,
其电压的有效值恒定不变,两个副线圈的匝数分别为n1
和n2,所接电阻分别为R1和R2,且R2=2R1。不计电流表内阻。当只闭合S1时,电流表示数为1 A;只闭合S2时,电流表示数为2 A。则n1∶n2等于 ( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4
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解析:设原线圈的电压为U,当只闭合S1时,电流表示数为1 A,则变压器的输入功率为P入=U×1 A,则副线圈的功率为P副==P入=U×1 A;当只闭合S2时,电流表示数为2 A,则变压器的输入功率为P入'=U×2 A,则副线圈的功率为P副'==P入'=U×2 A,可得∶=1∶2,又R2=2R1,可得U1∶U2=1∶2,由变压器的电压与匝数成正比,则有n1∶n2=U1∶U2=1∶2,故选B。
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10.一理想变压器的原线圈匝数n1=100匝,副线圈匝数
n2=30 匝、n3=20 匝,一个电阻为48.4 Ω的小灯泡接在两个
副线圈上,如图所示。当原线圈与u=220sin ωt(V)的交
流电源连接后,变压器的输入功率是( )
A.10 W B.20 W
C.250 W D.500 W
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解析:根据副线圈的接法可知,两个副线圈反向连接,两副线圈产生的电动势抵消一部分,相当于灯泡接在10 匝的副线圈上,根据题给表达式知,原线圈两端的电压有效值为220 V,根据电压与匝数成正比知灯泡两端的电压U=×220 V=22 V,灯泡的功率P== W=10 W,则输入功率也为10 W,故A正确。
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B级——综合应用
11.(2024·宁夏银川高二月考)(多选)如图,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶2,原线圈接电压随时间变化规律为u=220sin 100πt(V)的交流电源,定值电阻R1=R2=20 Ω,二极管为理想二极管,则以下说法正确的是( )
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A.电流表A的示数为 A
B.电流表A的示数为2 A
C.电压表V的示数为40 V
D.一个周期内,电阻R1、R2消耗的焦耳热之比为2∶1
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解析:由题意可得原线圈电压的有效值为U1= V=220 V, 根据理想变压器电压与匝数的关系,可得电压表的读数为 U2=U1=×220 V= 40 V,故C错误;
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由于二极管的单向导电性,根据电流的热效应有R2×=R2T,解得通过电阻R2的电流有效值为I2= A,所以,电流表A的示数为 A,故A正确,B错误;一个周期内,电阻R1消耗的焦耳热为Q1=R1T=80T,电阻R2消耗的焦耳热为Q2=R2T=40T,可得,二者消耗的焦耳热之比为2∶1,故D正确。
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12.(2024·河北保定高二检测)(多选)随着手机无线充电技术的革新,现在已有一台无线充电器同时给两部手机充电的技术,相当于有两个副线圈的变压器,如图所示(线圈中有铁芯未画出)。若无线充电器中的送电线圈匝数为n1,所接电源电压为U1,电流为I1,输入功率为P1,而两台手机中的受电线圈(完全相同)匝数为n2,电压为U2,电流为I2,输出功率为P2,若不计线圈的电阻和磁通量损失,则以下关系正确的是 ( )
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A.P1=P2 B.P1=2P2
C.= D.n1I1=n2I2
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解析:根据能量守恒定律,输入功率等于输出总功率,即P1=2P2,故A错误,B正确;根据理想变压器电压与匝数关系可知=,故C正确;根据理想变压器电流与匝数关系可知n1I1=2n2I2,故D错误。
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13.(2024·浙江台州高二质检)随着电动汽车的普及,汽车无线充电受到越来越多的关注。其原理如图所示,将受电线圈安装在汽车的底盘上,供电线圈安装在路基中,当电动汽车行驶到供电线圈装置上方时,受电线圈即可“接受”到供电线圈的电流,从而对蓄电池进行充电。关于无线充电,下列说法正确的是 ( )
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A.供电线圈接恒定电源也可以实现无线充电
B.地面供电线圈中电流和车身底部受电线圈中电流的频率相同
C.地面供电线圈和车身底部受电线圈的磁通量变化率相同
D.若供电线圈和受电线圈均采用超导材料,则能量的传输效率可达到100%
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解析:无线充电技术与变压器都是利用电磁感应原理,若将供电线圈接到恒定电流的电源上,不能对蓄电池进行充电,应将供电线圈接到交流电源上,才能产生变化的磁场,使受电线圈发生电磁感应,对电池进行充电,故A错误;变压器变压不变频,所以受电线圈中交变电流的频率与供电线圈中交变电流的频率相同,故B正确;由于漏磁等因素,地面供电线圈和车身底部受电线圈的磁通量变化量不相同,所以地面供电线圈和车身底部受电线圈的磁通量变化率不相同,传输效率不可能达到100%,故C、D错误。
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14.如图所示,100匝矩形导线框处于磁感应强度大小B= T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.5 m2,线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=100π rad/s匀速转动,并与理想变压器原线圈相连,副线圈中接一只“220 V,60 W的灯泡。若电流表为理想交流电表。求:
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(1)线圈从图示位置开始计时,产生感应电动势瞬时值的表达式。
答案:e=500cos 100πt V
解析:由Em=NBSω,代入数据得Em=500 V
线圈从题图示位置开始计时,产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=500cos 100πt V。
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(2)为使灯泡正常发光,理想变压器的匝数比。
答案:25∶11
解析:变压器原线圈两端电压U1==500 V,副线圈两端电压U2=220 V
根据=
解得=。
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(3)灯泡正常发光时,理想交流电流表的示数。
答案:0.12 A
解析:根据理想变压器原副线圈的功率关系P1=P2=U1I1
解得I1=0.12 A。
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4课时跟踪检测(十四) 变压器
A级——基础达标
1．如图，可以将电压升高供给电灯的变压器是( )
2．下列各图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的灯泡相同，规格都是“220 V 40 W”。当灯泡所消耗的功率都调至20 W时，台灯中消耗功率最小的是( )
3.
如图甲、乙所示的电路中，当A、B接10 V交流电压时，C、D间电压为4 V；当M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交流电压，P、Q接4 V直流电压，则A、B间和M、N间的电压分别是( )
A．10 V 10 V B．10 V 4 V
C．4 V 10 V D．10 V 0
4.如图所示的自耦变压器为理想变压器，R为定值电阻，在ab两端输入正弦交流电，将滑片P向下移动，使原线圈的匝数减少为原来的80%，则变压器副线圈输出电压将会是原来的( )
A．1.2倍 B．1.25倍
C．0.8倍 D．0.75倍
5.(2024·海南高考)(多选)电动汽车充电站变压器输入电压为10 kV，输出电压为220 V，每个充电桩输入电流为16 A，设原、副线圈匝数分别为n1、n2，输入正弦交流电的频率为50 Hz，则下列说法正确的是( )
A．交流电的周期为0.02 s
B．原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶500
C．输出的最大电压为220 V
D．若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2 kW
6．如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为( )
A．2.2×103 W B．2.2×10－2 W
C．2.2×108 W D．2.2×104 W
7．如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数比为11∶1，当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为20 Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是( )
A．变压器输入电压的瞬时值表达式为U＝220sin 100πt(V)
B．变压器原副线圈的磁通量变化率之比为11∶1
C．电压表的示数为220 V
D．灯泡的额定功率为20 W
8．(2024·浙江杭州高二阶段练习)为了安全，在家庭电路中一般都会在电能表后面的电路中安装一个漏电保护器，其内部结构如图所示。原线圈是由进户线的火线和零线并在一起双线绕成的，当副线圈a、b两端没有电压时，脱扣开关S能始终保持接通；当副线圈a、b两端一旦有电压时，脱扣开关立即断开，切断电路以起保护作用。下列说法正确的是( )
A．用户正常用电时，通过原线圈的磁通量与电路中的电流大小有关
B．用户正常用电时，副线圈a、b之间有电流通过
C．若此装置用于直流电路，则不能起到保护作用
D．若人站在进户线处的地面上，手误触用电器的火线而触电时，副线圈a、b两端电压不为零
9.如图所示，理想变压器原线圈接一正弦交变电源，其电压的有效值恒定不变，两个副线圈的匝数分别为n1和n2，所接电阻分别为R1和R2，且R2＝2R1。不计电流表内阻。当只闭合S1时，电流表示数为1 A；只闭合S2时，电流表示数为2 A。则n1∶n2等于( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶4
10.一理想变压器的原线圈匝数n1＝100匝，副线圈匝数n2＝30 匝、n3＝20 匝，一个电阻为48.4 Ω的小灯泡接在两个副线圈上，如图所示。当原线圈与u＝220sin ωt(V)的交流电源连接后，变压器的输入功率是( )
A．10 W B．20 W
C．250 W D．500 W
B级——综合应用
11．(2024·宁夏银川高二月考)(多选)如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶2，原线圈接电压随时间变化规律为u＝220sin 100πt(V)的交流电源，定值电阻R1＝R2＝20 Ω，二极管为理想二
极管，则以下说法正确的是( )
A．电流表A的示数为 A
B．电流表A的示数为2 A
C．电压表V的示数为40 V
D．一个周期内，电阻R1、R2消耗的焦耳热之比为2∶1
12．(2024·河北保定高二检测)(多选)随着手机无线充电技术的革新，现在已有一台无线充电器同时给两部手机充电的技术，相当于有两个副线圈的变压器，如图所示(线圈中有铁芯未画出)。若无线充电器中的送电线圈匝数为n1，所接电源电压为U1，电流为I1，输入功率为P1，而两台手机中的受电线圈(完全相同)匝数为n2，电压为U2，电流为I2，输出功率为P2，若不计线圈的电阻和磁通量损失，则以下关系正确的是( )
A．P1＝P2 B．P1＝2P2
C.＝ D．n1I1＝n2I2
13．(2024·浙江台州高二质检)随着电动汽车的普及，汽车无线充电受到越来越多的关注。其原理如图所示，将受电线圈安装在汽车的底盘上，供电线圈安装在路基中，当电动汽车行驶到供电线圈装置上方时，受电线圈即可“接受”到供电线圈的电流，从而对蓄电池进行充电。关于无线充电，下列说法正确的是( )
A．供电线圈接恒定电源也可以实现无线充电
B．地面供电线圈中电流和车身底部受电线圈中电流的频率相同
C．地面供电线圈和车身底部受电线圈的磁通量变化率相同
D．若供电线圈和受电线圈均采用超导材料，则能量的传输效率可达到100%
14.如图所示，100匝矩形导线框处于磁感应强度大小B＝ T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5 m2，线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100π rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈中接一只“220 V，60 W的灯泡。若电流表为理想交流电表。求：
(1)线圈从图示位置开始计时，产生感应电动势瞬时值的表达式。
(2)为使灯泡正常发光，理想变压器的匝数比。
(3)灯泡正常发光时，理想交流电流表的示数。
课时跟踪检测(十四)
1．选B 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。
2．选C 题目中提供了4种控制电路，A、B、D选项图中3种电路均采用变阻器分压，工作时电阻上都有额外的功率损耗，台灯消耗的功率大于20 W，C选项图中用理想变压器改变电压，因没有额外的功率损耗，这时台灯消耗的功率就等于20 W，为最小值，C正确。
3．选B 题图甲所示是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边的电压之比等于对应线圈的匝数之比，当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于对应线圈的匝数比，所以C、D接4 V交流电压时，A、B间将得到10 V交流电压；题图乙所示是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻两端的电压跟它们的电阻的大小成正比，但是当把电压加在P、Q两端时，M、P两点的电势相等，所以当P、Q接4 V直流电压时，M、N两端电压也是4 V，故B正确。
4．选B 由＝知U2＝U1，所以当n1′＝n1时，变压器副线圈输出电压U2′＝U2，即变压器副线圈输出电压将会是原来的1.25倍。故选B。
5．选AD 交流电的周期为T＝＝0.02 s，故A正确；根据理想变压器原、副线圈的电压与线圈匝数的关系可得，原、副线圈匝数比为＝＝＝，故B错误；输出的最大电压为U2m＝U2＝220 V，故C错误；若10台充电桩同时使用，输出功率为P2总＝10U2I2＝10×220×16 W＝35 200 W＝35.2 kW，理想变压器不改变功率，故输入功率为P1总＝P2总＝35.2 kW，故D正确。
6．选C 根据题图甲可得，高压输电线的送电电压 U＝U甲＝220 kV；根据题图乙可得，送电电流I＝I乙＝1 000 A；所以高压输电线的送电功率P＝UI＝220 kV×1 000 A＝2.2×108 W，C正确。
7．选D 由题图乙可知，输入电压的最大值和周期分别为Um＝220 V，T＝2×10－2s，圆频率为ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，则变压器输入电压的瞬时值表达式为U＝220sin 100πt(V)，故A错误；穿过变压器原、副线圈的磁通量变化率相同，比值为1∶1，故B错误；变压器输入电压的有效值为U1＝＝220 V，根据变压器电压与匝数关系有＝，解得电压表的示数为U2＝20 V，故C错误；灯泡的额定功率为P＝＝20 W，故D正确。
8．选D 由于原线圈是由进户线的火线和零线并在一起双线绕成的，火线与零线中的电流大小相等、方向相反，则用户正常用电时，火线和零线在原线圈中产生的磁场大小相等、方向相反，合磁场为0，即用户正常用电时，通过原线圈的磁通量始终为0，与电流大小无关，故A错误；根据上述，用户正常用电时，通过原线圈的磁通量始终为0，与电流大小无关，即穿过副线圈的磁通量也始终为0，没有发生变化，即副线圈中没有发生电磁感应现象，副线圈a、b之间没有电流通过，故B错误；若此装置用于直流电路，若火线和零线间发生漏电，则通过火线的电流大于通过零线的电流，穿过原、副线圈的磁通量发生变化，副线圈中发生电磁感应现象，副线圈a、b两端有电压，脱扣开关仍然会立即断开，切断电路以起保护作用，可知若此装置用于直流电路，仍然能起到保护作用，故C错误；若人站在进户线处的地面上，手误触用电器的火线而触电时，通过火线的电流大于通过零线的电流，穿过原、副线圈的磁通量发生变化，副线圈中发生电磁感应现象，副线圈a、b两端有电压，即副线圈a、b两端电压不为零，故D正确。
9．选B 设原线圈的电压为U，当只闭合S1时，电流表示数为1 A，则变压器的输入功率为P入＝U×1 A，则副线圈的功率为P副＝＝P入＝U×1 A；当只闭合S2时，电流表示数为2 A，则变压器的输入功率为P入′＝U×2 A，则副线圈的功率为P副′＝＝P入′＝U×2 A，可得∶＝1∶2，又R2＝2R1，可得U1∶U2＝1∶2，由变压器的电压与匝数成正比，则有n1∶n2＝U1∶U2＝1∶2，故选B。
10．选A 根据副线圈的接法可知，两个副线圈反向连接，两副线圈产生的电动势抵消一部分，相当于灯泡接在10 匝的副线圈上，根据题给表达式知，原线圈两端的电压有效值为220 V，根据电压与匝数成正比知灯泡两端的电压U＝×220 V＝22 V，灯泡的功率P＝＝ W＝10 W，则输入功率也为10 W，故A正确。
11．选AD 由题意可得原线圈电压的有效值为U1＝ V＝220 V, 根据理想变压器电压与匝数的关系，可得电压表的读数为 U2＝U1＝×220 V＝40 V，故C错误；由于二极管的单向导电性，根据电流的热效应有2R2×＝I22R2T，解得通过电阻R2的电流有效值为I2＝ A，所以，电流表A的示数为 A，故A正确，B错误；一个周期内，电阻R1消耗的焦耳热为Q1＝2R1T＝80T，电阻R2消耗的焦耳热为Q2＝I22R2T＝40T，可得，二者消耗的焦耳热之比为2∶1，故D正确。
12．选BC 根据能量守恒定律，输入功率等于输出总功率，即P1＝2P2，故A错误，B正确；根据理想变压器电压与匝数关系可知＝，故C正确；根据理想变压器电流与匝数关系可知n1I1＝2n2I2，故D错误。
13．选B 无线充电技术与变压器都是利用电磁感应原理，若将供电线圈接到恒定电流的电源上，不能对蓄电池进行充电，应将供电线圈接到交流电源上，才能产生变化的磁场，使受电线圈发生电磁感应，对电池进行充电，故A错误；变压器变压不变频，所以受电线圈中交变电流的频率与供电线圈中交变电流的频率相同，故B正确；由于漏磁等因素，地面供电线圈和车身底部受电线圈的磁通量变化量不相同，所以地面供电线圈和车身底部受电线圈的磁通量变化率不相同，传输效率不可能达到100%，故C、D错误。
14．解析：(1)由Em＝NBSω，代入数据得Em＝500 V
线圈从题图示位置开始计时，产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝500cos 100πt V。
(2)变压器原线圈两端电压U1＝＝500 V，副线圈两端电压U2＝220 V
根据＝
解得＝。
(3)根据理想变压器原副线圈的功率关系P1＝P2＝U1I1
解得I1＝0.12 A。
答案：(1)e＝500cos 100πt V (2)25∶11 (3)0.12 A
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