14.2变压器（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份14.2变压器（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共15页。试卷主要包含了2讲 变压器，含有多个副线圈的变压器，75W，25W，1A等内容，欢迎下载使用。
第14.2讲 变压器
【知识点精讲】
1．理想变压器构造
如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。
(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。
2．原理：电磁感应的互感现象。
【特别提醒】(1)对于大小随时间变化(如图所示)的直流电，变压器仍然有变压作用。
(2)对于恒定电流，变压器没有变压作用。
3．基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出。
(2)电压关系： eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2) 。
(3)电流关系：只有一个副线圈时， eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(n2,n1) 。
【特别提醒】当副线圈与用电器断开(空载)时，无电流通过副线圈，但副线圈两端仍存在电压。
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5．理想变压器的制约关系
6.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：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…＝eq \f(Un,nn)
功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn
电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
7．分析变压器电路的两个难点
(1)分析原线圈有串联负载的变压器电路问题时要注意：变压器的输入电压不等于电源的电压，而是等于电源电压减去串联负载的电压，即U1＝U源－U串。
(2)分析含有二极管的变压器电路问题时要注意：理想二极管具有单向导电性，正弦式交变电流通过二极管后会变成半波直流电流，对应的有效值会发生变化。
8．自耦变压器问题
自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，原、副线圈共用其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器同样适用，如图所示。
【最新高考题精练】
1．（2023高考北京卷）自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈接的正弦交流电源，副线圈接额定电压为的小灯泡．实际测得小灯泡两端电压为．下列措施有可能使小灯泡正常发光的是（ ）
A．仅增加原线圈匝数
B．仅增加副线圈匝数
C．将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
D．将两个小灯泡并联起来接入副线圈
【参考答案】B
【名师解析】原线圈接的正弦交流电源，副线圈接额定电压为的小灯泡．实际测得小灯泡两端电压为．下列措施有可能使小灯泡正常发光的是：仅增加副线圈匝数，仅减小原线圈匝数，ACD错误B正确。
2．（2023广东卷）用一台理想变压器对电动汽车充电．该变压器原、副线圈的匝数比为，输出功率为，原线圈的输入电压．关于副线圈输出电流的有效值和频率正确的是（ ）
A． B． C． D．
【参考答案】A
【名师解析】根据原线圈的输入电压
，可知原线圈输入电压为220V，频率为50Hz。根据变压器变压公式可知输出电压为440V，由P=UI可知副线圈输出电流的有效值20A，选项A正确。
3. （2023高考海南卷）下图是工厂利用的交流电给照明灯供电的电路，变压器原线圈匝数为1100匝，下列说法正确的是（ ）

A. 电源电压有效值为
B. 交变电流的周期为
C. 副线圈匝数为180匝
D. 副线圈匝数为240匝
【参考答案】BC
【名师解析】
电源电压的有效值 ，选项A错误；
交流电的周期 ，选项B正确；
．根据变压器变压公式
可得副线圈匝数 匝，选项C正确，D错误。
【最新模拟题精练】
1. （2023河北张家口宣化一中二模） 如图甲所示为理想变压器，原、副线圈匝数比为n1：n2＝44：1，变压器原线圈接如图乙所示的正弦式交流电，副线圈两端接两个串联在一起的阻值大小分别为R1＝3Ω，R2＝2Ω的定值电阻，理想二极管与电阻R1并联，电压表为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A. 副线圈中交流电频率为100Hz
B. 电压表的示数为2V
C. R1消耗的功率为3W
D. 变压器输入功率为8.75W
【参考答案】D
【名师解析】
由变压器的工作原理知，副线圈中交流电的频率跟原线圈中交流电的频率相同，为
，A错误；
由图可知，原线圈两端的电压的有效值为U1=220V，根据电压与匝数的关系有
U1：U2＝n1：n2＝44：1，解得 U2＝5V
则电阻R1和R2两端电压的波形分别如图1、图2所示
设电压的有效值分别为E1和E2，根据有效值的定义有
，
解得 E1＝V， E2＝V
则电压表的示数为 E2＝V≈3.8V， B错误；
R1消耗的功率为 P1＝
代入数据得 P1＝1.5W，C错误；
R2消耗的功率为 P2＝，代入数据得 P2＝7.25W
则副线圈消耗的功率为8.75W，根据变压器的功率关系知，变压器的输入功率也为8.75W，D正确。
2. （2023湖南押题卷）如图所示，一理想变压器接在电压有效值为200V、频率为的正弦交流电源上，原、副线圈的匝数比，副线圈与定值电阻和滑动变阻器相连，的阻值为，的最大阻值为。下列说法正确的是（ ）
A. 电阻中的电流方向每秒钟变化20次
B. 改变滑动变阻器接入电路的阻值时，滑动变阻器两端电压的最大值为24V
C. 通过原线圈的电流最大值为0.1A
D. 滑动变阻器消耗的最大电功率为5W
【参考答案】CD
【名师解析】
变压器不改变电流的变化频率，电阻中的电流变化频率为，方向每秒钟变化100次，故A错误；
由变压器原、副线圈匝数比，可知副线圈两端电压
当滑动变阻器的阻值最大时，滑动变阻器两端电压最大，最大的有效值
最大峰值为，故B错误；
当时，副线圈中电流最大
原线圈中的电流 ，故C正确；
滑动变阻器消耗的电功率
当，即时有最大电功率，最大电功率为5W，故D正确。
3．（2023湖北荆门三校5月联考）在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上。当通过交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，线圈1、2的匝数比。在不接负载的情况下（ ）
A．当线圈1输入电压为220V的时，线圈2的输出电压为440V
B．当线圈1输入电压为220V的时，线圈2的输出电压为110V
C．当线圈2输入电压为110V的时，线圈1的输出电压为110V
D．当线圈2输入电压为110V的时，线圈1的输出电压为220V
【参考答案】C
【名师解析】．本题中每个线圈通交变电流后，其内部磁通量的一半通过另一个线圈，因此另一线圈的磁通量的变化率只有通电线圈的一半。由变压器原理，所以当从线圈1输入电压U1=220 V时，根据得线圈2输出电压U1=55V故AB错误；
当从线圈2输入电压U2=110 V时，所以线圈1输出电压U1=U2=110 V，故D错误，C正确。故选C。
4．（2023重庆名校联盟二模）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为2︰1，电阻R1=R2，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为0.5A，电压表的示数为6V，则电阻R1的大小为（ ）
A．30ΩB．20ΩC．25ΩD．10Ω
【参考答案】A.
【名师解析】
由理想变压器原副线圈电压、电流与线圈匝数的关系可得 ，，已知， 则， ，设流过的电流为，则，副线圈上的电流，由题意可知，流过电流表的电流，解得，即，A正确，BCD错误。
5. （2023河北衡水中学一模）如图所示，理想变压器原线圈匝数为匝，副线圈匝数为匝，将原线圈接在的交流电源上，已知电阻，电流表A为理想交流电表，则下列说法正确的是（ ）
A. 穿过铁芯的磁通量的最大变化率为0.2Wb/s
B. 交流电频率为50Hz
C. 电流表A的示数为0.4A
D. 变压器的输入功率是16W
【参考答案】D
【名师解析】
由法拉第电磁感应定律
由电压表达式知电压最大值为，所以磁通量的最大变化率为
A错误；
根据表达式知原线圈输入的交流电的角速度为120π，所以频率为，B错误；
根据电压与匝数成正比得
所以 ，C错误；
由
而变压器的输入功率 ，D正确。
【点睛】根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，逐项分析即可得出结论，掌握变压器的特点，本题的难点在于磁通量的最大变化率的求法。
6. （2023重庆一中质检）如图所示，两理想变压器的匝数，定值电阻阻值均为，为相同规格的小灯泡，其灯丝电阻，忽略灯丝电阻随温度的变化，为相同的理想交流电流表，D为理想二极管。当A、B端接入电压有效值恒为U的交流电时（ ）
A. 的热功率比的热功率小
B. 表示数是表示数的2倍
C. 两端电压
D. 两灯泡的亮度相同
【参考答案】C
【名师解析】
由热功率公式可得 ， ，
解得 ，故AD错；
由欧姆定律可知 ， ，， ， ，
故表示数是表示数的倍。，故C正确，B错误。
7. （2023浙江杭州学军中学质检）如图所示，在直铁棒上有两组线圈，线圈匝，匝，原线圈输入电压随时间变化如图所示，则（ ）
A. 电压表读数为
B. 电压表读数为20V
C. 滑动变阻器滑片向上滑动，则电路输入功率变小
D. 副线圈交流电的周期为2s
【参考答案】C
【名师解析】
由于该变压器磁芯是铁棒，会出现漏磁，不满足理想变压器的电压规律，原线圈输入电压有效值为
副线圈输出电压满足
但由于铁棒磁芯出现漏磁，所以电压表读数会小于20V，故AB错误；
滑动变阻器滑片向上滑动，则副线圈电阻增大，但输入电压不变，则输出电压不变，电压表示数不变，根据闭合电路欧姆定律可知，副线圈的输出电流减小，根据
可得输出功率变小，则电路输入功率变小，故C正确；
变压器不改变交变电流的周期，根据图乙知交流电的周期
则副线圈交流电的周期为0.02s，故D错误。
8. （2023浙江台州部分重点高中联考）无线充电是近年发展起来的新技术，如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，关于无线充电的说法正确的是（ ）
A. 无线充电效率高，线圈不发热
B. 无线充电基座可以用稳恒直流电源供电
C. 无线充电过程主要利用了电磁感应原理
D. 无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
【参考答案】：C
【名师解析】．接收线圈的磁通量只是发射线圈产生的一部分，则无线充电效率低；充电时线圈中有电流，根据电流的热效应，可知线圈会发热，故A错误；如果无线充电基座用稳恒直流电源供电，则接收线圈的磁通量不变，不能产生感应电流，无法对手机充电，故B错误；
无线充电过程主要利用互感现象来实现能量传递的，故C正确；
如果手机内没有接受线圈，则无线充电基座不可以对手机进行充电，故D错误。
9.（2023辽宁朝阳名校联考）图甲是电动公交车无线充电装置，供电线圈设置在充电站内，受电线圈和电池系统置于车内。如图乙所示，供电线路中导线的等效电阻为，当输入端接入电压为正弦交流电时，供电线圈与受电线圈两端电压分别、，通过电池系统的电流为。若不计其他电阻，忽略线圈中的能量损失，下列说法正确的是（ ）
A.端的输入功率等于
B.端的输入功率等于
C.供电线圈和受电线圈匝数比为
D.供电线圈和受电线圈匝数比为
【正确答案】 D
【名师解析】根据题意，变压器输出电功率为U2I，由于原线圈上串联的电阻R也要消耗功率，所以.端的输入功率大于，变压器原线圈中的电流不等于I，所以端的输入功率也不等于，AB错误；根据变压器变压公式，供电线圈和受电线圈匝数比为，C错误D正确。
10（2023福建龙岩三模）图甲是某品牌的手机无线充电器，其工作原理图可简化为如图乙所示。给基座线圈接上220V、50Hz的交流电，受电线圈通过一个二极管可给手机电池充电。已知快速充电时受电线圈两端的电压为11V，设充电过程中基座线圈的磁场全部穿过受电线圈而无能量损失。下列说法正确的是（ ）
A.受电线圈能够给手机电池充电是利用了自感现象
B.基座线圈和受电线圈的匝数比为10：1
C.受电线圈两端电压的峰值为22V
D.当受电线圈的输出功率为40W时，基座线圈的电流为
【正确答案】 C
【名师解析】基座线圈接上220V、50Hz的交流电，可以产生交变磁场，受电线圈中产生交变电流，所以受电线圈能够给手机电池充电是利用了电磁感应原理（互感现象），A错误；根据变压器变压公式，基座线圈和受电线圈的匝数比为20׃1，B错误；受电线圈接一理想二极管，=,解得：受电线圈两端电压的峰值为Um=22V，C正确；当受电线圈的输出功率为40W时，根据输入电功率等于输出电功率，U1I=40W，解得基座线圈的电流为I=，D错误。
11. （2023湖北荆州高二期末）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，为定值电阻，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法正确的（ ）
A. 图乙中电压的有效值为
B. 电压表的示数约为
C. 处出现火警时，电流表示数变大
D. 处出现火警时，电阻消耗的电功率减小
【参考答案】C
【名师解析】
设将此电流加在阻值为R的电阻上，电压的最大值为，电压的有效值为U，则
解得，故A错误；
理想变压器原、副线圈匝数比为，由于
则，电压表示数为，故B错误；
R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数变大，根据
则电阻消耗的电功率增大，故C正确，D错误。
。
12．（2022河北重点中学期中素养提升）小宁同学仿照法拉第发现电磁感应现象的装置，在铁环上用漆包线（铜丝，表面刷有绝缘漆）绕制了两个线圈匝、（匝数没有记录），线圈与开关、干电池、交流电源构成电路，交流电源的电动势，线圈与开关、电流计G、交流电压表V构成电路。当置于2、置于4时，电压表V的示数为，取1.4。下列说法正确的是（ ）
A. 由实验数据可算得，线圈的匝数为200匝
B. 由实验数据可估计，线圈的匝数超过280匝
C. S2置于3，当S1从0扳到1时，G中不会有电流
D. S2置于3，当S1从0扳到1时，G中电流慢慢增大并稳定到某一值
【参考答案】B
【名师解析】
E2的有效值为，根据解得
如果取1.4，匝数为280匝，实际上大于1.4，所以匝数大于280匝，故A错误，B正确；
S2置于3，当S1从0扳到1时，开关闭合瞬间，副线圈中磁通量发生了变化，则G中有电流；原线圈电流稳定后，副线圈中磁通量不发生变化，则没有感应电流，G中不会有电流，故CD错误；
13. （2023重庆沙家坝重点中学质检） 如图所示，理想变压器的原线圈与二极管一起接在u=220sin 100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55 Ω的电阻，原、副线圈匝数比为2∶1.假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，电流表为理想电表。则（ ）
A. 原线圈的输入功率为220 W
B. 副线圈的输出功率为110 W
C. 副线圈的电流为1 A
D. 将二极管短路，电源的输出功率变为原来的两倍
【参考答案】BD
【名师解析】
因为原线圈上接有理想二极管，原线圈只有半个周期有电流，副线圈也只有半个周期有电流。交流电输入电压有效值
U=220 V
设原线圈电压有效值为U1，则有
T=·
解得
U1=V
根据
U1∶U2=n1∶n2
结合原、副线圈匝数比为2∶1，得副线圈电压
U2=55V
副线圈的输出功率为
P2=W=110 W
电流
I2=A
变压器的输出功率等于输入功率，原线圈的输入功率
P1=P2=110 W
故B正确，AC错误；
将二极管短路，原线圈的输入电压有效值
U1'=220 V
根据
U1'∶U2'=n1∶n2=2∶1
代入数据得副线圈电压为
U2'=110 V
副线圈的输出功率
P2'=W=220 W
原线圈的输入功率
P1'=P2'=220 W
则电源的输出功率变为原来的两倍，故D正确。基
本
关
系
功率关系
能量守恒：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出
电压关系
只有一个副线圈时： eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(n1,n2)
有多个副线圈时： eq \f(U1,n1) ＝ eq \f(U2,n2) ＝ eq \f(U3,n3) ＝…
电流
关系
只有一个副线圈时： eq \f(I1,I2) ＝ eq \f(n2,n1)
有多个副线圈时：I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn
频率关系
f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)
电压
原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝eq \f(n2,n1)U1
功率
副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出
电流
副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝eq \f(n2,n1)I2