2021-2022学年高中物理 第3章 电能的输送与变压器 2 变压器为什么能改变电压 3.3 电能的开发与利用作业（含解析）沪科版选修3-2 (2).docx

1、电能的开发与利用课后篇巩固提升A组1.(多选)一理想变压器的原线圈A、B两端接入电压为u=32sin 314t V的交变电流。原线圈匝数n1=100匝,副线圈匝数n2=200匝,则()A.将击穿电压为6 V的电容器接在C、D两端,能正常工作B.把电磁打点计时器接在C、D两端,打点周期为0.02 sC.把额定电压为6 V的小灯泡接在C、D两端,小灯泡能正常工作D.把交变电压表接在C、D两端时,电压表读数为8.48 V解析:交变电流的周期T=2=0.02s,有效值U1=3V,变压器不改变交变电流的频率,故选项B正确;由U1U2=n1n2,得U2=n2n1U1=6V,变压器输出电压的峰值为62V,故

2、大于电容器的击穿电压,选项A、D错误,选项C正确。答案:BC2.(多选)理想变压器原、副线圈两侧一定相同的物理量有()A.交变电流的频率B.交变电流的功率C.磁通量的变化率D.交变电流的最大值答案:ABC3.关于理想变压器特点的下列说法中正确的是()A.理想变压器能够使电压升高,同时电流变大B.原副线圈具有相同的磁通量及变化率,产生的感应电动势也相同C.原副线圈没有电阻,铁心中不会产生涡流D.原线圈往往匝数少,绕线粗,电流大解析:理想变压器原副线圈功率相等,即U1I1=U2I2,不可能同时使电压升高,电流增大,选项A错误;原副线圈匝数不同,感应电动势不同,选项B错误;理想变压器不考虑绕线铜损,

3、铁心的热损,当然要求线圈无电阻,铁心不产生涡流,选项C正确;原副线圈中匝数少的一边,电流大,绕线粗,但不一定作为原线圈使用,选项D错误。答案:C4.(多选)如图所示的理想变压器,原线圈接交变电流源,副线圈有中心抽头,副线圈回路接负载电阻R,当把开关S由1拨到2后()A.副线圈中电流将增大B.副线圈中电流将减小C.原线圈中电流将增大D.原线圈中电流将减小解析:变压器原线圈中的电压不变,当开关接1时,副线圈匝数多,负载两端电压高,原副线圈中的电流都大;当开关接2时,副线圈的匝数少,负载两端的电压低,原副线圈中的电流都小。答案:BD5.(多选)理想变压器正常工作时,原、副线圈中的电流为I1、I2,电

4、压为U1、U2,功率为P1、P2,关于它们之间的关系,下列说法中正确的是()A.I1由I2决定B.U2与负载有关C.P1由P2决定D.以上说法都不正确解析:对理想变压器的电流关系可写成I1=n2n1I2,原线圈中的电流与副线圈中的电流成正比,所以原线圈中的电流由副线圈中的电流决定;功率关系为:负载用多少,原线圈端就输入多少,因此选项A、C正确。答案:AC6.如图所示,一理想变压器,原、副线圈匝数比为101,把原线圈接入u=2202sin 100t V交流电源,那么()A.用交变电压表测量输出电压为222 VB.副线圈交变电流的频率为100 HzC.副线圈接入R=22 的电阻,则原线圈的电流为1

5、 AD.副线圈接入R=22 的负载,则变压器的输出功率为22 W解析:从瞬时值方程得知:交变电流的频率为50Hz,原线圈电压有效值为220V,根据变压比公式可计算得副线圈两端的电压为22V,选项D正确。答案:D7.将输入电压为220 V、输出电压为6 V的理想变压器改绕成输出电压为30 V的变压器,副线圈原来是30匝,原线圈匝数不变,则副线圈新增匝数为()A.120B.150C.180D.220解析:由变压比U1U2=n1n2,知2206=n130,所以n1=1100,当U2=30V时,22030=n1n2,所以n2=150,故n2=n2-n2=120。答案:A8.如图所示,一理想变压器原、副

6、线圈匝数比为31,副线圈接三个相同的灯泡,均能正常发光,若在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡L,则(设电源有效值不变)()A.灯L与三灯亮度相同B.灯L比三灯都暗C.灯L将会被烧坏D.无法判断其亮度情况解析:由于电源有效值不变,设为U,当在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡L时,灯L与线圈分压,设原线圈两端的电压为U1,则U1=U-UL,其中UL为灯泡L两端电压,UL=I1RL,设此时接入副线圈的每只灯泡中的电流为I,则副线圈输出电流I2=3I,据电流与匝数关系I1I2=n2n1=13得I1=n2n1I2=I,即四只灯泡中的电流相同,故亮度相同。答案:A9.实验室中一只小发电机可输出交变电压u=

7、112sin 100t V,为使规格为“220 V 60 W”的白炽灯正常发光,必须接上一只变压器,试求这只变压器原副线圈的匝数比及原线圈中的电流;在绕制这只变压器时使用的导线有粗、细两种不同的规格,原线圈应该用哪一种导线?解析:由交变电压的瞬时值知,U1=11V,根据变压器的电压关系U1U2=n1n2得n1n2=120,在原线圈中由功率知P=U1I1,得I1=PU1=6011A=5.5A,原线圈中的电流大,使用粗导线。答案:1205.5 A粗导线B组1.钳形电流表的外形和结构如图(a)所示,图(a)中电流表的读数为1.2 A,图(b)中用同一电缆线绕了3匝,则()A.这种电流表能测直流电流,

8、图(b)的读数为2.4 AB.这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为0.4 AC.这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为3.6 AD.这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图(b)的读数为3.6 A解析:该钳形电流表的工作原理为电磁感应现象,所以只能测交流电流,且磁感应强度与匝数成正比,选项C正确。答案:C2.在变电所,经常要用交流电表去监测电网上的强电流,使用的仪器是电流互感器。如图所示的四个图中,能正确反映其工作原理的是()解析:电流互感器是测电流的,应串联在火线上,选项B、D错误;由变压器电流关系n1I1=n2I2,要使I2n1,选项A正确、选项C错误。答案:A3.(多选)如图所

9、示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端电压为一最大值不变的正弦式交变电流,在其他条件不变的情况下,为了使变压器输入功率增大,可使()A.原线圈匝数n1增加B.副线圈匝数n2增加C.负载电阻R的阻值增大D.负载电阻R的阻值减小解析:由U1U2=n1n2,P出=U22R,可得P出=U12n22n12R,又因为P入=P出,所以P入=U12n22n12R,分析可得选项B、D正确。答案:BD4.如图所示,理想变压器的原线圈接入u=11 0002sin 100t V的交变电压,副线圈通过电阻r=6 的导线对“220 V880 W”的电器RL供电,该电器正常工作。由此可知()A.原、副线圈的

10、匝数比为501B.交变电压的频率为100 HzC.副线圈中电流的有效值为4 AD.变压器的输入功率为880 W解析:根据接入电压u=110002sin100t,输入电压有效值为11000V,要使“220V/880W”的电器正常工作,则通过用电器的电流为I=PU=4A,副线圈输出电压为U出=Ir+U=46V+220V=244V,原副线圈匝数比等于输入电压与输出电压之比,为275061,选项A错误、选项C正确;交变电流的频率f=2=1002=50Hz,选项B错误;变压器的输出功率P出=PRL+Pr=880W+426W=976W,选项D错误。答案:C5.如图所示,降压变压器的变压系数是3,即初级线圈

11、的匝数与次级线圈的匝数之比是31。初级线圈的输入电压是660 V,次级线圈的电阻为0.2 ,用这台变压器供给100盏标有“220 V60 W”的电灯用电。求:(1)空载时次级线圈的端电压和输出功率;(2)接通时次级线圈的端电压;(3)每盏灯的实际功率。解析:(1)将变压器视为理想变压器。设空载时次级线圈的输出电压为U2,由n2n1=U2U1,得到U2=n2n1U1=220V,因为空载,次级线圈的负载电阻R2,次级线圈中的电流为零,所以I2=0,P=I2U2=0。(2)接通电路后,100盏灯并联的总电阻为R外=R100=U额2P额1008.07,次级线圈中的电流I2=U2R外+R线=2208.0

12、7+0.2A,电灯两端电压:U2=I2R外214.68V。(3)每盏灯的实际功率P=I2100U2=220214.688.27100W=57.1W。答案:(1)220 V0(2)214.68 V(3)57.1 W6.某发电厂发电机的输出功率P=100 kW,发电机端电压U=250 V,向远处送电的输电线的总电阻R=8 。要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%,用户得到的电压又正好是220 V,那么:(1)应该怎样安装变压器?画出输电线路的示意图;(2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比。解析:(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压器,输电线路示意图如图所示。(2)按题意,P损=5%

13、P=0.05100103W=5103W。设输电线路中的电流为I,P损=I2R,I=P损R=51038A=25A。输送电压U2=PI=10010325V=4000V,对升压变压器n1n2=U1U2=2504000=116,输电线路上损失电压U损=IR=258V=200V,降压变压器原线圈n3两端电压U3=U2-U损=(4000-200)V=3800V,用户在副线圈n4两端得到电压U4=220V,所以n3n4=U3U4=3800220=19011。即升压变压器原、副线圈匝数比为116;降压变压器原、副线圈匝数比为19011。答案:见解析教学建议1.重难点分析(1)本节教学重点:探究变压比和匝数比的

14、关系。(2)本节教学难点:探究变压比和匝数比的关系。2.教法建议(1)可通过变压器实物的分析讲解,让学生了解变压器的结构,对变压器有一个感性认识。并让学生思考与讨论以下问题:电能为什么能从原线圈传递给副线圈?铁心在变压器中的作用是什么?变压器原、副线圈的电压跟哪些因素有关?(2)教师可以在实验探究变压器电压与匝数关系的基础上推导出电流与匝数的关系,特别要注意让学生在探究实验中领悟物理学研究的思想与方法。(3)变压器是一种重要的物理器件,其发明与不断完善的过程是人类智慧的结晶。对基础较好的学生,教师也可以将其设计成“设计探究”课,从最原始的想法开始,不断寻找器件存在的问题,提出改进思路,将创造教

15、学、技术教学与物理教学紧密结合起来。参考资料影响变压器空载电流的因素小功率电源变压器在所有次级绕组开路的情况下,再在初级绕组施加额定电压,通过初级绕组的电流称为初级空载电流,是衡量小功率电源变压器质量的重要参数之一。影响变压器初级空载电流的主要因素有以下四个方面:1.绕组匝数。在电源变压器其他技术规格相同的情况下,初级绕组的匝数越少,空载电流就越大。通常用绕组的每伏匝数来表征电源变压器的绕制匝数。小型电源变压器的每伏匝数一般为510T/V(匝/伏);功率越小,每伏匝数应越多,但每伏匝数又受窗口面积和线径的限制,因此要综合平衡。2.铁心尺寸。在电源变压器其他技术规格相同的情况下,铁心尺寸(截面积

16、和磁路长度)越小,空载电流也越大。铁心尺寸受变压器体积的制约。3.铁心材质。铁心材料按导磁率()可分低、中和高三类。在铁心尺寸和绕组匝数等其他技术规格相同的情况下,导磁系数越高,空载电流越小。但导磁系数又受铁心材料(硅钢片)其他物理性能的制约,小型电源变压器以选用中硅钢片的居多。此外,硅钢片的厚度以及各硅钢片之间的导电性能对变压器的初级空载电流也有影响。一般情况下,硅钢片越厚,相邻硅钢片之间的电阻越小,通电后铁心中的涡流损耗越大,变压器的初级空载电流也越大。4.制作工艺。制作电源变压器时,各绕组绕线应尽量紧密、扎实,硅钢片应排插紧密、规范,绕组与硅钢片之间应尽量紧凑,否则也会增大初级空载电流。绕制质量差的电源变压器,不但空载电流大、易发热,而且常常在通电时发出交流哼声。电源变压器绕制完成后,如果能进行浸漆、烘干处理,对提高变压器的质量,减小初级空载电流也大有禆益。