高二物理《变压器》重难知识点精析及综合能力提升训练

1高二物理《变压器》重难知识点精析及综合能力提升训练（一）重难知识点精析1．变压器的构造原线圈、副线圈、铁心2．变压器的工作原理在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。3．理想变压器磁通量全部集中在铁心内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。4．理想变压器电压跟匝数的关系：U1/U2=n1/n2说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。即有332211nUnUnU=……。这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组线圈的电动势与匝数成正比。在线圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。5．理想变压器电流跟匝数的关系I1/I2=n2/n1（适用于只有一个副线圈的变压器）说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：U1I1=U2I2+U3I3+U4I4+……再根据U2=12nnU1，U3=13nnU1，U4=14nnU4……可得出：n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+……6．注意事项（1）当变压器原副线圈匝数比(21nn)确定以后，其输出电压U2是由输入电压U1决定的(即U2=12nnU1)但若副线圈上没有负载，副线圈电流为零输出功率为零，则输入功率为2零，原线圈电流也为零，只有副线圈接入一定负载，有了一定的电流，即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（I1=12nnI2），同时有了相等的输入功率，（P入=P出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。（二）典型例题解析【*例1】一只电阻、一只电容器、一只电感线圈并联后接入手摇交流发电机的输出端．摇动频率不断增加，则通过它们的电流IR、IC、IL如何改变[]A．IR不变、IC增大、IL减小B．IR增大、IC增大、IL减小C．IR增大、IC增大、IL不变D．IR不变、IC增大、IL不变解答：应选C．点拨：手摇发电机的磁场、线圈形状和匝数都是不变的，输出电压与频率成正比．纯电阻电路中，电阻R与频率无关，IR＝U/R，所以IR与频率成正比；纯电容电路中，容抗XC＝1/2πfC，IC＝U/XC＝2πfCU，与频率的二次方成正比；纯电感电路中，XL＝2πfL，IL＝U/XL＝U/2πfL，与频率无关．【例2】图18－17为理想变压器，它的初级线圈接在交流电源上，次级线圈接在一个标有“12V100W”的灯泡上．已知变压器初、次级线圈匝数之比为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．解答：由公式U1/U2＝n1/n2，得U1＝U2n1/n2＝216(V)；因理想变压器的初、次级功率相等，所以I1＝P1/U1＝P2/U2＝0.46(A)即电压表、电流表读数分别为216V、0.46A．点拨：分析理想变压器问题时应注意正确应用电压关系和电流关系、特别是初、次级功率相等的关系．【例3】如图18－18所示，甲、乙两电路是电容器的两种不同的接法，它们各在什么条件下采用？应怎样选择电容器？3点拨：关键是注意容抗与交流电的频率成反比．甲应是电容较大的电容器，乙应是电容较小的电容器．参考答案甲是电容较大的电容器通交流，阻直流、乙是电容较小的电容器通直流，去掉交流．【例4】如图18－19所示，理想变压器的两个次级线圈分别接有“24V12W”、“12V24W”的灯泡，且都正常发光，求当开关断开和闭合时，通过初级线圈的电流之比．点拨：关键是初、次级功率始终相等．参考答案：1∶3．【例5】如图1所示，理想变压器铁芯上绕有A、B、C三个线圈，匝数比为nA∶nB∶nC=4∶2∶1，在线圈B和C的两端各接一个相同的电阻R，当线圈A与交流电源连通时，交流电流表A2的示数为I0，则交流电表A1的读数为_______________I0。【分析与解】此题如果轻易用电流强度与匝数成反比的关系来解，即ABBAnnII得出IA=0.5I0就错了。应该注意到变压器副线圈有多组，电流反比关系不成立，但电压与匝数成正比的关系还是成立的，应先根据这一关系求出C组线圈电压，再根据R相等的条件求出C组电流，由BCBCnnUU和RUIcc，得IC=0.5I0.此后利用关系式nAIA=nBnB+nCnC即4IA=2I0+1×0.5I0得IA=0.625I0A1A2C图16-1ABRR图14【例6】如图2所示电路中要使电流表读数变大，可采用的方法有（）A.将R上的滑片向上移动.B.将R上的滑片向下移动.C.将电键S由1掷向2C.将电键S由1掷向3【分析与解】在输入电压和匝数比21nn一定的情况下，输出电压U2是一定的，当R减小时，由I=RU2可知电流表读数变大，故应向下移动，(B)正确.在输入电压U1一定的条件下，减小匝数比21nn，则输出电压U2增大，（U2=12nnU1），故电流强度增大，应掷向2(C)正确，所以正确的答案是（B、C）【例7】将电阻R1和R2如图3甲所示接在变压器上，变压器原线圈接在电压恒为U的交流电源上，R1和R2上的电功率之比为2：1，若其它条件不变，只将R1和R2改成如图乙接法，R1和R2上的功率之比为1：8。若甲图中原线圈电流为I1，乙图中原线圈电流为I2，求：（1）两组副线圈的匝数之比；（2）I1和I2之比。【分析与解】：（1）甲图中R1和R2串联，电流相同，功率与电阻成正比，所以有R1=2R2……（1）设三组线圈的匝数分别是n1，n2，n3，两组副线圈上的电压分别是U2和U3，易得U2=12nnUU3=13nnU乙图中R1和R2上的功率之比为1，8即81212RUnn2213RUnn……（2）联列（1）式和（2）式解得32nn=21（2）设甲图中输出功率为P1，则P1=（Unnn132）2/（R1+R2）A图16-2PR123S图2I2R1R2UU(甲))乙(R1R216-图3I1图35设乙图中输出功率为P2，则P2=（Unn12）2/R1+（Unn13）2/R2以R1=2R2，n3=2n2代入，可得：3221PP。由于输入功率等于输出功率，所以甲、乙两图中输入功率之比也为32，根据P=IU，电压恒定，所以两图中电流之比I1：I2=2：3【例8】发电厂输出的交流电压为2.2万伏，输送功率为2.2×106瓦，现在用户处安装一降压变压器，用户的电压为220伏，发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22欧，求，(1)输电导线上损失的电功率;(2)变压器原副线圈匝数之比。【分析与解】（1）应先求出输送电流，由I线=P总/U总=2.2×1062.2×104=100(A)则损失功率为P损=I线2R线=1002×22=2.2×105(w)(2)变压器原线圈电压U1为U1=U总-U线=U总-I线R线=2.2×104-100×22=19800(V)所以原副线圈匝数比2121UUnn=19800/220=90.（三）综合能力提升测试一、选择题1．利用变压器不可能做到的是【】A．增大电流B．升高电压C．减小电压D．增大功率2．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的【】A．负载电阻为0B．输出电流为0C．两端电压为0D．输出功率为03．下列正确说法是【】A．变压器也可能改变恒定电压B．变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流6C．变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成D．变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用4．变压器原线圈1400匝，副线圈700匝并接有电阻R，当变压器工作时原副线圈中【】A．电流频率比为2∶1B．功率比为2∶1C．电流比为2∶1D．电压之比为2∶15．理想变压器原、副线圈的电流为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．以上说法都不对6．理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶15，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，副线圈的输出电压为【】A．90VB．0．4VC．6VD．0V7．当远距离高压输送一定电功率时，输电线上损耗的功率与电路中的【】A．输送电压的平方成正比B．输送电压的平方成反比C．输电线中电流的平方成正比D．导线中电流的平方成反比8．关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是【】A．由功率P=U2/R，应降低输电电压，增大导线电阻B．由P=IU，应低电压小电流输电C．由P=I2R，应减小导线电阻或减小输电电流D．上述说法均不对9．用电器电阻值为R距交变电源L，输电线电流为I，电阻率为ρ，要求输电线上电7压降不超过U．则输电线截面积最小值为【】A．ρL/RB．2ρLI/UC．U/ρLID．2UL/ρI10．远距离输送一定功率的交变电流，若送电电压提高到n倍，则输电导线上【】11．关于三相交流发电机的使用，下列说法中正确的是【】A．三相交流发电机发出三相交变电流，只能同时用三相交变电流B．三相交流发电机也可以当作三个单相交流发电机，分别单独向外传送三组单相交变电流C．三相交流发电机必须是三根火线、一根中性线向外输电，任何情况下都不能少一根输电线D．如果三相负载完全相同，三相交流发电机也可以用三根线（都是火线）向外输电12．对于三相交变电流，下面说法正确的是【】A．相电压一定大于线电压B．相电压一定小于线电压C．相电流一定小于线电流D．以上说法都不对13．如图1所示，三个完全相同的负载连接成星形，由不计内阻的三相交变电源供电，若C相断开，则电流表和电压表的示数变化应分别是【】8A．电流表示数变小，电压表示数不变B．电流表示数不变，电压表示数变大C．电流表、电压表示数都变小D．电流表、电压表示数都不变二、填空题14．如图2所示，副线圈上有一个标有“220V，10W”字样的灯泡正常发光，原线圈中的电流表示数为0.025A，则电压表的示数为______V，原、副线圈的匝数比为______．15．如图3用理想变压器给变阻器R供电，设输入交变电压不变．当变阻器R上的滑动触头P向上移动时，图中四只电表的示数和输入功率P变化情况是V1______，V2______，A1______，A2______，P______．16．发电厂输出功率为9900kW，输电线电阻为2Ω，分别用18kV和110kV的高压输电，则导线上损失的功率分别为___________，________．17．变压器接入某输电电路中，现以相同的输入电压U，不同的输出电压输送相同的电功率P，输电线电阻为R．当副线圈与原线圈匝数比为K时，输电线线路上损耗的功率为______；当匝数比为nK时，线路上损耗的功率为原来的______倍．18．如图4所示，理想变压器的线圈匝数分别为n1=2200匝，n2=600匝，n3=3700匝，已知交流电表A2示数为0.5A，A3示数为0.8A则电流表A1的示数为______．9三、计算题19．如图5变压器两个次级线圈匝数比为n1∶n2，所接负载R1=R2，当只闭合电键S1时，初级线圈中电流为1A；当只闭合电键S2时，初级线圈中电流为2A，设输入的交变电压不变，求n1∶n2．20．有一条河流，河水流量为4m3/s，落差为5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为50％，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5％，而用户所需要电压为220V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比．变压器为理想变压器输电线路如图6所示．10参考答案一、选择题1．D2．BD3．BCD4．D5．C6．D7．BC8．C9．B10．ABCD11．BD12．D13．A二、填空题14．400，20∶1115．不变，不变，减小，减小，减小16．605kW，16.