第十三單元

交變電流

電磁振蕩與電磁波

傳感器第33講

變壓器

遠距離輸電

實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系知識自查必備核心考點探究教師備用習題作業(yè)手冊一、理想變壓器1.構造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的__________組成的.兩個線圈2.原理：原線圈中變化的電流在鐵芯中激發(fā)變化的磁場，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢.3.基本關系式（1）功率關系：________.（2）電壓關系：_

_______.

（3）電流關系

二、遠距離輸電1.輸電原理圖（如圖所示）

【辨別明理】1.變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率.

(

)

×2.將正常工作的變壓器副線圈與用電器斷開時，副線圈兩端無電壓.

(

)

×3.變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈輸入的電流隨之減小.

(

)

×4.增大輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失.

(

)

√5.高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗.

(

)

√考點一

實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系一、實驗目的1.了解變壓器的構造、原理.2.通過實驗,探究出變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關系.二、實驗方法與原理1.方法：控制變量法.通過改變原、副線圈的匝數(shù),探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關系.2.原理：互感.三、實驗步驟1.按如圖所示連接好電路圖,并記錄兩個線圈的匝數(shù).2.接通學生電源,讀出兩個電表的電壓值,并記錄在表格中.3.保持匝數(shù)不變,多次改變輸入電壓,記錄每次的兩個電壓值.4.保持學生電源的電壓、原線圈的匝數(shù)不變,多次改變副線圈的匝數(shù),記錄每次的副線圈匝數(shù)和對應的電壓值.四、誤差分析1.實際變壓器存在各種損耗（漏磁，原、副線圈有電阻，鐵芯中有渦流）.2.交流電表的讀數(shù)存在誤差.五、結論原、副線圈的電壓比與原、副線圈的匝數(shù)比相等.六、注意事項

例1

[2023·江蘇蘇州模擬]

某實驗小組用可拆變壓器探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系，可拆變壓器如圖甲、乙所示.（1）以下給出的器材中，本實驗需要用到的是_____（填選項字母）.BDA.干電池B.學生電源C.直流電壓表D.多用電表[解析]

給出的器材中，本實驗需要用學生電源輸出交流電壓，需要用多用電表的交流電壓擋測電壓，故選B、D.（2）關于本實驗，下列說法正確的是____（填選項前的字母）.CA.為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)B.因為使用的電壓較低，通電時可直接用手接觸裸露的導線進行連接C.實驗時可以保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，探究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響D.變壓器開始正常工作后，通過鐵芯導電將電能從原線圈傳遞到副線圈[解析]

為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，A錯誤；即使使用的電壓較低，通電時也不可直接用手接觸裸露的導線進行連接，這樣操作時，將人體并聯(lián)到電路中，將導致測量數(shù)據(jù)不準確，B錯誤；實驗時可以保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，探究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，C正確；變壓器開始正常工作后，通過電磁感應將電能從原線圈傳遞到副線圈，D錯誤.

1.802.803.804.904.006.018.029.98C

例2

做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系”的實驗.（1）以下給出的器材中，本實驗需要用到的有_______（填選項字母）.BDEA.&1&

B.&2&

C.&3&

D.&4&

E.&5&

（2）下列說法正確的是_____（填選項前的字母）.BD

（3）實驗中，可拆變壓器如圖所示，為了減小渦流在鐵芯中產生的熱量，鐵芯由相互絕緣的硅鋼片平行而疊成，硅鋼片應平行于平面____（填選項前的字母）.D

（4）交變電流的電壓是變化的，實驗中測量的是電壓的______（選填“平均”“有效”或“最大”）值；某次實驗操作，副線圈所接多用電表的讀數(shù)如圖甲所示，其對應的選擇開關如圖乙所示，則此時電表讀數(shù)為______.有效

實驗次數(shù)12340.901.401.902.402.003.014.025.02副

考點二

理想變壓器的原理及其應用考向一

變壓器基本物理量的分析與計算

[答案]D

考向二

變壓器電路的動態(tài)分析

B

D

BA.25

B.50

C.200

D.400

考向三

副線圈含二極管的變壓器

多副線圈問題

BC

BC

考點三

遠距離輸電問題

C

[答案]B

素養(yǎng)提升

用等效法處理變壓器問題

甲

乙

丙丁

丙丁

B

［導思］

可以用常規(guī)解法、等效電阻法、等效電源法三種方法進行分析.

ACD

AD

教師備用習題1.在“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關系”實驗中(1)為了人體安全,電源的交流電壓不要超過

(填選項前面的字母).

A.12V B.24VC.36V D.220V教師備用習題考點一實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系A[解析]變壓器的原線圈接低壓交流電,為了保證人身安全,電源電壓不要超過12V,故A正確.(2)下列器材中,本實驗需要用到的是

(填選項前面的字母).

教師備用習題[解析]實驗中需要交流電源和交流電壓表,不需要干電池和直流電壓表,故A、C錯誤,B、D正確.BD教師備用習題(3)如圖所示,為了減小渦流在鐵芯中產生的熱量,鐵芯是由相互絕緣的硅鋼片平行疊成.硅鋼片應平行于

(填選項前的字母).

A.平面abcd B.平面aehdC.平面abgh D.平面dcfe[解析]磁感線環(huán)繞的方向沿著閉合鐵芯,根據(jù)楞次定律和安培定則,產生的電流方向平行于abcd平面,為了減小渦流在鐵芯中產生的熱量,鋼片應與渦流方向平行,即應平行于aehd平面,故B正確.B教師備用習題(4)若有一臺銘牌模糊的可拆卸式變壓器,該變壓器可近似看作理想變壓器.某同學欲測量它的初級、次級線圈匝數(shù):先在上端鐵軛(閉合鐵芯中不套繞組只起磁路作用的部分)處緊密纏繞100匝漆包細銅線,并將細銅線兩端與理想交流電壓表接成閉合回路.然后在次級線圈兩端的接線柱上輸入8.0V低壓交流電壓,理想交流電壓表示數(shù)為2.0V,則次級線圈的匝數(shù)為

匝.

400教師備用習題(5)某同學組裝變壓器時,由于疏忽,上端鐵軛漏裝.實驗時,若變壓器左右兩側線圈分別選用匝數(shù)n左=400匝和n右=800匝進行實驗,一側線圈與交流低壓電源相連,另一側線圈與理想交流電壓表接成閉合回路,實驗數(shù)據(jù)如下表(左側線圈電壓U左可能是交流低壓電源顯示的供電電壓,也可能是交流電壓表測量的電壓;右側線圈電壓U右同樣如此):根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可判斷

(選填“左”或“右”)側線圈與交流低壓電源相連.

[解析]由于變壓器上端鐵軛漏裝,存在漏磁現(xiàn)象,另外還有銅損、鐵損等損耗,則副線圈的交流電壓表的實際讀數(shù)小于理想變壓器的副線圈的讀數(shù),由于U右總是小于U左的兩倍,所以可判斷連接交流電源的原線圈是左側線圈.左U左/V2.004.006.008.00U右/V2.905.608.3811.142.某同學利用實驗室中的自耦變壓器做“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)關系”的實驗.圖甲為變壓器的實物圖,圖乙為其內部結構圖,圖丙為實驗原理圖.除自耦變壓器外實驗室還提供了如下器材.A.直流電壓表;B.多用電表;C.220V交流電源;D.交直流學生電源;E.低壓直流電源;F.滑動變阻器“20Ω,2A”;G.滑動變阻器“5Ω,0.5A”;H.開關、導線若干.教師備用習題回答下列問題:(1)實驗中電源應選用

,測量電壓的電表應選用

,滑動變阻器應選用

.(均填器材前的選項字母)

教師備用習題[解析]變壓器工作必須針對交流電,為了確保安全,選用交流學生電源D;由于測量的是交流電壓,因此選用多用電表B的交流擋位;為確保安全,選用額定電流為2A的滑動變阻器F.DBF(2)實驗中原線圈的匝數(shù)用圖甲刻度盤上的

表示,副線圈的匝數(shù)用圖甲刻度盤上的手柄上的指針指示刻度表示.

[解析]原線圈的匝數(shù)是線圈的總匝數(shù),用圖甲刻度盤上的總刻度表示.總刻度(3)為了實驗過程中的安全,下列做法正確的是

(填選項前的字母).

A.為了人身安全,只能使用低壓電源,所用電壓不要超過12VB.連接好電路后,應先檢查電路連接是否正確,再接通電源進行實驗C.因為使用電壓較低,通電時可用手直接接觸裸露的導線、接線柱D.為了測量電表的安全,測量電壓時,先選用最大量程試測教師備用習題ABD教師備用習題[解析]在實驗中為了確保人身安全,需要使用低壓電源,且電壓不要超過12V,A正確;為了確保安全,實驗時,連接好電路后,應先檢查電路連接是否正確,再接通電源進行實驗,B正確;即使使用電壓較低,為了確保實驗數(shù)據(jù)的可靠精確性,通電時也不能用手直接接觸裸露的導線、接線柱,C錯誤;為了測量電表的安全,測量電壓時,先選用最大量程試測,再選用小一點的量程,確保精度,D正確.(4)實驗中想通過調節(jié)滑動變阻器改變副線圈上的電壓,是否可行?

.

教師備用習題[解析]根據(jù)變壓器的電壓匝數(shù)關系可知,副線圈兩端電壓由原線圈電壓與匝數(shù)比決定,與滑動變阻器的阻值大小無關,因此實驗中想通過調節(jié)滑動變阻器改變副線圈上的電壓,不可行.不可行(5)下表為某次實驗得到的數(shù)據(jù),從數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)電壓比總小于匝數(shù)比,除測量誤差外造成這一結果的主要原因是(說出兩個原因):①

;②

.

表:實驗數(shù)據(jù)記錄表(表盤總刻度為240U1=12V)教師備用習題[解析]由于電壓比總小于匝數(shù)比,說明副線圈中磁通量的變化率總小于原線圈中磁通量的變化率,原因在于該變壓器并不是理想的變壓器,在實際運用中既有漏磁(磁損),又有鐵芯發(fā)熱(鐵損)或線圈導線發(fā)熱(線圈有電阻).有漏磁(磁損)鐵芯發(fā)熱(鐵損)或線圈導線發(fā)熱(線圈有電阻)實驗次數(shù)12345指針指示刻度406080120200U2/N1.902.923.945.969.983.大電流發(fā)生器是電力、電氣行業(yè)在調試中需要大電流場所的必需設備,一般采用調壓器輸出端接升流器輸入端、升流器輸出端接試驗回路的方法進行電流升流,原理如圖所示.T1為自耦調壓器,P為調壓滑動觸頭;T2為升流器,與觸頭1連接時原、副線圈匝數(shù)的比值為k,R為試驗回路的等效電阻,忽略其他電阻與感抗等因素的影響,調壓器與升流器均視為理想變壓器.當ab端接入電壓為u=Umsin

ωt(V)的交變電流時,以下說法正確的是(

)A.大電流發(fā)生器不僅可以提高試驗回路的電流還可以提高試驗回路中電流的頻率B.保持與觸頭2連接,僅把滑動觸頭P向下滑動,R可以獲得更大的電流C.保持滑動觸頭P位置不變,僅將觸頭2轉換至觸頭1,R可以獲得更大的電流D.將滑動觸頭P置于中間位置且與觸頭1連接,試驗回路的電流為調壓器輸入端的2k倍教師備用習題考點二理想變壓器的原理及其應用D教師備用習題[解析]大電流發(fā)生器不可以提高試驗回路中電流的頻率,A錯誤;保持與觸頭2連接,僅把滑動觸頭P向下滑動,試驗回路獲得的電壓變小,電流變小,B錯誤;保持滑動觸頭P位置不變,則升流器的輸入端電壓不變,根據(jù)變壓器變壓規(guī)律可知,當僅將觸頭2轉換至1,升流器原、副線圈匝數(shù)比變大,cd端的電壓變小,電流變小,C錯誤;保持滑動觸頭P置于中間位置,由調壓器原、副線圈的電流比等于匝數(shù)的反比可知經(jīng)過了調壓器,電流為調壓器輸入端電流的2倍,而與觸頭1連接,經(jīng)過升流器,電流又為升流器輸入端電流的k倍,故試驗回路的電流為調壓器輸入端電流的2k倍,D正確.

教師備用習題BC教師備用習題

教師備用習題C教師備用習題

6.如圖所示為某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖.升壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U1和U2,降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U3和U4.在輸電線路的起始端接入兩個互感器,二者原、副線圈的匝數(shù)比分別為10∶1和1∶10,各互感器和電表均為理想的,則下列說法正確的是 (

)A.若電壓表的示數(shù)為220V,電流表的示數(shù)為10A,線路輸送電功率為110kWB.若保持發(fā)電機輸送功率一定,僅將U2增大,輸電線損耗功率增大C.若保持發(fā)電機輸出電壓U1和用戶數(shù)一定,僅將滑片Q下移,輸電線損耗電壓減小D.若保持發(fā)電機輸出電壓U1和Q的位置一定,使用戶數(shù)增加,為維持用戶電壓U4一定,可將滑片P上移教師備用習題考點三遠距離輸電問題D教師備用習題

教師備用習題

7.

[2021·湖南卷]如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2,輸入端C、D接入電壓有效值恒定的交變電源,燈泡L1、L2的阻值始終與定值電阻R0的阻值相同.在滑動變阻器R的滑片從a端滑動到b端的過程中,兩個燈泡始終發(fā)光且工作在額定電壓以內,下列說法正確的是(

)A.L1先變暗后變亮,L2一直變亮B.L1先變亮后變暗,L2一直變亮C.L1先變暗后變亮,L2先變亮后變暗D.L1先變亮后變暗,L2先變亮后變暗教師備用習題素養(yǎng)提升用等效法處理變壓器問題A教師備用習題[解析]輸入端C、D間電壓有效值恒定,即燈L1兩端電壓和變壓器兩端電壓之和恒定,將變壓器和副線圈負載整體視為一個“等效電阻”,此“等效電阻”與燈L1串聯(lián)分壓,在滑動變阻器的滑片由a端滑到b端過程中,負載電路的總電阻先變大后變小,即“等效電阻”先變大后變小,輸入端C、D間的總電阻先變大后變小,則通過燈L1的電流先變小后變大,所以燈L1先變暗后變亮;教師備用習題因通過L1的電流(即通過原線圈的電流)先變小后變大,故通過副線圈的電流先變小后變大,L1分壓先變小后變大,則變壓器兩端的