鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电第3节 科学探究:变压器课文配套课件ppt

课后素养落实(九)　科学探究：变压器

(建议用时：40分钟)

◎题组一　理想变压器的原理

1．如图可以将电压升高后供给家用电灯的变压器是(　　)

A　　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　　D

C　[A、D两图中原线圈接入恒定电流，变压器不能工作，故A、D错误；B图中，原线圈匝数比副线圈匝数多，所以是降压变压器，故B错误；C图中，原线圈匝数比副线圈匝数少，所以是升压变压器，故C正确。]

2．(多选)如图是一个理想变压器的示意图，在它正常工作时关于其说法正确的是(　　)

A．副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的

B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能

C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能

D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去

AB　[变压器的原理是原线圈的电流发生变化，从而引起副线圈中磁通量变化，产生电动势，故A正确；变压器电能的输送是电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能输送到副线圈电路中，故B正确，C、D错误。]

3．(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使(　　)

A．开关总处于接通状态

B．开关在接通时断开

C．开关在断开时接通

D．开关总处于断开状态

BC　[欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C。]

◎题组二　探究变压器电压与匝数的关系

4．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。

(1)下列器材中，实验需要的器材有________。

A．干电池

B．低压交流电源

C．220 V交流电源

D．条形磁铁

E．可拆变压器和导线

F．直流电压表

G．多用电表

(2)关于实验操作，下列说法正确的是________。

A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V

B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路

C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量

(3)在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。

[解析]　(1) “探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是低压交流电源，提供低压交流电，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线，故选BEG。

(2)变压器是为了改变电压，因此为了人身安全，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正确；实验通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，就将人体并联电路中，会导致所测数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。

(3)根据电压比公式：＝，保持原线圈两端的电压和副线圈的匝数不变，减小原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大。

[答案]　(1)BEG　(2)A　(3)增大

5．有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。

甲　　　　　　　　乙

(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。

(2)如果把它看成理想变压器，现要测定A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)_____________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(3)A线圈的匝数为nA＝________(用所测物理量符号表示)。

[解析]　(1)欧姆表示数等于指针示数与挡位的乘积，用同一挡位测电阻，指针偏角越大，所测电阻阻值越小，指针偏角越小，电阻阻值越大，由图示可知，a位置指针偏角小，线圈A的电阻大，线圈A的匝数较多。

(2)实验步骤：①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；

②将A线圈与低压交流电源相连接；

③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U；

④然后求线圈A的匝数。

(3)根据变压器电压比等于匝数比，有：＝，则nA＝n。

[答案]　(1)A　(2)见解析　(3)n

◎题组三　理想变压器的基本规律

6．如图所示，一只理想变压器，原线圈中有一个抽头B，使n1＝n2，副线圈中接有定值电阻R。当原线圈由AC端输入电压为U的正弦交流电压时，副线圈中电流为I，当原线圈由AB端输入电压为U的正弦交流电压时，副线圈中电流为I′。那么I′与I的比值等于(　　)

A．4∶1   B．1∶4  C．2∶1   D．1∶2

C　[当电压由AC端输入改为由AB端输入后，副线圈上的电压加倍，电阻R是定值电阻，所以副线圈中的电流加倍。]

7．如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)

A．原线圈的输入功率为220 W

B．电流表的读数为1 A

C．电压表的读数为110 V

D．副线圈输出交流电的周期为50 s

B　[由题知，变压器的输入电压U1＝ V＝220 V，所以U2＝U1＝110 V；副线圈电流I2＝＝2 A，原线圈电流I1＝I2＝1 A。本题中电压表、电流表的读数为有效值，故B项正确，C项错误；原线圈输入功率P1＝U1I1＝220 W，故A项错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.02 s，故D项错误。]

8．如图所示为理想变压器，三个灯泡L1、L2、L3都标有“5 V　5 W”字样，L4标有“5 V　10 W”字样，若它们都能正常发光，则变压器原、副线圈匝数比n1∶n2和ab间电压应为(　　)

A．2∶1,25 V  B．2∶1,20 V  C．1∶2,25 V   D．1∶2,20 V

A　[要使得L1、L2、L3和L4都正常发光，副线圈的电压应为10 V。若L1也能正常发光，则原线圈的电流应是副线圈的，所以由＝可知n1∶n2＝2∶1，再由＝可知，原线圈的电压为20 V，Uab＝U1＋UL1＝25 V，所以选项A正确。]

9．如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的交流电上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光。为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断。

(1)熔丝的熔断电流是多大？

(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？

[解析]　(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，则

U1I1＝U2I2，当I2＝12 mA时，I1即为熔断电流，

I1＝I2≈0.98 A。

(2)当副线圈上的电流为I2′＝10 mA时，变压器的输入功率为P1，所以P1＝P2＝I2′U2＝180 W。

[答案]　(1)0.98 A　(2)180 W

1．一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1 ，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U。原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则(　　)

A．U＝66 V，k＝   B．U＝22 V，k＝

C．U＝66 V，k＝   D．U＝22 V，k＝

A　[设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则＝＝，故k＝＝。设原线圈两端的电压为U1，则＝＝，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故＋3U＝220 V，解得U＝66 V，选项A正确。]

2．如图所示，理想变压器原线圈接交流电源，副线圈接热水器和抽油烟机，原、副线圈的匝数比为5∶1，副线圈两端电压的瞬时值u＝220sin 100πt(V)，开关S断开时，电流表示数是1 A，开关S闭合时，电流表示数是1.2 A，下列说法正确的是(　　)

A．S闭合时，抽油烟机消耗的功率是220 W

B．交流电源输出电压的最大值是1 100 V

C．S闭合时，热水器消耗的功率减小

D．S闭合时，热水器消耗的功率是220 W

A　[开关S断开时，电流表示数是I1＝1 A，则通过热水器的电流为5I1＝5 A，S闭合时，电流表示数是1.2 A，则副线圈的电流为5×1.2 A＝6 A，则抽油烟机的电流为6 A－5 A＝1 A，则抽油烟机消耗的功率P＝UI＝220×1 W＝220 W，故选项A正确；根据＝可以知道，交流电源输出电压的最大值是U1＝1 100 V，故选项B错误；S闭合前后，热水器两端的电压不变，故其消耗的功率不变，为P′＝UI＝220×5 W＝1 100 W，故选项C、D错误。]

3．一台理想变压器，其原线圈的匝数为2 200匝，副线圈的匝数为440匝，副线圈中接入一个100 Ω的负载电阻，如图所示。

(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？

(2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为多大？电流表示数为多大？此时输入功率为多少？变压器效率为多大？

[解析]　(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。

(2)由＝得：电压表示数为

U2＝U1＝×220 V＝44 V

电流表示数为I2＝＝ A＝0.44 A

P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W

效率η＝×100%＝100%。

[答案]　(1)0　0　(2)44 V　0.44 A　19.36 W　100%

4．如图所示，降压变压器的变压系数是3，即初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比是3∶1。初级线圈的输入电压是660 V，次级线圈的电阻为0.2 Ω，这台变压器供给100盏“220 V　60 W”的电灯用电。求：

(1)空载时次级线圈的端电压和输出功率；

(2)接通电路时次级线圈的端电压；

(3)每盏灯的实际功率。

[解析]　(1)设空载时次级线圈的端电压为U2，则

＝

解得U2＝U1＝220 V

因为空载，次级线圈的负载电阻R2→∞，电流I2＝0，则

P＝I2U2＝0。

(2)接通电路后，100盏电灯并联的总电阻为

R外＝＝≈8.07 Ω

次级线圈中的电流

I′2＝＝ A≈26.6 A

次级线圈的端电压

U′2＝I′2R外＝214.66 V。

(3)每盏灯的实际功率

P′＝U′2＝×214.66 W≈57.1 W。

[答案]　(1)220 V　0　(2)214.66 V　(3)57.1 W