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

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1、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【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量法小、U1一定，研究2和5的关系.2、U1一定，研究川和5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)保持原线圈的匝数小和电压

2、S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Vy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G、S之比等于原、副线圈的匝数川、物之比.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、(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.(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I.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、副线圈匝数分别为川=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S(V)副线圈

4、两端的电压S(V)U1U213.98.21：2.125.911.81：2.037.815.2(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出S、S的比值，还有一组、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).该变压器是变压器(选填“升压”或“降压”).答案(1)1：1.9(2)=;(3)升压解析(1)第三组数据为：7T=7(2)线圈匝数之比言=端结合表格中的数据知，在误差允许的范围内线图两端电压与匝数的关系为整=RU22(3)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

5、(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=20匝的变压器，实验测量数据如下表UaN1.802.803.804.90WV4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是.(选填“/或尸)答案ACEb解析为了完成实脸探究，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,为输入端

6、，“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.，芯图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.电压关系：g(3)电流关系：只有一个副线圈时二看.(4)频率关系：FHI=率.【技巧点拨】1 .理想变压器的制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压S,S=MS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/2和匝数比决定原线圈电流4,2 .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:5U2SUn电压关系

7、:=，1=n2nn功率关系：P=P2+P3+P4+Prt电流关系：t1I=n2h+3,3+nj1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=22MSin(IoOf)V的交流电源上，副线圈接有R=55C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()A.原线圈的输入功率为22SnWB.电流表的读数为IAC.电压表的读数为1105VD.副线圈输出交流电的周期为50s答案B解析由”=22MSin(Io0)V可知，原线图电压最大值为22O5V,故原线圈电压的有效值为U=220V,根据获=崇可知，C2=i=H

8、0V,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，输出功率为220W,则原线图的输K入功率为220W,故选项A错误；原线圈中的电流=g=1A,故选项B正确；因为勿=半,所以T=丁丽s=2s,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W21（2023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及的电阻，副线圈接有电阻R、R且R=R2=100R，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。、b间的电压UO分别为（）图4A. W=5B. n=5C.n=D.W=I1,Uo=3y

9、PR1,Uo=5yPR5,t0=3W5,Uo=5yPR答案C解析设原线图电流为人电压为S,副线图电流为“，电压为5,根据题意得：P=Ii2R=（纷.&且火2=100尺，解得夕=5,则=?=，=：；=乎=1根据串联电路特点UO=4RZ122OU22D+U1,又S=WU2,。2=/2专=10R,联立解得Uo=3/1R,又因为P=2r,所以Uo=37通故C正确.跟进训练3.（变压器基本物理量的计算）如图5所示，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I1ooOV,灯泡11与1z的电阻相等，原线圈与副线圈的匝数比为1：佻=50：I,电压表和电流表均为理想交流电表，贝J（）

10、A.原线圈输入的交流电压的表达式为M=I1OOOsin50（V）B.开关K未闭合时，灯泡11两端的电压为220VC.开关K闭合后电流表的示数为通过灯泡11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=IIOoMV,角速度=2=100rads,所以原线圈榆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11两端的电压即为副线圈电压，77=-则开关K未闭合时，灯泡11两端的电压U,=220V,U221故B正确；开关K闭合后，11与1z并联，且电阻相等，所以电流表的示数与通过灯泡11中电流相等，故C错误；开关K闭合

11、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10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Uo,两灯泡均能正常发光，所以原线图两端电压为U=9Uo,副线圈两端电压为S=Uo,故印=，7i=77=T,A正确，B错误；根据公式，=竽可得，7=U212U2I12/2应,由于小灯

12、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)S不变，根据佚=点，输入电压S决定输出电压S，不论负载电阻R如何变化，S不变.(2)当负载电阻发生变化时，/2变化，输出电流，2决定输入电流4，故4发生变化.(3)/2变化引起P2变化，P1=P2,故P1发生变化.2 .负载电阻不变的情况S不变，肝发生变化时，5变化.（2）R不变，S变化时，2发生变化.根据P2=爷，P2发生变化，再根据P=P2,故乃变化，P=Uh,U1不变，故4发生变化.【例31（多选）（2023.河北唐山市摸底考试）如图7所示，理

13、想变压器原线圈一端有a、b两接线柱，是原线圈的一端点，b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c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为=USin1O0.则（）A.当单刀双掷开关分别与、人连接时，电压表的示数比为1：2B.当f=0时，c、4间的电压瞬时值%C.单刀双掷开关与。连接，在滑动变阻器触头P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，原线圈的匝数为小，则有S=U请，当单刀双掷开关与b连接时，原线图的匝数为则有S=U*,联立得S：S=1：2,故也压表的示数2比为1:2,故A正确；当f=

14、0时，c、d间的电压瞬时值为=USin（IOoX0）=0,故B错误；副线圈的电压由原、副线图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，可知副线图电压不变，故电压表的示数不变，C错误：单刀双榔开关由“扳向仇原线图的匝数变小，副线图的电压变大，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A. 5.（负载不变匝数变）（2023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（）B. A1读数变小，A?读数变小C. A1读数变大，A2读数变小D. K两端电压变大，变压器输入功率变小E. 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,定值电阻修的阻值为IOC,滑动变阻器&的最大阻值为50。，定值电阻R的阻值为10C,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50减小到O的过程中（）A.电流表的示