第十二章第2讲实验探究变压器原副线圈电压与匝数的关系.docx

1、第十二章第2讲实验探究变压器原副线圈电压与匝数的关系第2讲变压器远距离输电实验：探究变压器原、畐熾圈电压与匝数的关系【目标要求1 1会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题 3理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率.考点一实验：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1所示):(2)实验方法采用控制变量法1m、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

2、1个、多用电表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测量.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.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.重复中步骤.4.数据处理分析可知，理想变压器原、副线圈两端电压 5、U2之比等于原、副线圈的匝数 n1、n2之比.5.误差分析(1)由于漏磁，通过原、副

3、线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差.原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗 (铜损)，造成误差.(3)铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差.6.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.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.跟进训练1 .在“探究变压器原、 副线圈电压与匝数的关系”的实验中， 小型可拆变压器的原、畐U线圈 匝数分别为ni= 120匝、n2= 240匝，某实验小组在原线圈两端依次

4、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，数据如表所示.实验原线圈两端副线圈两端的U1序号的电压U1(V)电压U2(V)U213.98.21 : 2.125.911.81 : 2.037.815.2(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).该变压器是 变压器(选填“升压”或“降压”).答案(1)1 : 1.9 (2)Uj =皿升压U2 n2解析(1)第三组数据为：岸=152勺192n1 120 1(2)线圈

5、匝数之比 區=24o= 2，结合表格中的数据知，在误差允许的范围内线圈两端电压与匝U1 n1数的关系为6=爲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.2 . (2017浙江4月选考21(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是 .A .有闭合铁芯的原、副线圈B .无铁芯的原、副线圈C .交流电源D .直流电源E.多用电表(交流电压挡)F.多用电表(交流电流挡)用匝数na= 60匝和nb= 120匝的变压器，实验测量数据如下表Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是

6、.(选填“ na”或“ nb”)答案 ACE nb解析 为了完成实验探究，需要使用交流电源、变压器、多用电表 (交流电压挡).为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此选用 A、C、E.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即 nb为输入端，na为输出端.考点二理想变压器的原理及应用【基础回扣丨1 .构造和原理(1)构造：如图2所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.图2(2)原理：电磁感应的互感现象.2.基本关系式(1)功率关系：P入=P出.(2)电压关系：出=伐11 n2电流关系：只有一个副线圈时：=频率关系：f出=f 入【技巧点拨1.理想变压器的制约关

7、系电压n?原线圈电压U 1和匝数比决定副线圈电压 U2, U2=U1n1功率畐熾圈的输出功率 P出决定原线圈的输入功率 P入，P 入= P出电流2副线圈电流12和匝数比决定原线圈电流 |1, |1= |22.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:电压关系.U1 U2 U3 Un1 n2 n3 nn功率关系：P1 P2+ P3+ P4 + + Pn电流关系：n1|1 n 2I2+ n 3I3+ n4|4+ + n n|n考向 变压器基本物理量的分析与计算【例1 (2017北京卷16)如图3所示，理想变压器的原线圈接在 u= 220 2sin(100n)

8、V的交流电源上，副线圈接有 R= 55 Q的负载电阻，原、畐U线圈匝数之比为 2 : 1，电流表、电压表均B .电流表的读数为1 AC .电压表的读数为 110 2 VD 副线圈输出交流电的周期为 50 s答案 B解析 由u= 220返sin(100n)V可知，原线圈电压最大值为 222 V，故原线圈电压的有效值为U1 = 220 V，根据U1=山可知，U2= D2U1= 110 V，故电压表的读数为 110 V，选项C错U2 n2 n1U2误；副线圈电流有效值为12=云=2 A,根据P= UI可知，输出功率为220 W,则原线圈的输P 2 n入功率为220 W，故选项A错误；原线圈中的电流I

9、i = u；= 1 A，故选项B正确；因为3=,所以T= 2-n= 召右s= 0.02 s,故选项 D错误.3 100 n原线圈接入用电器的变压器问题分析.例2丁 （2020全国卷川20改编）在图4（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为 220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为 10 : 1, Ri、R2、R3均为固定电阻，R2= 10 Q, R3= 20 Q, 各电表均为理想电表. 已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示.下列说法 正确的是（ ）图4A .所用交流电的频率为 100 HzB .电压表的示数为 100 VC .电流表的示数为1.0 AD .变压器传输的

10、电功率为 15.0 W答案 D1解析 根据i2-1图像可知T = 0.02 s,则所用交流电的频率 f= T = 50 Hz，故A错误；畐U线圈数U = 220 V 100 V = 120 V，故B错误；电流表的示数I = Rf= 10 A = 0.5 A，故 C 错误;变压器传输的电功率 P= I22R2+ I2R3= 15.0 W，故D正确.跟进训练3.（2020江苏徐淮连宿期末）如图5甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 2 : 1，电阻R=55 Q,电流表、电压表均为理想电表.原线圈 A、B端接入如图乙所示的正弦交流电压，F列说法正确的是（ ）屮A .电流表的示数为 4 AB .电压

11、表的示数为 155.6 VC 副线圈中交流电的频率为 50 HzD .穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为 2: 1答案 C解析理想变压器的原线圈接入正弦交流电,由u t图像可知其最大值为 U imax = 220 2 V,圈两端的电压：U2=号U1 = 220 V = 110 V,由欧姆定律可知流过电阻的电流 I2 =号=2 A，所n1 2 r2以电流表的示数为 2 A，电压表的示数为110 V，故A、B错误；由题图乙可知，交流电的周期为0.02 S,频率为50 Hz,变压器不改变交流电的频率， 则副线圈中交流电的频率也为 50 Hz,故C正确；根据理想变压器原理可知，原、副线圈每一匝的磁通量

12、相等，变化规律相同，则穿过原、副线圈磁通量的变化率相等，比值为 1 ： 1,故D错误.4.（原线圈上有用电器的变压器）如图6所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同 的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的 10倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正 确的是（ ）A 原、副线圈匝数比为 10 : 1B .原、副线圈匝数比为 1 : 9C .此时a和b的电功率之比为 9 : 1D .此时a和b的电功率之比为1 : 9 答案 D解析 设灯泡的额定电压为 U0,两灯泡均能正常发光，所以原线圈两端电压为 U1 = 9U0,副线圈两端电压为U2= U0,故2 = 1,譽=U2 = :, A、B错误

13、；根据公式卜鶯可得，書9，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式 P = UI可得，灯泡a和b的电功率之比为1 : 9,C错误，D正确.考点三 理想变压器的动态分析1.匝数比不变的情况U1 ni(1)Ui不变，根据二，输入电压Ui决定输出电压U2,不论负载电阻 R如何变化，U2不变.当负载电阻发生变化时，12变化，输出电流12决定输入电流1l,故Il发生变化.(3)12变化引起P2变化，Pl= P2,故Pi发生变化.2 .负载电阻不变的情况(1)Ui不变，一发生变化时，U2变化.(2)R不变，U2变化时，I2发生变化.U22根据P2=百，P2发生变化，再根据 Pl= P2，故Pi变化，Pl=

14、U1I1, Ui不变，故Il发生变化.L例3工(2020江苏苏锡常镇二模)如图7甲所示为一种自耦变压器(可视为理想变压器)的结 构示意图.线圈均匀绕在圆环形铁芯上，滑动触头 P在某一位置，在 B、C间接一个理想交流电压表和一个电阻 R.若A、B间输入图乙所示的交变电压，贝U ( )图7A . t = 1 X 102 s时，电压表的示数为零B . A、B间输入电压的瞬时值表达式为 u = 220.2sin 100 n (V)C.滑动触头P顺时针转动时，R两端的电压增大D .滑动触头P逆时针转动时，A、B间输入功率减小答案 B1解析 电压表的读数为有效值，不为零，故 A错误；由题图乙可知 T= 2

15、X 10-2 s,故f= T =50 Hz , 3= 2 n= 100 nrad/s,所以A、B间输入电压的瞬时值表达式为 u = 220 , 2sin 100 * (V),故B正确；根据变压器变压规律知： =严，滑动触头P顺时针转动时，n2变小，所以R两u r n2端的电压减小，故 C错误；滑动触头P逆时针转动时，n2变大，所以R两端的电压增大，因Ur2为是理想变压器，则输入功率等于输出功率， P入=P出=W，所以滑动触头 P逆时针转动R时，A、B间输入功率增大，故 D错误.Vi、V2f例4、（2019四川达州市第二次诊断）如图8所示，一自耦变压器接在交流电源上, 为理想交流电压表.下列说法

16、正确的是 （ ）答案F不动,F向下滑动时,图8V i示数不变，V 2示数变小Ui ni压Ui不变，Vi示数不变，根据变压比公式 匚=n2，由于n2减小，故输出电压 U2减小，故灯Ui ni泡消耗的功率减小，V2的示数变小，故A正确，B错误；若F不动，根据变压比公式 二n2 输入电压Ui不变，则输出电压 U2也不变，Vi示数不变；滑片P向上滑动时，滑动变阻器 R接入电路的电阻值减小，则副线圈回路中的电流增大，灯泡中的电流、电压都增大，灯泡消 耗的功率变大；由 UV2 = U2-UL可知电压表V2示数变小，故 C、D错误.跟进训练5.（负载不变匝数变）（2020天津耀华中学模拟）如图9所示为一自耦

17、变压器的电路图，其特点 是铁芯上只绕有一个线圈把整个线圈作为副线圈，而取线圈的一部分作为原线圈原线圈接在电压为U的正弦交流电源上,电流表 、 均为理想交流电表.当触头 P向上移动时,F列说法正确的是图9C.R两端电压变大，变压器输入功率变小D.R两端电压变大，变压器输入功率变大 答案 AE.6.（匝数不变负载变）如图10所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是 （ ）图10A 2示数变大答案 B解析 当滑动变阻器的滑动触头 P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小， 则Ri消耗的功率及其两端电压均变小， 故电压表的示数

18、变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头 P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原 线圈中的电流也减小，电流表 Ai示数变小，选项C错误；若闭合开关S,副线圈电路中总电 阻减小，副线圈中的电流变大， Ri两端电压变大，R2两端电压减小，电流表 A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表 Ai示数变大，选项 D错误.考点四远距离输电【基础回扣I如图ii所示，若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.电! r* * !图iii.输电电流P= P_= u _ u， u_ 厂R(1)AU = U _ U，;(2)AU =

19、IR.3.功率损失(1) AP= P_ P，; AP=企=(p)2R4.减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻 R.由R=占口，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线.(2)减小输电线中的电流在输电功率一定的情况下，根据 P = UI ,要减小电流，必须提高输 电电压.【技巧点拨丨1 .理清输电电路图的三个回路 (如图12)魁晾回路 输送回路 MjriuiK图12(1)在电源回路中，P 发电机=U111 = P1.(2)在输送回路中，12= I 线=I3， U2= AU + U3， AU = I2R 线,AP= I22R 线.(3)在用户回路中，P4 = U4|4= P 用户

20、.2 .抓住两组关联式U_ n3 3_ n4U4 n4，I4 n3,P1= P2. (2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得:P3= P4.3.掌握一个守恒观念一 2 AU 2功率关系： P2 = AP+ P3，其中 AP = AU 线=I线2R线=R线【例5 (八省联考 江苏7)小明分别按图13甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导 线卷成相同的两卷 A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用. 其中Ti为理想升压变压器T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中 （ ）图13A 都接直流电源B A两端的电压相等C A损耗的功率相等

21、D .图甲中A的电流较大答案 D解析 由于变压器只能改变交变电流，因此题图乙中不可能接直流电源，故 A错误；设电源P输出电压为U，输出功率为P, A、B的阻值为R,则题图甲电路中输电线上的电流 Ii =方,P题图乙中升压变压器副线圈电压 U U，则流过A的电流12 = J-|1,D正确；根据UA= IR,Pa= I2R知，题图乙中A两端的电压低，损耗的功率小，故 B、C错误.跟进训练7.（远距离输电基本电路分析 ）（2020全国卷n 19改编）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

22、损耗的电功率为 AP,到达B处时电压下降了 AU.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 AP ，到达B处时电压下降了 AU -.不考虑其他因素的影响，则 （ ）1A . AP-= 4 AP B . AP-= 2AP1 1C . AU -= 4 AU D . AU - = 2 AU答案 DP 1解析 由输电电流i=u知，输送的电功率不变，输电电压加倍，输电电流变为原来的 -，损1 1耗的电功率 AP = I2r，故输电电压加倍，损耗的电功率变为原来的 4，即卩A = 4AP；输电线1 1上损失电压为 AU = Ir，即输电电

23、压加倍，损失电压变为原来的 2，即 川=2U.故D正确.8.（远距离输电电路的分析）（2020浙江7月选考11）如图14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 Q,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 （ ）升压变用肆 際展喪旅詐图14A 发电机输出的电流 11 = 40 AB 输电线上的电流 I线=625 AC .降压变压器的匝数比 n3 : n4= 190： 11D .用户得到的电流 14=

24、 455 A答案 Cp 100 x 103解析发电机输出电流|1 = U1= -050- A = 400 A，故A错误；输电线上损失的功率P4= P P 线=(100P线=I线2R线=5 kW，所以I线= =25 A，故B错误；用户得到的功率 R线错误.课时精练双基巩固练1.如图1所示，发电厂的输出电压为 U1，发电厂至用户间输电导线的总电阻为 R,通过导线的电流为I，用户得到的电压为 U2.下列输电导线上损耗功率的表达式中错误的是 （ ）图12U1 U2D. R答案 C2 . （2020江苏卷2）电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图 2所示.其原线圈匝数较少，串联在电路中，副

25、线圈匝数较多，两端接在电流表上则电流互感器 （ ）A 是一种降压变压器B .能测量直流电路的电流C .原、副线圈电流的频率不同D .副线圈的电流小于原线圈的电流答案 D解析 电流互感器原线圈匝数小，副线圈匝数多，是一种升压变压器，故 A错误；变压器的原理是电磁感应，故它不能测量直流电路的电流， 故B错误；变压器不改变交变电流的频率，故C错误；变压器的电流与匝数成反比，因此副线圈的电流小于原线圈的电流，故 D正确.3. （2019江苏卷1）某理想变压器原、副线圈的匝数之比为 1 : 10,当输入电压增加 20 V时，输出电压（ ）A .降低2 V B .增加2 VC .降低200 V D .增加

26、200 V答案 D解析 假设理想变压器原线圈的输入电压为 U1,则由变压器的工作原理可知 山=也，变压器n1 n2副线圈的输出电压为 U2= 10U1 ;当输入电压增加 20 V时，即输入电压为 U1+ 20 V，则变压器的输出电压为 U2 = 10U1+ 10X 20 V，则输出电压的变化量为 AU = U2 U2= 10U1+ 200V 10U1 = 200 V，即输出电压增加 200 V , A、B、C错误，D正确.4. （2019山东济宁市第二次摸底）高压输电线路常因结冰而损毁严重. 为消除高压输电线上的冰，有人设想利用电流的热效应除冰的融冰思路. 若在正常供电时，高压线上输电电压为

27、U,输电电流为I，热耗功率为 AP;除冰时，在输电功率、用户的输入电压和输电线电阻不变的 情况下，通过自动调节变压器的变压比，使输电线上的热耗功率变为 16AP,则除冰时（ ）A .输电电流为4I B .输电电流为16I答案 A解析高压线上的热耗功率P = i1 2r 线一 1输电功率不变，由 p= ui = u 1得u = 4U,故C、D错误.为Ui、U2,电流分别为5远距离输电的原理图如图 3所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2,电压分别11、12,输电线的总电阻为 R.变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是（）答案 D11 n2解析根据理想变压器的工乍原理得|1U1=

28、|2U2、孑n2,故A错误，D正确；U2不是加在R两端的电压，故|2工罟，故B错误；而I1U1等于R上消耗的功率|22R与下一级变压器的输入功率之和，故C错误.数分别为I、U , R消耗的功率为P 若发电机线圈的转速变为原来的2,则（）1B .电压表V的读数变为2UC .电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变答案 B解析 发电机线圈的转速变为原来的1 Ui ni 11 1率变为原来的1.根据UT n2知U2变为原来的1,即U2= 1U，则通过R的电流变为原来的1，1数变为2I，故选B.7. （2020 东卷5）图5甲中的理想变压器原、副线圈匝数比 n1 : n2= 22 : 3,输

29、入端a、b所 接电压u随时间t的变化关系如图乙所示灯泡 L的电阻恒为15 Q,额定电压为24 V ,定值 电阻R1= 10 Q、R2= 5 Q,滑动变阻器R的最大阻值为10 Q为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（ ）图5A. 1QB.5 QC. 6QD.8 Q答案A解析由题图乙可得U1U1 = 220 V，由门=nq=7得 U2= 30 V， n2 灯泡正常工作时，Ul = 24 V，I =告=A = 1.6 A Rl 15R1 两端电压 UR1= U2- Ul = 30 V 24 V = 6 VUr1通过R1的电流11= = 0.6 AR1通过R的电流Ir= I 11= 1 A, 亠 UR1 6由欧姆定律得R+ R2= * = 1 Q = 6 Q可解得R= 1 Q,选项A正确.8. （2020江苏南通、泰州市期末）某实验小组模拟远距离输电的原理图如图 6所示，A、B为理想变压器，R为输电线路的电阻，灯泡 Li、L2规格相同，保持变压器 A的输入电压不变, 开关S断开时，灯泡Li正常发光，则（ ）图6A 仅将滑片P上移，A的输入功率不变B 仅将