第十三章 第2讲　变压器　电能的输送　实验十五：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 课时练作业ppt

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高效
第十三章　交变电流　电磁波　传感器
第2讲　变压器　电能的输送　实验十五：
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
物理
内容索引
必备知识梳理
关键能力提升
第一部分
第二部分
考点一　实验十五：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
考点二　理想变压器基本关系的应用
01
02
考点三　理想变压器的动态分析
03
课时作业
第三部分
04
考点四　远距离输电
必备知识梳理
第
分
部
一
自主学习·基础回扣
1．理想变压器
(1)构造
如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的________组成的。
①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫____线圈。
②副线圈：与负载连接的线圈，也叫____线圈。
两个线圈
初级
次级
(2)原理：________的____现象。
(3)理想变压器原、副线圈基本量的关系
功率关系：根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝______。
电磁感应
互感
P出
(4)几种常用的变压器
①自耦变压器——调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。
②互感器
低电压
2．电能的输送
如图所示，发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P′，用户的电压为U′，输电电流为I，输电线总电阻为R。
(1)输电电流
(2)电压损失
①ΔU＝U－U′。
②ΔU＝____。
(3)功率损失
①ΔP＝P－P′。
②ΔP＝_______＝______。
IR
I2R
横截面积
电阻率小
输电电压
教材链接·想一想 请仔细阅读人教版教材选择性必修第二册P61“科学漫步”——无线充电技术，回答下列问题。
无线手机充电技术的应用，让手机摆脱了“充电线”的牵制，手机使用者做到了“随用随拿，随放随充”。正在无线充电的手机无线充电器简化示意图如右，其工作原理与理想变压器相同。已知发射线圈与接收线圈的匝数比为5∶1，CD端的输出电流i＝sin (2π×105)t(A)，则：
(1)1 s内发射线圈中电流方向改变多少次？
提示：一个周期内发射线圈中电流方向改变2次，则1 s内电流方向改变2×105次；
(2)发射线圈AB端输入电流的有效值为多少？
(3)接收线圈的输出功率与发射线圈的输入功率之比是多少？
提示：接收线圈的输出功率与发射线圈的输入功率之比为1∶1。
1．变压器对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。(　 　)
2．变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率。(　 　)
3．原线圈所加电压恒定，当原线圈的匝数增加时，副线圈两端电压也增加。(　 　)
4．增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。(　 　)
5．高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗。(　 　)
概念辨析
√
×
×
√
√
关键能力提升
第
分
部
二
互动探究·考点精讲
考点一　实验十五：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．实验原理
(1)实验电路图(如图所示)：
(2)实验方法：控制变量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系。
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系。
2．实验器材
学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、开关1个、导线若干。
3．实验过程
(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行试测。
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压。
(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。重复(1)中步骤。
4．数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。
5．注意事项
(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作。
(2)为了人身安全，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1】　在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120、n2＝240，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据见下表。
1∶1.9
(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。
(2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数的关系为______(用题目中给出的字母表示)。
(3)该变压器是____(选填“升压”或“降压”)变压器。
【解析】　从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。
升压
1．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。
对点演练
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，测量数据见下表：
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， 副线圈两端 电压U2/V 副线圈匝数
n3＝1 400，
副线圈两端
电压U3/V
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.1
3 12.6 6.2 44.0
请回答下列问题：
(1)在图乙中，应将A、B分别与______(选填“a、b”或“c、d”)连接。
解析：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变电流，故应将A、B分别与c、d连接。
c、d
(2)根据表中数据得出的实验结论：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
(3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压__(填正确答案标号)。
A．一定小于4.0 V
B．一定等于4.0 V
C．一定大于4.0 V
解析：若把题图丙中的可移动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈中磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0 V。
A
考点二　理想变压器基本关系的应用
1．理想变压器的制约关系
2.含有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，需注意三个关系：
功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn；
电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn。
C
对点演练
B
BC
考点三　理想变压器的动态分析
1．匝数比不变的情况(如图所示)
(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化。
(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化。
2．负载电阻不变的情况(如图所示)
3．分析动态问题的步骤
【典例3】　(多选)(2025·陕西西安六校高三联考)如图为理想的自耦变压器，其中P为变压器上的滑动触头，P′为滑动变阻器上的滑片，电流表为理想电表，若输入电压U1一定，则(　 　)
A．P不动，P′向下滑动时，U2一直在减小
B．P′不动，P顺时针转动一个小角度时，U1和U2的
比值增大
C．P′不动，P顺时针转动一个小角度时，电流表读数在增大
D．P顺时针转动一个小角度，同时P′向下滑动时，小灯泡的亮度可以不变
BD
4．某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，图中R为输电线的总电阻。若变压器视为理想变压器，所有电表视为理想电表，不考虑变压器的输入电压随负载变化，则当住户使用的用电器增加时，图中各电表的示数变化情况是(　 　)
A．A1增大，V2不变，V3增大
B．A1增大，V2减小，V3增大
C．A2增大，V2增大，V3减小
D．A2增大，V2不变，V3减小
对点演练
D
5．(多选)(2024·山东聊城高三质检)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，b是原线圈的中心抽头，S为单刀双掷开关，定值电阻R1、R2的阻值均为10 Ω。在原线圈c、d两端加上图乙所示的交变电压，下列说法正确的是(　 　)
A．当S与a连接时，理想电流表示数为2.2 A
B．当S与a连接时，理想电压表示数为11 V
C．当S由a拨到b时，副线圈输出电压的频率变为25 Hz
D．当S由a拨到b时，原线圈的输入功率变为原来的4倍
AD
考点四　远距离输电
1．明确三个回路(如图所示)
回路1：I1＝I输入，U1＝U输入，P1＝P输入。
回路2：I2＝IR＝I3，U2＝U3＋ΔU，P2＝P3＋ΔP。
回路3：I4＝I输出，U4＝U输出，P4＝P输出。
2．抓住两个联系
【典例4】　(2023·山东卷)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω，其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是(　 　)
A．发电机的输出电流为368 A
B．输电线上损失的功率为4.8 kW
C．输送给储能站的功率为408 kW
D．升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶44
C
输电线路功率损失的四种计算方法
(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)。
规律方法
6．(2023·天津卷)如图为用输电线为用户输电的情境，电路中升压变压器T1和降压变压器T2都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，发电机输出的电压恒定，下列说法正确的是(　 　)
A．T1输出电压与T2输入电压相等
B．T1输出功率大于T2输入功率
C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低
D．若用户接入的用电器增多，则T2输出功率降低
对点演练
B
解析：输电过程中，电阻R两端有电势差，故T1输出电压大于T2输入电压，A错误；输电过程中电阻R产生热量，会损失功率，故T1输出功率大于T2输入功率，B正确；由于变压器T1的输入电压和匝数比不变，所以T1输出电压U2不变，若用户接入的用电器增多，则T2副线圈电路的总电阻减小，变压器T2及其负载的等效电阻R等减小，由U2＝I(R＋R等)可知，输电线中的电流变大，根据P损＝I2R可知R功率增大，故C错误；若用户接入电路的用电器增多，则用电器消耗总功率增大，即T2输出功率增大，故D错误。
7．(2024·湖南卷)根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是(　 　)
A
A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P
B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为4P
C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P
D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P
课时作业66
第
分
部
三
1．(5分)(2023·浙江6月选考)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是(　 　)
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
A
解析：因为变压器的输入、输出端必须是交变电流，所以送电端先使用交流电升压，再用“整流”设备把交流电变换成直流电，A正确；降压端应先将直流电逆变为交流电再降压，B错误；1 100 kV指的是交流电的有效值，C错误；根据能量守恒，输电功率由用户端的功率决定，而用户端的电压为220 V，因此用户端功率由用户端电流决定，即输电功率取决于用户端的电流大小，D错误。
A
3．(5分)(多选)如图所示，L1和L2是输电线，甲、乙是两个互感器(可视为理想变压器)，其中的线圈匝数关系为n1∶n2＝200∶1，n3∶n4＝1∶100，电流表和电压表均为理想交流电表。下列说法正确的是(　 　)
A．甲是电流互感器，乙是电压互感器
B．甲是电压互感器，乙是电流互感器
C.若V表示数为30 V，则输电线两端的电压最
大值为6 000 V
D．若A表示数为5 A，则通过输电线的电流有效值为500 A
BD
4．(5分)(2023·北京卷)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
B
5．(5分)(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′。不考虑其他因素的影响，则(　 　)
AD
6．(5分)(多选)(2025·江西南昌高三检测)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦式交流电，则(　 )
A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大
B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小
C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大
D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小
BC
7．(6分)在探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。
(1)(多选)实验还需下列器材中的____。
A ．电流表
B．多用电表
C．低压交流电源
解析：实验中，变压器的原线圈应接在低压交流电源上；为了知道原、副线圈两端的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用多用电表测交流电压。故选BC。
BC
(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V时，则所接电源电压挡位可能为__。
A．18.0 V B．10.0 V
C．5.0 V D．2.5 V
A
8．(5分)(2024·浙江1月选考)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u＝5sin 100πt(V)的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列说法正确的是(　 　)
B
9．(5分)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　 　)
A．发电机输出的电流I1＝40 A
B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D．用户得到的电流I4＝455 A
C
A．副线圈中交流电频率为100 Hz
B．电流表示数为2 A
C．理想变压器输入功率为440 W
D．二极管的反向耐压值应大于110 V
B
11．(5分)(2025·山东烟台高三期中)在如图所示的电路中，交流电源输出50 Hz、电压有效值为220 V的正弦式交流电，通过副线圈n2、n3分别向10只标称为“12 V　1.5 A”的灯泡和“36 V　5 A”的电动机供电，原线圈所接灯泡L的额定电压为40 V，副线圈n2的匝数为60匝。电路接通后，各用电器都恰好正常工作。则下列说法中正确的是(　 　)
A．交流电源的输出功率为360 W
B．灯泡L的额定电流为2.0 A
C．副线圈n2所接灯泡中的电流方向每秒钟改变50次
D．原线圈n1的匝数为1 100匝，副线圈n3的匝数为180匝
B
12．(9分)小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：
(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应__。
A．选甲图中的器材 B．选乙图中的器材
C．都可以选 D．都不能选
A
解析：由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误。
(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是__。
A．变压器的铁芯没有闭合
B．原线圈实际匝数与标注的“100”不符，应该大于100匝
C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝
D．学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
D
(3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如下表。
根据测量数据可判断连接电源的线圈是__(选填“na”或“nb”)。
解析：根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热，判断出U2为原线圈上电压大小，则连接电源的线圈是nb。
U1/V 1.60 2.50 3.70 4.60
U2/V 3.70 5.30 7.60 9.70
nb