第2讲变压器远距离输电实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系.docx

第2讲变压器远距离输电实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系I目标要求】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)：图1(2)实验方法采用控制变吊:法m、Ul一定，研究"2和S的关系.2、Ul一定，研究"1和S的关系2.实验器材学生电源(低压交流电源，小于12V)1个、可拆变压器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"I和电压Ul不变，改变副线圈的匝数"2，研究"2对副线圈电压S的影响.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.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.(2)保持副线圈的匝数"2和原线圈两端的电压S不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响.重复(1)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S、也之比等于原、副线圈的匝数四、血之比.5.误差分析(1)由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差.(2)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、线圈原数前均要先断开电源开关，再进行操作.(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12V,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、副线圈匝数分别为小=120匝、"2=240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示实验序号原线圈两端的电压JZ1(V)副线圈两端的电压S(V)513.98.21:2A25.911.81：2.037.815.2(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出%、5的比值，还有一组小、S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)一(3)该变压器是变压器(选填"升压"或"降压”).答案(I)I：1.9Q总=肝升压解析(1)第三组数据为：=(2)线圈匝数之比=燃=/,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数的关系为%=以."2(3)从表格中的数据可知副线罔匝数多、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%=60匝和,=120原的变压器，实验测量数据如下表,vL8O2.803.804.90WV4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是.(选填或“")答案ACEn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，即叫为输入端，儿为输出端.考点二理想变压器的原理及应用【基础回扣】1.构造和原理(1)构造：如图2所示，变压器是由团金壁和绕在铁芯上的西企线圈组成的.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：Pa=P出.电压关系：(3)电流关系：只有一个副线圈时，=#.(4)频率关系：f山=率【技巧点拨】I.理想变压器的制约关系电压原线圈电压口和匝数比决定副线圈电压t;2,S=会"功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率PzPA=P出电流副线圈电流/2和匝数比决定原线圈电流4,/1=力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:5Ui5/1"2 3""功率关系：Pl=P2+P3+P4+P.电流关系：1=22÷n33+n4+nnln考向1变压器基本物理量的分析与计算例11（2017北京卷16）如图3所示，理想变压器的原线圈接在"=220isin（100f）V的交流电源上，副线圈接有R=55Q的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1,电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是（）图3A.原线圈的输入功率为22OiWB.电流表的读数为IAC.电压表的读数为UOiVD.副线圈输出交流电的周期为50s答案B解析由"=2205sin（100"）V可知，原线圈电压最大值为22OV,故原线圈电压的有效值为U|=22OV,根据“="可知，（/2=¾=110V,故电压表的读数为110V,选项C错误：副线圈电流有效值为A=2A,根据P=U/可知，才俞出功率为220W,则原线圈的输P入功率为220W,故选项A错误；原线圈中的电流/1=瓦=1A,故选项B正确；因为S=下,所以ASis=。02s,故选项D错误.考向2原线圈接入用电器的变压器问题分析【例2】（2020山东泰安市模拟）如图4所示，用一交流电源给理想变压器供电，已知理想变压器原线圈接有阻值为R的电阻，副线圈接有电阻用、自旦Rl=R2=10OR闭合开关S后发现三个电阻消耗的功率均为P,则理想变压器原、副线圈的匝数比"和"、人间的电压UO分别为（）A.“=5：1,UO=3B.=5：1,Uo=5C.=1：5,Uo=3D.n=l：5,UO=5答案C解析设原线图电流为/1,电压为01,副线图电流为/2,电压为5,根据题意得：P=/|*=（务2公且色=100R,解得4=5,则"=F=77=7=7,根据串联电路特点UO=/|R+U1,又UTU2,5=/点=O1R,联立解得Uo=3R,又因为P=Zr,所以Uo=37,故C正确.跟进训练3.（变压器基本物理量的计算）如图5所示，一理想变压器原线圈输入正弦式交流电，交流电的频率为50Hz,电压表示数为IlOOOV,灯泡Ll与L2的电阻相等，原线圈与副线圈的匝数比为"1："2=50：1,电压表和电流表均为理想交流电表，则（）A.原线圈输入的交流电压的表达式为W=IlOsin50MV）B.开关K未闭合时，灯泡Ll两端的电压为220VC.开关K闭合后电流表的示数为通过灯泡Ll中电流的/D.开关K闭合后，原线圈输入功率增大为原来的5倍答案B解析原线图的电压最大值Um=IIOoo5V,甬速度s=2100trads,所以原线IS输入的交流电压的表达式为"=110002sin100r(V),故A错误：开关K未闭合时，灯泡Ll两端的电压即为副线圈电压，*=包=,则开关K未闭合时，灯泡Ll两端的电压5=220V,故B正确：开关K闭合后，Ll与L2并联，且电阻相等，所以电流表的示数与通过灯泡Ll中电流相等，故C错误；开关K闭合后，副线圈功率增大为原来的2倍，则原线圈输入功率增大为原来的2倍，故D错误.4.(原线圈上有用电器的变压器)(多选)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IO倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是()图6A.原、副线圈匝数比为9：1B.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AD解析设灯泡的额定电压为M),两灯泡均能正常发光，所以原线图两端电压为U|=9Uo,副线图两端电压为S=Uo,故*=?,7i=77=7,A正确，B错误；根据公式2=芈可得，?=/由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P=U/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(I)Ul不变，根据%=?，输入电压S决定输出电压5,不论负载电阻R如何变化，5不变.(2)当负载电阻发生变化时，心变化，输出电流/2决定输入电流1，故/1发生变化.(3)/2变化引起2变化，P|=P2,故Pl发生变化.2.负载电阻不变的情况（I）UI不变，缶发生变化时，5变化.（2）/?不变，5变化时，4发生变化.（3）根据P2=*,P2发生变化，再根据P=P2,故外变化，Pl=Uill,Ul不变，故人发生变化.【例3】（多选）（2020河北唐山市摸底考法）如图7所示，理想变压器原线圈一端有心人两接线柱，是原线圈的一端点，6是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表.从某时刻开始在原线圈0、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为"=USin100r.则（）C.单刀双掷开关与4连接，在滑动变阻器触头向上移动的过程中，电压表示数增大D.当单刀双掷开关由。扳向人时，电流表的示数增大答案AD解析当单刀双榔开关与连接时，原线圈的匝数为"I,则有5=U,当单刀双掷开关与6连接时，原线圈的匝数为?，则有S'=U*,联立得S：S'=1：2,故电压表的示数比为1：2,故A正确；当f=0时，c、d间的电压瞬时值为"=Usin（IOSrXO）=O,故B错误；副线圈的也压由原、副线圈匝数和输入电压决定，单刀双掷开关与"连接，滑动变阻器触头?向上移，可知副线圈电压不变，故电压表的示数不变，C错误：单刀双掷开关由"扳向6,原线圈的匝数变小，副线圈的电压变大，则电压表示数变大，电阻不变，故电流表的示数也变大，故D正确.跟进训练5.（负载不变匝数变）（2020天津耀华中学模拟）如图8所示为一自耦变压器的电路图，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，下列说法正确的是（）A.AI读数变小，Az读数变小B.Al读数变大，A2读数变小C.K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A6（匝数不变负载变）（多选）（八省联考湖北10）如图9（a）所示，理想变压器原、副线圈匝数比为小："2=1：5,定值电阻用的阻值为IOC,滑动变阻器R2的最大阻值为50Q,定值电阻R的阻值为10Q,图中电表均为理想电表.原线圈输入如图9（b）所示的交变电流，其有效值不随负载变化.当滑动变阻器接入电路的阻值由50Q减小到O的过程中（）图9A.电流表的示数为5AB.通过R的电流减小C.电压表的示数减小D.和Ra的总电功率先增大后减小答案CD解析由图可知，电流表示数为原线圈的电流/=/=4也A,故A错误；当滑动变阻器必的接入电路的阻值逐渐减小时，副线图的负载电阻的总阻值减小，原线