資源簡介

第三章　第3節　變壓器
(分值：100分)
選擇題1～6題，8～9題，每小題10分，共80分。
對點題組練
題組一　變壓器的結構與原理
1.(多選)關于變壓器的構造和工作原理，以下說法正確的是(　　)
原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效地傳送電能
鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止原、副線圈短路，造成危險
變壓器不改變正弦交變電流的頻率
當原線圈接入大小不斷變化的直流電時，副線圈也有電壓輸出
2.關于理想變壓器，下列說法正確的是(　　)
理想變壓器可以改變交變電流的頻率
理想變壓器可以改變輸送電功率的大小
當理想變壓器副線圈空載時，副線圈負載電阻為零
當理想變壓器副線圈空載時，副線圈兩端電壓不為零，輸出功率為零
3.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比n1∶n2＝4∶1，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數為12 mA，則電流表A2的示數為(　　)
3 mA 0
48 mA 與負載R的阻值有關
題組二　理想變壓器的基本關系
4.某理想變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶10，當輸入電壓增加20 V時，輸出電壓(　　)
降低2 V 增加2 V
降低200 V 增加200 V
5.(多選)如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2＝2∶1，電壓表和電流表均為理想電表，燈泡電阻RL＝6 Ω，A、B端輸入電壓u1＝12sin(100πt)V。下列說法正確的是(　　)
電流頻率為50 Hz
電壓表的示數為24 V
電流表的示數為0.5 A
變壓器的輸入功率為6 W
6.(2023·北京卷，7)自制一個原、副線圈匝數分別為600匝和190匝的變壓器，原線圈接12 V的正弦交流電源，副線圈接額定電壓為3.8 V的小燈泡。實際測得小燈泡兩端電壓為2.5 V。下列措施有可能使小燈泡正常發光的是(　　)
僅增加原線圈匝數
僅增加副線圈匝數
將原、副線圈匝數都增為原來的兩倍
將兩個3.8 V小燈泡并聯起來接入副線圈
7.(6分)(2024·云南紅河高二期末)某興趣小組為了探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系。在實驗室中找到了以下器材：
A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數的線圈)
B.條形磁鐵
C.開關、導線若干
D.交流電壓表
E.直流電源
F.低壓交流電源
(1)在本實驗中，上述器材不需要的是________(2分)(填器材序號字母)。
(2)該小組同學按如圖(a)所示安裝好變壓器，將原線圈用開關和導線接到低壓交流電源上，并將兩個交流電壓表連接到原、副線圈兩端。先保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(2分)(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓變化。
(3)實驗如圖(b)所示。通過改變原、副線圈的匝數，得到原、副線圈電壓與匝數的數據關系如表所示，由表1可得出結論：_________________________________
______________________________________________________________。(2分)
物理量 一組數據 二組數據 三組數據
原線圈匝數n1 100 100 100
副線圈匝數n2 200 800 1 400
副、原線圈匝數比 2 8 14
原線圈輸入電壓U1/V 10.5 10.5 10.5
副線圈輸出電壓U2/V 21.7 89.0 160
副、原線圈電壓比 2.06 8.48 15.24
與的比值 1.03 1.06 1.09
綜合提升練
8.(多選)如圖所示，Q是熔斷電流為1 A的保險絲，R為用電器，理想變壓器的原、副線圈的匝數比為n1∶n2＝2∶1。原線圈的電壓為u＝220sin(100πt)V。要使保險絲不熔斷，則(　　)
副線圈中電流最大值不超過2 A
副線圈中電流有效值不超過2 A
R的阻值一定不能小于55 Ω
R的阻值一定不能小于77 Ω
9.(多選)如圖所示，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發光。下列說法正確的是(　　)
原、副線圈匝數之比為9∶1
原、副線圈匝數之比為1∶9
此時a和b的電功率之比為9∶1
此時a和b的電功率之比為1∶9
10.(4分)在“探究變壓器的電壓與匝數的關系”的實驗中，操作步驟如下：
①將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；
②閉合電源開關，用交流電壓表測量副線圈兩端的電壓；
③將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；
④將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟。
(1)以上操作的合理順序是________(2分)(只填步驟前數字序號)。
(2)如圖所示，在實驗中，兩線圈的匝數分別取n1＝1 600，n2＝400，當將n1作原線圈時，U1＝16 V，副線圈兩端電壓U2＝4 V；原線圈與副線圈對調后，U1′＝8 V時，U2′＝32 V，那么可初步確定，變壓器兩個線圈兩端的電壓U1、U2與線圈匝數n1、n2的關系是________。(2分)
11.(10分)(2024·山西呂梁高二期末)在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數的關系”實驗中，可拆變壓器如圖甲所示。
(1)理想變壓器原、副線圈電壓應與其匝數成正比，實驗中原線圈與副線圈的電壓之比為________(3分)(選填“大于”“小于”或“等于”)原線圈與副線圈的匝數之比。
(2)實驗中原、副線圈的電壓之比與它們的匝數之比有微小差別，原因可能為________(3分)(填字母代號)。
A.原、副線圈上通過的電流發熱
B.鐵芯在交變磁場作用下發熱
C.變壓器鐵芯漏磁
D.原線圈輸入電壓發生變化
(3)組裝變壓器時，李輝同學沒有將鐵芯閉合，如圖乙所示，原線圈接交流8.0 V的學生電源，原、副線圈的匝數比為8∶1，副線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的實際讀數可能是________(4分)(填字母代號)。
A.0 V B.0.7 V
C.1.0 V D.64.0 V
第3節　變壓器
1.ACD　[閉合鐵芯的導磁能力比真空或空氣強得多，當原、副線圈纏繞在同一閉合鐵芯上時，通過原線圈的電流產生磁場的磁感線幾乎全部沿鐵芯通過副線圈，漏到空氣中的磁感線很少，因此可以有效地將原線圈中的電能傳送到副線圈中，故選項A正確；若用整塊金屬做成鐵芯，當通過它的磁通量發生變化時，就會在鐵芯中產生渦流，導致鐵芯發熱，可能燒壞變壓器，同時大大降低了電能的傳輸效率，故選項B錯誤；變壓器不改變正弦交變電流的頻率，選項C正確；由法拉第電磁感應定律知，只要輸入原線圈的電流發生變化，穿過副線圈的磁通量就發生變化，在副線圈中就有感應電動勢產生，故選項D正確。]
2.D　[變壓器不能改變交變電流的頻率，故A錯誤；理想變壓器輸入功率等于輸出功率，故B錯誤；空載相當于電阻無窮大，副線圈兩端電壓不為零，但輸出電流為零，輸出功率為零，故C錯誤，D正確。]
3.B　[當導體棒做勻速直線運動切割磁感線時，在原線圈中產生恒定不變的電流，鐵芯中產生的磁場是不變的，穿過副線圈的磁通量不變，不能在副線圈中產生感應電流，故B正確。]
4.D　[理想變壓器的電壓與匝數關系為＝＝，整理可得＝，即原、副線圈匝數比等于電壓變化量之比，當ΔU1＝20 V時，ΔU2＝200 V，選項D正確。]
5.AD　[根據u1＝12sin(100πt)V及U＝知U1＝12 V，f＝＝50 Hz，選項A正確；根據＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即電壓表的示數為6 V，選項B錯誤；電流表的示數I2＝＝ A＝1 A，選項C錯誤；根據P1＝P2及P2＝＝ W＝6 W，可知變壓器的輸入功率為6 W，選項D正確。]
6.B　[由＝知，僅增加原線圈匝數n1，副線圈的輸出電壓U2減小，不能使小燈泡正常發光，故A錯誤；若僅增加副線圈匝數n2，副線圈的輸出電壓U2增大，有可能使小燈泡正常發光，故B正確；若將原、副線圈匝數都增為原來的兩倍，由于原線圈的電壓不變，則副線圈的輸出電壓U2不變，也不能使小燈泡正常發光，故C錯誤；將兩個3.8 V小燈泡并聯，但由于原線圈的電壓不變，則副線圈的輸出電壓U2不變，也不能使小燈泡正常發光，故D錯誤。]
7.(1)BD　(2)減小　(3)原、副線圈匝數比在誤差范圍內與原、副線圈電壓比相等，由于變壓器工作時有能量損失，實驗測得的原、副線圈的電壓比大于原、副線圈的匝數比
解析　(1)實驗中若用直流電源，變壓器不能互感變壓，必須要有低壓交流電源提供交流電，也不需要條形磁鐵。故選BD。
(2)根據＝，先保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓減小。
(3)由表1可得出結論：原、副線圈匝數比在誤差范圍內與原、副線圈電壓比相等；由于變壓器工作時有能量損失，實驗測得的原、副線圈的電壓比大于原、副線圈的匝數比。
8.BC　[保險絲的原理是電流的熱效應，應該用電流的有效值進行計算。由＝得U2＝U1＝×220 V＝110 V，由＝得I2＝I1＝×1 A＝2 A，所以Rmin＝＝55 Ω，故B、C正確。 ]
9.AD　[設燈泡的額定電壓為U0，輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發光，則變壓器原線圈兩端的電壓為9U0，變壓器原、副線圈的匝數之比為9∶1，選項A正確，B錯誤；由9U0Ia＝U0Ib得，流過燈泡b的電流是流過燈泡a電流的9倍，根據P＝UI可知，燈泡a、b的電功率之比為1∶9，選項C錯誤，D正確。]
10.(1)①③②④　(2)＝
解析　(1)在“探究變壓器的電壓與匝數的關系”實驗中，首先將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；再將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；閉合電源開關，用交流電壓表測量副線圈兩端的電壓；最后將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟。故合理的順序是①③②④。
(2)兩線圈的匝數分別取n1＝1 600，n2＝400，當將n1作原線圈時，U1＝16 V，副線圈兩端電壓U2＝4 V；當原線圈與副線圈對調后，U1′＝8 V時，U2′＝32 V，此時U2′為線圈n1兩端的電壓，而U1′為線圈n2兩端的電壓；由以上數據可得＝。
11.(1)大于　(2)ABC　(3)B
解析　(1)理想變壓器原、副線圈電壓應與其匝數成正比，即為＝，在實驗中，由于變壓器有銅損、鐵損和漏磁，導致副線圈的電壓實際值一般略小于理論值，因此有>，即原線圈與副線圈的電壓之比大于原線圈與副線圈的匝數之比。
(2)原、副線圈上通過的電流發熱；鐵芯在交變磁場作用下發熱；變壓器鐵芯漏磁，都會產生電能消耗，導致原、副線圈的電壓之比與它們的匝數之比有微小差別，A、B、C正確；原線圈輸入電壓發生變化，副線圈的電壓隨著變化，則有原、副線圈的電壓之比不變，D錯誤。
(3)對理想變壓器有＝，可得U2＝U1＝×8.0 V＝1.0 V，組裝變壓器時，沒有將鐵芯閉合，變壓器有漏磁，副線圈的電壓要比理想變壓器時的電壓略小，則交流電壓表的實際讀數可能是0.7 V，A、C、D錯誤，B正確。第3節　變壓器
學習目標　1.了解變壓器的結構與原理。2.通過實驗探究變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系。
3.理解理想變壓器的功率關系，并能推導出原、副線圈的電流與匝數的關系。
知識點一　變壓器的結構與原理
如圖所示，把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連接到交流電源的兩端，另一個線圈連接到小燈泡上，小燈泡能發光。
(1)閉合鐵芯的作用是什么？
(2)兩個線圈并沒有直接接觸，小燈泡為什么能發光？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.變壓器的結構：最簡單的變壓器是由____________和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的，示意圖和符號如圖所示。
(1)原線圈：與交流電________連接的線圈，也叫初級線圈。
(2)副線圈：與________連接的線圈，也叫次級線圈。
2.變壓器的工作原理
(1)當變壓器的原線圈加上交變電壓時，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發交變的磁場，交變的磁感線穿過原、副線圈，在原、副線圈中都產生________________。當副線圈與負載連接組成閉合回路時，在副線圈中就會有交流電通過。這樣，雖然原、副線圈并不相連，電能卻從原線圈通過________傳輸給副線圈。
(2)變壓器工作的基礎是________。
3.變壓器工作原理圖解
4.理想變壓器
理想變壓器是一種理想模型，忽略如下次要因素：
①忽略漏磁，即認為交變電流產生的磁場的磁感線全部都在鐵芯內。
②忽略一切能量損耗。
例1 關于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(　　)
A.通有正弦交流電的原線圈的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等
C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練1 變壓器上的原、副線圈之間并沒有導線直接連接，卻將電能從原線圈的電路輸送到副線圈的電路。在無線充電技術中，其中一種技術就是基于變壓器的原理產生的。如圖所示，無線充電器正在對手機進行無線充電。下列說法合理的是(　　)
A.在變壓器原、副線圈上不存在能量的轉化
B.在變壓器原線圈上電場能轉化成磁場能
C.手機必須與無線充電器貼合才能進行無線充電
D.用無線充電器給手機充電的過程中沒有能量損耗
知識點二　探究變壓器的電壓與匝數的關系
一、實驗目的
探究變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系。
二、實驗器材
可拆變壓器、學生電源、交流電表。
三、實驗原理
可拆變壓器是專為教學設計的儀器，它的外形如圖甲所示，其中左邊線圈中間有兩個抽頭，右邊線圈中間有一個抽頭。它的結構如圖乙所示，把各接線柱從左到右分別標為“1、2、3、4”及“1′、2′、3′”。把交流電源接到左邊線圈兩個接線柱上(比如1、4兩接線柱，即加到1 400匝線圈兩端)，即可在副線圈得到三組不同的輸出電壓。
四、實驗步驟
1.為安全起見，利用學生電源在變壓器原線圈1、4兩接線柱間輸入較低的交流電壓(如10～16 V)，利用交流電壓表分別測量不同端點間的電壓，填入下表中。
注意：不可把220 V電壓加在除1 400匝外的其他各線圈兩端。
2.在原線圈1、4兩接線柱間輸入不同的電壓，重復以上測量，并填入表格中。
接線端 1、2 2、3 1、3 2、4 1、4 1′、2′ 2′、3′ 1′、3′
匝數n 200 600 800 1 200 1 400 100 300 400
1 電壓U/V
比值/V
2 電壓U/V
比值/V
3 電壓U/V
比值/V
五、數據處理
分析表格中的數據可知：當原線圈匝數不變時，副線圈兩端的電壓與副線圈匝數成正比；當副線圈匝數不變時，副線圈兩端的電壓與原線圈匝數成反比。
結論：在誤差允許的范圍內，變壓器原、副線圈兩端的電壓之比與匝數之比相等，數學表達式為＝。
六、誤差分析
1.由于漏磁，穿過每匝的磁通量不嚴格相等，造成誤差。
2.原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗造成誤差。
3.鐵芯在交變磁場的作用下也會發熱，造成誤差。
七、注意事項
1.為確保人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不超過16 V；通電時不要用手接觸裸露的導線與接線柱等。
2.為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋測試，大致確定被測電壓后再選擇適當的擋位進行測量。
3.連接電路后要由同組的幾位同學分別獨立檢查，然后請老師確認后，才能接通電源。
例2 (2024·四川攀枝花高二期中)某物理小組欲探究變壓器線圈兩端電壓與匝數關系，提供的實驗器材有：學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導線。圖甲為實驗原理圖，在原線圈A、B兩端加上電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，測量數據如表，請回答下列問題：
實驗序號 原線圈匝數n1＝400 原線圈兩端電壓U1(V) 副線圈匝數n2＝200 原線圈兩端電壓U2(V) 副線圈匝數n2＝1400 原線圈兩端電壓U2(V)
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.1
3 12.6 6.2 44.0
(1)在圖乙中，應將A、B分別與________(選填“a、b”或“c、d”)連接。
(2)根據上表數據得出的實驗結論是：在實驗誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓之比等于________。
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練2 (2024·福建福州高二期末)某同學要進行“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗，實物圖如圖所示。
(1)關于實驗，下列說法正確的是________。
A.為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數小于副線圈匝數
B.為了確保人身安全，只能使用低于12 V的電源
C.通電情況下不可以用手接觸裸露的導線、接線柱
(2)為了探究n1＝400匝、n2＝200匝的變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系，請用筆畫線代替連線，將圖中的實物連接補充完整。
(3)在實驗中，兩個電壓表的讀數記錄如下
電壓次數 1 2 3 4 5
U1/V 2.5 4.5 7.0 9.0 10.5
U2/V 1.2 2.2 3.4 4.4 5.2
該同學多次實驗后發現原、副線圈的電壓之比總是________(選填“稍大于”“等于”或“稍小于”)原、副線圈的匝數之比，試分析其原因____________________。
知識點三　理想變壓器的基本關系
1.電壓與匝數的關系
理想變壓器原、副線圈兩端的電壓跟它們的________成正比，即＝。
2.升壓變壓器和降壓變壓器
副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器叫________變壓器；副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫________變壓器。
3.變壓器的效率
(1)變壓器的輸出功率與輸入功率之比，叫作變壓器的效率。
(2)對于理想變壓器，P入＝P出，η＝100%。
4.理想變壓器的基本規律
(1)電壓關系：＝，當有多個副線圈時，則有＝＝＝…。
(2)電流關系：根據P入＝P出，當只有一個副線圈時，I1U1＝I2U2，得n1I1＝n2I2；當有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。
例3 (多選)(2023·海南卷，11)如圖是工廠利用u＝220sin 100πt V的交流電給36 V照明燈供電的電路，變壓器原線圈匝數為1 100，下列說法正確的是(　　)
A.電源電壓有效值為220 V
B.交變電流的周期為0.02 s
C.副線圈匝數為180
D.副線圈匝數為240
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練3 (2023·廣東卷，6)用一臺理想變壓器對電動汽車充電，該變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2，輸出功率為8.8 kW，原線圈的輸入電壓u＝220sin(100πt)V。關于副線圈輸出電流的有效值和頻率正確的是(　　)
A.20 A，50 Hz
B.20 A，50 Hz
C.20 A，100 Hz
D.20 A，100 Hz
訓練4 (多選)(2024·廣東深圳期末)如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2，副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W，原線圈電路中接有理想電壓表和電流表。現閉合開關，燈泡正常發光。若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數，則(　　)
A.U＝110 V
B.I＝0.2 A
C.原、副線圈電流之比為1∶2
D.原線圈輸入功率為22 W
隨堂對點自測
1.(變壓器的結構與原理)如圖所示，可以將電壓升高給電燈供電的變壓器是(　　)
2.(變壓器的電壓與匝數的關系)如圖所示，理想變壓器原、副線圈接有三個完全相同的燈泡，其額定電壓均為U，且三個燈泡均能正常發光。下列說法正確的是(　　)
A.原、副線圈匝數之比為3∶1
B.原、副線圈匝數之比為1∶3
C.A、B間的輸入電壓為3U
D.A、B間的輸入電壓為4U
3.(1)某同學在做“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系”實驗時，用學生電源提供給圖甲所示變壓器原線圈的電壓為5 V，用演示電表交流50 V 擋測量副線圈電壓時示數如圖乙所示，則變壓器的原、副線圈匝數之比可能是__________。
A.5∶8 B.5∶16
C.1∶14 D.1∶8
(2)街頭見到的變壓器是降壓變壓器，假設它只有一個原線圈和一個副線圈，________(選填“原線圈”或“副線圈”)應該使用較粗的導線。
第3節　變壓器
知識點一
導學　提示　(1)閉合鐵芯的作用是形成一個閉合磁路，使穿過原、副線圈的磁通量變化情況基本相同。
(2)原線圈中變化的電流在鐵芯中產生變化的磁場，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，進而有感應電流，使小燈泡發光。
知識梳理
1.閉合鐵芯　(1)電源　(2)負載
2.(1)感應電動勢　磁場　(2)互感
例1 C　[通有正弦交流電的原線圈產生的磁場是變化的，則穿過原線圈的磁通量變化，A錯誤；對于理想變壓器，穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都是相等的，B錯誤；由法拉第電磁感應定律知，C正確；原線圈中的電能轉化為磁場能又轉化為電能，原、副線圈通過磁場聯系在一起，D錯誤。]
訓練1 B　[在變壓器原、副線圈上存在能量的轉化，在變壓器原線圈上，電場能轉化成磁場能，在副線圈上，磁場能轉化成電場能，故A錯誤，B正確；給手機充電時手機不必與無線充電器貼合，只要手機在無線充電器磁場范圍內即可，故C錯誤；用無線充電器給手機充電過程中有能量損耗，故D錯誤。]
知識點二
例2 (1)c、d　(2)兩個線圈的匝數之比
解析　(1)在探究變壓器線圈兩端電壓與匝數關系的實驗中，原線圈兩端應接入交流電，故應將A、B分別與c、d連接。
(2)根據題表中數據可得，在實驗誤差允許范圍內有＝，得出結論：在實驗誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數之比。
訓練2 (1)BC　(2)見解析圖　(3)稍大于　變壓器不是理想變壓器或漏磁或渦流或電阻等
解析　(1)為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數大于副線圈匝數，故A錯誤；變壓器的工作原理是電磁感應，原線圈兩端應接交流電，為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓應不超過12 V，故B正確；連接好電路后，要先檢查電路是否正確，然后再接通電源，通電時，若用手接觸裸露的導線、接線柱，這樣無形之中，將人體并聯在電路中，導致所測數據不準確，也不符合用電安全規范，故C正確。
(2)連接實物圖如圖所示。
(3)原副線圈的匝數比為＝＝，通過分析實驗數據發現原、副線圈的電壓比總是稍大于原、副線圈匝數比，即說明副線圈的電壓偏低，導致這種現象的原因是漏磁、鐵芯發熱、導線發熱等產生能量損耗，使副線圈兩端電壓偏低。
知識點三
1.匝數　2.升壓　降壓
例3 BC　[由交變電流的表達式可知，該交變電流有效值為220 V，A錯誤；交變電流的周期T＝＝0.02 s，B正確；根據理想變壓器的變壓規律＝，得n2＝n1＝＝180，C正確，D錯誤。]
訓練3 A　[由題可知原線圈輸入電壓的有效值為U1＝＝220 V，原線圈電流為I1＝＝40 A，副線圈輸出電流的有效值為I2＝I1＝20 A，變壓器不改變電流的頻率，其頻率為f＝＝ Hz＝50 Hz，故A正確。]
訓練4 ABD　[燈泡正常發光時，兩端的電壓為220 V，流過燈泡的電流I2＝＝0.1 A，根據＝，可知電壓表讀數U＝U1＝110 V，根據＝＝可得電流表讀數I＝I1＝0.2 A，原線圈輸入功率為P＝U1I1＝22 W，故A、B、D正確，C錯誤。]
隨堂對點自測
1.C　[變壓器只能對交流電實現變壓，不能對直流電變壓，故選項A、D錯誤；由于原、副線圈兩端的電壓之比與原、副線圈的匝數之比相等，副線圈匝數多于原線圈匝數的變壓器才能實現升壓，故選項B錯誤，C正確。]
2.C　[設燈泡正常發光時，流過它的電流為I，則該變壓器通過原線圈的電流I1＝I，通過副線圈的電流I2＝2I，則原、副線圈匝數之比＝＝2∶1；所以原線圈兩端的電壓U1＝U2＝2U，則A、B間輸入電壓為3U，故A、B、D錯誤，C正確。]
3.(1)D　(2)副線圈
解析　(1)根據電壓表讀數知，該變壓器的輸出電壓為40 V，所以變壓器的原副線圈匝數之比＝＝＝，故D正確，A、B、C錯誤。
(2)理想變壓器的電壓與匝數成正比，當只有一個副線圈的時候，電流與匝數成反比，街頭用電的變壓器是降壓變壓器，可知副線圈的匝數比原線圈的匝數少，副線圈的電流較大，應該使用較粗的導線。(共59張PPT)
第3節 變壓器
第三章　交流電
1.了解變壓器的結構與原理。
2.通過實驗探究變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系。
3.理解理想變壓器的功率關系，并能推導出原、副線圈的電流與匝數的關系。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　探究變壓器的電壓與匝數的關系
知識點一　變壓器的結構與原理
知識點三　理想變壓器的基本關系
知識點一　變壓器的結構與原理
如圖所示，把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連接到交流電源的兩端，另一個線圈連接到小燈泡上，小燈泡能發光。
(1)閉合鐵芯的作用是什么？
(2)兩個線圈并沒有直接接觸，小燈泡為什么能發光？
提示　(1)閉合鐵芯的作用是形成一個閉合磁路，使穿過原、副線圈的磁通量變化情況基本相同。
(2)原線圈中變化的電流在鐵芯中產生變化的磁場，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，進而有感應電流，使小燈泡發光。
1.變壓器的結構：最簡單的變壓器是由__________和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的，示意圖和符號如圖所示。
閉合鐵芯
(1)原線圈：與交流電______連接的線圈，也叫初級線圈。
(2)副線圈：與______連接的線圈，也叫次級線圈。
電源
負載
2.變壓器的工作原理
(1)當變壓器的原線圈加上交變電壓時，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發交變的磁場，交變的磁感線穿過原、副線圈，在原、副線圈中都產生____________。當副線圈與負載連接組成閉合回路時，在副線圈中就會有交流電通過。這樣，雖然原、副線圈并不相連，電能卻從原線圈通過______傳輸給副線圈。
(2)變壓器工作的基礎是______。
感應電動勢
磁場
互感
3.變壓器工作原理圖解
4.理想變壓器
理想變壓器是一種理想模型，忽略如下次要因素：
①忽略漏磁，即認為交變電流產生的磁場的磁感線全部都在鐵芯內。
②忽略一切能量損耗。
C
例1 關于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(　　)
A.通有正弦交流電的原線圈的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等
C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
解析　通有正弦交流電的原線圈產生的磁場是變化的，則穿過原線圈的磁通量變化，A錯誤；對于理想變壓器，穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都是相等的，B錯誤；由法拉第電磁感應定律知，C正確；原線圈中的電能轉化為磁場能又轉化為電能，原、副線圈通過磁場聯系在一起，D錯誤。
B
訓練1 變壓器上的原、副線圈之間并沒有導線直接連接，卻將電能從原線圈的電路輸送到副線圈的電路。在無線充電技術中，其中一種技術就是基于變壓器的原理產生的。如圖所示，無線充電器正在對手機進行無線充電。下列說法合理的是(　　)
A.在變壓器原、副線圈上不存在能量的轉化
B.在變壓器原線圈上電場能轉化成磁場能
C.手機必須與無線充電器貼合才能進行無線充電
D.用無線充電器給手機充電的過程中沒有能量損耗
解析　在變壓器原、副線圈上存在能量的轉化，在變壓器原線圈上，電場能轉化成磁場能，在副線圈上，磁場能轉化成電場能，故A錯誤，B正確；給手機充電時手機不必與無線充電器貼合，只要手機在無線充電器磁場范圍內即可，故C錯誤；用無線充電器給手機充電過程中有能量損耗，故D錯誤。
知識點二　探究變壓器的電壓與匝數的關系
一、實驗目的
探究變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系。
二、實驗器材
可拆變壓器、學生電源、交流電表。
三、實驗原理
可拆變壓器是專為教學設計的儀器，它的外形如圖甲所示，其中左邊線圈中間有兩個抽頭，右邊線圈中間有一個抽頭。它的結構如圖乙所示，把各接線柱從左到右分別標為“1、2、3、4”及“1′、2′、3′”。把交流電源接到左邊線圈兩個接線柱上(比如1、4兩接線柱，即加到1 400匝線圈兩端)，即可在副線圈得到三組不同的輸出電壓。
四、實驗步驟
1.為安全起見，利用學生電源在變壓器原線圈1、4兩接線柱間輸入較低的交流電壓(如10～16 V)，利用交流電壓表分別測量不同端點間的電壓，填入下表中。
注意：不可把220 V電壓加在除1 400匝外的其他各線圈兩端。
2.在原線圈1、4兩接線柱間輸入不同的電壓，重復以上測量，并填入表格中。
五、數據處理
分析表格中的數據可知：當原線圈匝數不變時，副線圈兩端的電壓與副線圈匝數成正比；當副線圈匝數不變時，副線圈兩端的電壓與原線圈匝數成反比。
六、誤差分析
1.由于漏磁，穿過每匝的磁通量不嚴格相等，造成誤差。
2.原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗造成誤差。
3.鐵芯在交變磁場的作用下也會發熱，造成誤差。
七、注意事項
1.為確保人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不超過16 V；通電時不要用手接觸裸露的導線與接線柱等。
2.為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋測試，大致確定被測電壓后再選擇適當的擋位進行測量。
3.連接電路后要由同組的幾位同學分別獨立檢查，然后請老師確認后，才能接通電源。
例2 (2024·四川攀枝花高二期中)某物理小組欲探究變壓器線圈兩端電壓與匝數關系，提供的實驗器材有：學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導線。圖甲為實驗原理圖，在原線圈A、B兩端加上電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，測量數據如表，請回答下列問題：
實驗序號 原線圈匝數n1＝400 原線圈兩端電壓U1(V) 副線圈匝數n2＝200 原線圈兩端電壓U2(V) 副線圈匝數n2＝1400
原線圈兩端電壓U2(V)
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.1
3 12.6 6.2 44.0
(1)在圖乙中，應將A、B分別與________(選填“a、b”或“c、d”)連接。
(2)根據上表數據得出的實驗結論是：在實驗誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓之比等于________。
解析　(1)在探究變壓器線圈兩端電壓與匝數關系的實驗中，原線圈兩端應接入交流電，故應將A、B分別與c、d連接。
答案　(1)c、d　(2)兩個線圈的匝數之比
訓練2 (2024·福建福州高二期末)某同學要進行“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗，實物圖如圖所示。
(1)關于實驗，下列說法正確的是________。
A.為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數小于副線圈匝數
B.為了確保人身安全，只能使用低于12 V的電源
C.通電情況下不可以用手接觸裸露的導線、接線柱
(2)為了探究n1＝400匝、n2＝200匝的變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系，請用筆畫線代替連線，將圖中的實物連接補充完整。
(3)在實驗中，兩個電壓表的讀數記錄如下
電壓次數 1 2 3 4 5
U1/V 2.5 4.5 7.0 9.0 10.5
U2/V 1.2 2.2 3.4 4.4 5.2
該同學多次實驗后發現原、副線圈的電壓之比總是________(選填“稍大于”“等于”或“稍小于”)原、副線圈的匝數之比，試分析其原因_____________________。
答案　(1)BC　(2)見解析圖　(3)稍大于　變壓器不是理想變壓器或漏磁或渦流或電阻等
解析　(1)為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數大于副線圈匝數，故A錯誤；變壓器的工作原理是電磁感應，原線圈兩端應接交流電，為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓應不超過12 V，故B正確；連接好電路后，要先檢查電路是否正確，然后再接通電源，通電時，若用手接觸裸露的導線、接線柱，這樣無形之中，將人體并聯在電路中，導致所測數據不準確，也不符合用電安全規范，故C正確。
(2)連接實物圖如圖所示。
知識點三　理想變壓器的基本關系
1.電壓與匝數的關系
匝數
2.升壓變壓器和降壓變壓器
副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器叫______變壓器；副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫______變壓器。
升壓
降壓
3.變壓器的效率
(1)變壓器的輸出功率與輸入功率之比，叫作變壓器的效率。
(2)對于理想變壓器，P入＝P出，η＝100%。
4.理想變壓器的基本規律
BC
A
ABD
訓練4 (多選)(2024·廣東深圳期末)如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2，副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W，原線圈電路中接有理想電壓表和電流表。現閉合開關，燈泡正常發光。若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數，則(　　 )
A.U＝110 V
B.I＝0.2 A
C.原、副線圈電流之比為1∶2
D.原線圈輸入功率為22 W
隨堂對點自測
2
C
1.(變壓器的結構與原理)如圖所示，可以將電壓升高給電燈供電的變壓器是(　　)
解析　變壓器只能對交流電實現變壓，不能對直流電變壓，故選項A、D錯誤；由于原、副線圈兩端的電壓之比與原、副線圈的匝數之比相等，副線圈匝數多于原線圈匝數的變壓器才能實現升壓，故選項B錯誤，C正確。
C
2.(變壓器的電壓與匝數的關系)如圖所示，理想變壓器原、副線圈接有三個完全相同的燈泡，其額定電壓均為U，且三個燈泡均能正常發光。下列說法正確的是(　　)
A.原、副線圈匝數之比為3∶1 B.原、副線圈匝數之比為1∶3
C.A、B間的輸入電壓為3U D.A、B間的輸入電壓為4U
3.(1)某同學在做“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系”實驗時，用學生電源提供給圖甲所示變壓器原線圈的電壓為5 V，用演示電表交流50 V 擋測量副線圈電壓時示數如圖乙所示，則變壓器的原、副線圈匝數之比可能是__________。
A.5∶8 B.5∶16 C.1∶14 D.1∶8
(2)街頭見到的變壓器是降壓變壓器，假設它只有一個原線圈和一個副線圈，________(選填“原線圈”或“副線圈”)應該使用較粗的導線。
答案　(1)D　(2)副線圈
(2)理想變壓器的電壓與匝數成正比，當只有一個副線圈的時候，電流與匝數成反比，街頭用電的變壓器是降壓變壓器，可知副線圈的匝數比原線圈的匝數少，副線圈的電流較大，應該使用較粗的導線。
課后鞏固訓練
3
ACD
題組一　變壓器的結構與原理
1.(多選)關于變壓器的構造和工作原理，以下說法正確的是(　 　)
A.原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效地傳送電能
B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止原、副線圈短路，造成危險
C.變壓器不改變正弦交變電流的頻率
D.當原線圈接入大小不斷變化的直流電時，副線圈也有電壓輸出
對點題組練
解析　閉合鐵芯的導磁能力比真空或空氣強得多，當原、副線圈纏繞在同一閉合鐵芯上時，通過原線圈的電流產生磁場的磁感線幾乎全部沿鐵芯通過副線圈，漏到空氣中的磁感線很少，因此可以有效地將原線圈中的電能傳送到副線圈中，故選項A正確；若用整塊金屬做成鐵芯，當通過它的磁通量發生變化時，就會在鐵芯中產生渦流，導致鐵芯發熱，可能燒壞變壓器，同時大大降低了電能的傳輸效率，故選項B錯誤；變壓器不改變正弦交變電流的頻率，選項C正確；由法拉第電磁感應定律知，只要輸入原線圈的電流發生變化，穿過副線圈的磁通量就發生變化，在副線圈中就有感應電動勢產生，故選項D正確。
D
2.關于理想變壓器，下列說法正確的是(　　)
A.理想變壓器可以改變交變電流的頻率
B.理想變壓器可以改變輸送電功率的大小
C.當理想變壓器副線圈空載時，副線圈負載電阻為零
D.當理想變壓器副線圈空載時，副線圈兩端電壓不為零，輸出功率為零
解析　變壓器不能改變交變電流的頻率，故A錯誤；理想變壓器輸入功率等于輸出功率，故B錯誤；空載相當于電阻無窮大，副線圈兩端電壓不為零，但輸出電流為零，輸出功率為零，故C錯誤，D正確。
B
3.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比n1∶n2＝4∶1，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數為12 mA，則電流表A2的示數為(　　)
A.3 mA B.0
C.48 mA D.與負載R的阻值有關
解析　當導體棒做勻速直線運動切割磁感線時，在原線圈中產生恒定不變的電流，鐵芯中產生的磁場是不變的，穿過副線圈的磁通量不變，不能在副線圈中產生感應電流，故B正確。
D
題組二　理想變壓器的基本關系
4.某理想變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶10，當輸入電壓增加20 V時，輸出電壓(　　)
A.降低2 V B.增加2 V
C.降低200 V D.增加200 V
AD
A.電流頻率為50 Hz
B.電壓表的示數為24 V
C.電流表的示數為0.5 A
D.變壓器的輸入功率為6 W
B
6.(2023·北京卷，7)自制一個原、副線圈匝數分別為600匝和190匝的變壓器，原線圈接12 V的正弦交流電源，副線圈接額定電壓為3.8 V的小燈泡。實際測得小燈泡兩端電壓為2.5 V。下列措施有可能使小燈泡正常發光的是(　　)
A.僅增加原線圈匝數
B.僅增加副線圈匝數
C.將原、副線圈匝數都增為原來的兩倍
D將兩個3.8 V小燈泡并聯起來接入副線圈
7.(2024·云南紅河高二期末)某興趣小組為了探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系。在實驗室中找到了以下器材：
A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數的線圈)
B.條形磁鐵
C.開關、導線若干
D.交流電壓表
E.直流電源
F.低壓交流電源
(1)在本實驗中，上述器材不需要的是________(填器材序號字母)。
(2)該小組同學按如圖(a)所示安裝好變壓器，將原線圈用開關和導線接到低壓交流電源上，并將兩個交流電壓表連接到原、副線圈兩端。先保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓變化。
(3)實驗如圖(b)所示。通過改變原、副線圈的匝數，得到原、副線圈電壓與匝數的數據關系如表所示，由表1可得出結論：______________________________
__________________________________________________________________。
答案　(1)BD　(2)減小　(3)原、副線圈匝數比在誤差范圍內與原、副線圈電壓比相等，由于變壓器工作時有能量損失，實驗測得的原、副線圈的電壓比大于原、副線圈的匝數比
解析　(1)實驗中若用直流電源，變壓器不能互感變壓，必須要有低壓交流電源提供交流電，也不需要條形磁鐵。故選BD。
(3)由表1可得出結論：原、副線圈匝數比在誤差范圍內與原、副線圈電壓比相等；由于變壓器工作時有能量損失，實驗測得的原、副線圈的電壓比大于原、副線圈的匝數比。
BC
綜合提升練
A.副線圈中電流最大值不超過2 A
B.副線圈中電流有效值不超過2 A
C.R的阻值一定不能小于55 Ω
D.R的阻值一定不能小于77 Ω
AD
9.(多選)如圖所示，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發光。下列說法正確的是(　　)
A.原、副線圈匝數之比為9∶1
B.原、副線圈匝數之比為1∶9
C.此時a和b的電功率之比為9∶1
D.此時a和b的電功率之比為1∶9
解析　設燈泡的額定電壓為U0，輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發光，則變壓器原線圈兩端的電壓為9U0，變壓器原、副線圈的匝數之比為9∶1，選項A正確，B錯誤；由9U0Ia＝U0Ib得，流過燈泡b的電流是流過燈泡a電流的9倍，根據P＝UI可知，燈泡a、b的電功率之比為1∶9，選項C錯誤，D正確。
10.在“探究變壓器的電壓與匝數的關系”的實驗中，操作步驟如下：
①將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；
②閉合電源開關，用交流電壓表測量副線圈兩端的電壓；
③將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；
④將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟。
(1)以上操作的合理順序是________(只填步驟前數字序號)。
(2)如圖所示，在實驗中，兩線圈的匝數分別取n1＝1 600，n2＝400，當將n1作原線圈時，U1＝16 V，副線圈兩端電壓U2＝4 V；原線圈與副線圈對調后，U1′＝8 V時，U2′＝32 V，那么可初步確定，變壓器兩個線圈兩端的電壓U1、U2與線圈匝數n1、n2的關系是________。
解析　(1)在“探究變壓器的電壓與匝數的關系”實驗中，首先將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；再將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；閉合電源開關，用交流電壓表測量副線圈兩端的電壓；最后將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟。故合理的順序是①③②④。
11.(2024·山西呂梁高二期末)在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數的關系”實驗中，可拆變壓器如圖甲所示。
(1)理想變壓器原、副線圈電壓應與其匝數成正比，實驗中原線圈與副線圈的電壓之比為________(選填“大于”“小于”或“等于”)原線圈與副線圈的匝數之比。
(2)實驗中原、副線圈的電壓之比與它們的匝數之比有微小差別，原因可能為________(填字母代號)。
A.原、副線圈上通過的電流發熱
B.鐵芯在交變磁場作用下發熱
C.變壓器鐵芯漏磁
D.原線圈輸入電壓發生變化
(3)組裝變壓器時，李輝同學沒有將鐵芯閉合，如圖乙所示，原線圈接交流8.0 V的學生電源，原、副線圈的匝數比為8∶1，副線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的實際讀數可能是________(填字母代號)。
A.0 V B.0.7 V
C.1.0 V D.64.0 V
答案　(1)大于　(2)ABC　(3)B
(2)原、副線圈上通過的電流發熱；鐵芯在交變磁場作用下發熱；變壓器鐵芯漏磁，都會產生電能消耗，導致原、副線圈的電壓之比與它們的匝數之比有微小差別，A、B、C正確；原線圈輸入電壓發生變化，副線圈的電壓隨著變化，則有原、副線圈的電壓之比不變，D錯誤。

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