| 宜城教育资源网www.ychedu.com免费【粤教版】2017-2018学年高中物理选修3-2学案（打包23份）含教学反思教学设计说课稿案例第六节自感现象及其应用[学习目标]1.了解自感现象及其应用.2.能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.3.了解自感系数的决定因素.4.了解日光灯的发光原理．一、自感现象[导学探究](1)通电自感：如图1所示，开关S闭合的时候两个灯泡的发光情况有什么不同？图1(2)断电自感：如图2所示，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关，两灯泡的发光情况有什么不同？图2答案(1)灯泡L2立即发光，灯泡L1逐渐亮起来．(2)L2立即熄灭，L1闪亮一下，再逐渐熄灭．[知识梳理]自感现象及自感电动势的定义和特点(1)定义：由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．(2)自感电动势的大小：跟穿过线圈的磁通量变化快慢有关，还跟自感系数有关．(3)自感系数的决定因素：由线圈本身性质决定，与线圈的长短、形状、匝数，以及是否有铁芯等因素有关，与E、ΔI、Δt等无关．单位：亨利，符号H.[即学即用]判断下列说法的正误．(1)在实际电路中，自感现象有害而无益．()(2)只要电路中有线圈，自感现象就会存在．()(3)发生断电自感时，因为断开电源之后电路中还有电流，所以不符合能量守恒定律．()(4)线圈中的电流变化越快，自感现象越明显．()答案(1)×(2)×(3)×(4)√二、日光灯[导学探究]自感现象可分为断电自感和通电自感．在使日光灯管启动的过程中(如图3为日光灯的结构)应用了哪种自感现象？启动器在日光灯电路中的作用是什么？图3答案断电自感自动开关[知识梳理]1．灯管：在高压激发下，两灯丝间的气体导电，发出紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线照射下发出可见光．2．启动器：在开关闭合后，氖气放电发出辉光，辉光产生热量使动触片膨胀变形，与静触片接触之后，辉光放电消失，动触片降温恢复原状，与静触片分离，电路断开．3．镇流器：启动时产生瞬时高电压使灯管发光，正常发光时，起着降压限流的作用．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)没有启动器，在安启动器的位置，可以用一根导线，通过瞬时接通、断开的方式，使日光灯点亮．()(2)日光灯点亮后，启动器就没有作用了．()(3)在日光灯正常工作中，镇流器只会消耗电能，没有作用．()(4)日光灯正常工作的电压高于220V．()答案(1)√(2)√(3)×(4)×一、自感现象的分析例1如图4所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则()A．闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些B．闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭图4答案D解析由于灯泡LA与线圈L串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合的瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB先亮，A、B错误．由于LA所在的支路电阻阻值偏小，故稳定时电流大，即LA更亮一些，当S断开的瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从IA开始减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确．自感线圈对电流的变化有阻碍作用，具体表现为：(1)通电瞬间自感线圈处相当于断路．(2)断电时，自感线圈相当于电源，其电流由原值逐渐减小，不会发生突变(必须有闭合回路)．(3)电流稳定时自感线圈相当于导体，若其直流电阻忽略不计，则相当于导线．针对训练(多选)如图5所示，L为一纯电感线圈(即电阻为零)，LA是一灯泡，下列说法正确的是()图5A．开关S闭合瞬间，无电流通过灯泡B．开关S闭合后，电路稳定时，无电流通过灯泡C．开关S断开瞬间，无电流通过灯泡D．开关S闭合瞬间，灯泡中有从a到b的电流，而在开关S断开瞬间，灯泡中有从b到a的电流答案BD解析开关S闭合瞬间，灯泡中的电流从a到b，A错误；线圈由于自感作用，通过它的电流逐渐增加，开关S接通后，电路稳定时，纯电感线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，灯泡中无电流通过，B正确；开关S断开的瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中原有向右的电流将逐渐减小，线圈与灯泡形成回路，故灯泡中有从b到a的瞬间电流，C错误，D正确．二、自感现象的图象问题例2如图6所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡的电流是1A，现将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是()图6答案D解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A．开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圈中的电流从原来的2A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对．1．断电时，自感线圈处电流由原值逐渐减小，不能发生突变，而且电流方向也不变．2．断电前后，无线圈的支路要注意电流方向是否变化．三、对日光灯的原理的理解例3(多选)在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是()A．日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用B．镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃后起降压限流作用C．日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉D．日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低对电能的消耗答案BC解析日光灯工作时都要经过预热、启动和正常工作三个不同的阶段，它们的工作电路如图所示．在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬时高压．工作时，电流由镇流器经灯管，不再流过启动器，故日光灯启动后启动器不再工作，可以去掉，而镇流器还要起降压限流作用，不能去掉，故选B、C.1．关于自感现象，下列说法正确的是()A．感应电流一定和原来的电流方向相反B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大答案D解析当电流增大时，感应电流的方向与原来的电流方向相反，当电流减小时，感应电流的方向与原来的电流方向相同，故选项A错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误，D正确；自感系数只取决于线圈本身的因素及有无铁芯，与电流变化情况无关，故选项C错误．2．如图所示，S为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是()答案A解析根据日光灯的工作原理，要想使日光灯发光，灯丝需要预热发出电子，灯管两端应有瞬时高压，这两个条件缺一不可．当启动器动、静触片分离后，选项B中灯管和电源断开，选项B错误；选项C中镇流器与灯管断开，无法将瞬时高压加在灯管两端，选项C错误；选项D中灯丝左、右端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管内气体导电，选项D错误．3．在如图7所示的电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1、G2的指针都偏向右方，那么当断开开关S时，将出现的现象是()图7A．G1和G2指针都立即回到零点B．G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点C．G1指针缓慢地回到零点，而G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点D．G2指针缓慢地回到零点，而G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点答案D解析根据题意，电流方向自右向左时，电流表指针向右偏，那么，电流方向自左向右时，电流表指针应向左偏．当开关S断开的瞬间，G1中原电流立即消失，而对于G2所在支路，由于线圈L的自感作用，阻碍电流不能立即消失，自感电流沿L、G2、G1的方向，在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，此时G1中的电流和原电流方向相反，变为自左向右，且与G2中的电流同时缓慢减为零，故选项D正确．4．在如图8所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调节R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I.然后，断开S.若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，能正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是()图8答案B一、选择题(1～6题为单选题，7～10题为多选题)1.如图1所示，两个电阻阻值均为R，电感线圈L的电阻及电池内阻均可忽略不计，S原来断开，电路中电流I0＝E2R，现将S闭合，于是电路中产生了自感电动势，此自感电动势的作用是()图1A．使电路的电流减小，最后由I0减小到零B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I0答案D解析S闭合，电路中电阻减小，电流增大，线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大，A错；阻碍电流增大，不是不让电流增大，而是让电流增大的速度变慢，B、C错；最后达到稳定时，电路中电流为I＝ER＝2I0，故D正确．2．如图2所示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是()图2A．S1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光B．S1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光C．S3断开，接通S1、S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光D．当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能正常发光答案C解析当S1接通，S2、S3断开时，电源电压220V直接加在灯管两端，达不到灯管启动的高压，不能使气体电离导电，日光灯不能发光，选项A错误．当S1、S2接通，S3断开时，灯丝两端被短路，电压为零，不能使气体电离导电，日光灯不能发光，选项B错误．当日光灯正常发光后，再接通S3，则镇流器被短路，灯管两端电压过高，会损坏灯管，选项D错误．只有当S1、S2接通，灯丝被预热，发出电子，再断开S2，镇流器中产生很大的自感电动势，和原电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光，选项C正确．3.如图3所示的电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同．在开关S接通和断开时，灯泡A1和A2亮暗的顺序是()图3A．接通时A1先达最亮，断开时A1后灭B．接通时A2先达最亮，断开时A1后灭C．接通时A1先达最亮，断开时A1先灭D．接通时A2先达最亮，断开时A2先灭答案A解析当开关S接通时，A1和A2同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从A1通过，而该电流又将同时分路通过A2和R，所以A1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，A1和A2达到一样亮；当开关S断开时，电源电流立即为零，因此A2立即熄灭，而对A1，由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A1组成的闭合电路中有感应电流，所以A1后灭．4.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图4所示，其道理是()图4A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消D．当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消答案C解析能否有感应电动势，关键在于穿过回路的磁通量是否变化．由于导线是双线绕法，使穿过回路的磁通量等于零，无论通过的电流变化与否，磁通量均为零不变，所以不存在感应电动势和感应电流．5.如图5所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，自感线圈L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()图5答案B解析在t＝0时刻闭合开关S，由于电感线圈L产生自感电动势，阻碍电流通过，电源输出电流较小，路端电压较高，经过一段时间电路稳定后，电源输出电流较大，路端电压较低．在t＝t1时刻断开S，电感线圈L产生自感电动势，与灯泡构成闭合回路，灯泡D中有反向电流通过，所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中正确的是B.6．如图6所示的电路，可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆开时应()图6A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表 D．先拆去电阻R答案B解析该电路实际上就是用伏安法测自感线圈的直流电阻电路，在实验完毕后，由于线圈的自感现象，若电路拆开的先后顺序不对，可能会烧坏电表．当S1、S2闭合，电路稳定时，线圈中的电流由a→b，表右端为"＋"，左端为"－"，指针正向偏转，先断开S1或先拆表或先拆电阻R的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时表加了一个反向电压，使指针反偏．由"自感系数较大的线圈"知其反偏电压较大，可能会烧坏表．而先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2.7．下列说法正确的是()A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反答案AC8．用电流传感器可以清楚地演示自感对电路中电流的影响，不一定要用两个灯泡作对比．电流传感器的作用相当于一个电流表，实验就用电流表的符号表示．它与电流表的一个重要区别在于，传感器与计算机相结合能够即时反映电流的迅速变化，并能在屏幕上显示电流随时间变化的图象．先按图7甲连接电路，测一次后，可以拆掉线圈，按图乙再测一次，得到(a)、(b)图象．则下列说法正确的是()图7A．(a)图象是对应甲测得的B．(a)图象是对应乙测得的C．(b)图象是对应甲测得的D．(b)图象是对应乙测得的答案AD解析电路甲中电流在开关闭合后，由于自感电动势作用，逐渐增至最大；电路乙中电流在开关闭合后，立即增至最大，所以A、D项正确．9．如图8所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是()图8A．S闭合后，A、B同时发光且亮度不变B．S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭C．S断开的瞬间，A、B同时熄灭D．S断开的瞬间，A再次发光，然后又逐渐熄灭答案BD解析线圈对变化的电流有阻碍作用，开关接通时，A、B串联，同时发光，但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使A被短路，所以A错误，B正确；开关断开时，线圈产生自感电动势，与A构成回路，A再次发光，然后又逐渐熄灭，所以C错误，D正确．10.如图9所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2是两个完全相同的电灯，E是内阻不计的电源．t＝0时刻，闭合开关S，经过一段时间后，电路达到稳定，t1时刻断开开关S.I1、I2分别表示通过电灯D1和D2中的电流，规定图中箭头所示方向为电流正方向，以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是()图9答案AC二、非选择题11．在如图10所示的日光灯工作原理电路图中：图10(1)开关合上前，启动器的静触片和动触片是________(填"接通的"或"断开的")；(2)开关刚合上时，220V电压加在________上，使________发出辉光；(3)日光灯启动瞬间，灯管两端电压________220V(填"大于""等于"或"小于")；(4)日光灯正常发光时，启动器的静触片和动触片________(填"接通"或"断开")，镇流器起着__________作用，保证日光灯正常工作．答案(1)断开的(2)启动器氖气放电(3)大于(4)断开降压限流解析日光灯按原理图接好电路后，当开关闭合，电源把电压加到启动器两极，使氖气放电而发出辉光．辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通，于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过．电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开，在电路突然断开的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，其方向与原来电压方向相同，于是日光灯管成为电流的通路开始发光．日光灯使用的是交变电流，电流的大小和方向都在不断地变化，在日光灯正常发光时，由于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化，这时镇流器就起着降压限流的作用，保证日光灯的正常工作．第六节变压器[学习目标]1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系．一、变压器的原理及电压与匝数的关系[导学探究]如图1所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上．连接电路，接通电源，小灯泡能发光．图1(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？答案(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率ΔΦΔt都相同，若左边匝数为n1，则U1＝E1＝n1ΔΦΔt.若右边匝数为n2，则U2＝E2＝n2ΔΦΔt，故有E1E2＝n1n2；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，这样看来只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等．[知识梳理]变压器的工作原理及电压与匝数的关系：(1)互感现象是变压器工作的基础．因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(后两空填"变化"或"恒定")(2)变压器中的电压与匝数的关系：①只有一个副线圈：U1U2＝n1n2.当n2>n1时，U2>U1为升压变压器；当n2<n1时，U2<U1为降压变压器．②有多个副线圈：U1n1＝U2n2＝U3n3＝…[即学即用]判断下列说法的正误．(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．()(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率．()答案(1)√(2)×(3)×(4)√二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系[导学探究]阅读教材回答下列三个问题：(1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系．(3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系．答案(1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗．所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出．(2)由能量守恒有P入＝P出，即U1I1＝U2I2.所以I1I2＝U2U1＝n2n1.(3)若有多个副线圈，则P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…[知识梳理]变压器原、副线圈中功率关系和电流关系：(1)功率关系：P入＝P出，即U1I1＝U2I2.(2)电流关系：①只有一个副线圈时，I1I2＝n2n1.②有多个副线圈时：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…[即学即用]一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器原线圈中的电流为________，副线圈中的输出电压为________，输出功率为________．答案5A250V50kW解析由I1I2＝n2n1，得I1＝n2n1I2＝140×200A＝5A；由U1U2＝n1n2，得U2＝U1n2n1＝10×103×140V＝250V；由理想变压器功率关系，得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝250×200W＝50kW.一、理想变压器基本关系的应用1．电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝n2U1n1.2．功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.3．电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝n2I2n1.例1如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有"12V6W"的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是()图2A．120V,0.10A B．240V,0.025AC．120V,0.05A D．240V,0.05A答案D解析灯泡正常工作，副线圈两端的电压U2＝12V，副线圈中的电流I2＝2×612A＝1A，根据匝数比得原线圈中的电流I1＝120I2＝0.05A，原线圈两端的电压U1＝20U2＝240V，选项D正确．二、理想变压器的动态分析例2(多选)如图3所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()图3A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小答案BC解析Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝U22R＋R0可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由U2U1＝n2n1知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故C正确，D错误．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.三、几种常见的变压器1．自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图4所示．图42．互感器交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流．互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器．(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压．(如图5所示)图5(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流．(如图6所示)图6例3(多选)图7甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()图7A．线圈匝数n1<n2，n3<n4B．线圈匝数n1>n2，n3>n4C．甲图中的电表是电压表D．乙图中的电表是电流表答案CD解析题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，题图甲中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，题图乙中的电表为电流表，故选项C、D正确．1．电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路．2．电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2.3．电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2.例4一自耦变压器如图8所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中()图8A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高C．U2<U1，U2降低 D．U2<U1，U2升高答案C解析由U1U2＝n1n2，n1>n2知U2<U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，C项正确.1．(多选)如图9所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V和10A，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则()图9A．甲图中的电表是电压表，输电电压为22000VB．甲图是电流互感器，输电电流是100AC．乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD．乙图是电流互感器，输电电流是100A答案AD解析根据匝数比U1U2＝n1n2，有U1＝n1n2U2＝1001×220V＝22000V，故A正确；甲图是电压互感器，故B错误；乙图是电流互感器，电表是电流表，故C错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比I1I2＝n2n1，有I1＝n2n1I2＝101×10A＝100A，故D正确．2．如图10所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是()图10A．I1和I2表示电流的平均值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I2变大答案C解析电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A、B错误．滑片P向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，U2不变、I1变大，故C正确，D错误．3．(多选)如图11(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表．原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示．下列说法正确的是()图11A．变压器输入、输出功率之比为4∶1B．变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4C．u随t变化的规律为u＝51sin(50πt)VD．若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大答案BD解析由题意，变压器是理想变压器，故变压器输入、输出功率之比为1∶1，故A错误；变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即I1I2＝n2n1＝14，故选项B正确；由题图(b)可知交流电压最大值Um＝51V，周期T＝0.02s，可由周期求出角速度的值为ω＝100πrad/s，则可得交流电压u随t变化的规律为u＝51sin(100πt)V，故选项C错误；RT处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确．一、选择题(1～7题为单选题，8～11题为多选题)1．如图所示的四个电路，能够实现升压的是()答案D解析变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故A、B错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以D能实现升压，C不能实现升压．2．如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表的示数是12mA，则副线圈中电流表的示数是()图1A．3mA B．48mAC．零 D．与R的阻值有关答案C解析当导线在平行导轨上匀速运动时，产生的电流是恒定的，不会使副线圈的磁通量变化，因而副线圈中无感应电流，选项C正确．3．如图2为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V．调节前后()图2A．副线圈中的电流比为1∶2B．副线圈输出功率比为2∶1C．副线圈的接入匝数比为2∶1D．原线圈输入功率比为1∶2答案C解析在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下，使输出电压U2有效值由220V降至110V，由U2U1＝n2n1知，副线圈接入匝数应该减为原来的一半，故副线圈的接入匝数之比为2∶1，故C正确；副线圈电压减半，电阻不变，电流也随之减半，所以电流之比为2∶1，故A错误；由P＝UI知，输出功率之比为4∶1，故B错误；副线圈输出功率等于原线圈输入功率，所以原线圈输入功率之比为4∶1，故D错误．4．如图3甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电．当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是()图3A．变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝2202sinπt(V)B．电压表的示数为220VC．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1D．变压器的输入功率为110W答案C解析由题图乙可知，ω＝2πT＝100πrad/s，故A错误；原线圈输入电压为220V，电压表示数为灯泡的额定电压U＝PR＝20V，故B错误；由B分析，结合电压与匝数的关系得n1n2＝22020＝111，故C正确；变压器的输入功率与输出功率相等，为10W，故D错误．5．钳式电流表的外形和结构如图4a、b所示．图b中电流表的读数为1.2A，图c中用同一电缆线绕了3匝，则()图4A．这种电流表能测直流电流，图c的读数为2.4AB．这种电流表能测交变电流，图c的读数为0.4AC．这种电流表能测交变电流，图c的读数为3.6AD．这种电流表既能测直流电流，又能测交变电流，图c的读数为3.6A答案C解析钳式电流表利用了变压器的工作原理，因此钳式电流表只能测交变电流．根据n1I1＝n2I2可知，题图b中线圈单匝时，的读数为1.2A．在题图c中绕3匝时，的读数应为3.6A，故选项C正确．6.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，如图5所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()图5A．U＝66V，k＝19 B．U＝22V，k＝19C．U＝66V，k＝13 D．U＝22V，k＝13答案A解析原、副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U，可知副线圈电压为U，原线圈电压为3U，副线圈电流I2＝UR，根据I1I2＝n2n1得原线圈电流I1＝U3R，原线圈输入电压220V＝3U＋U3R·R，整理可得U＝66V；原、副线圈电阻消耗的功率根据P＝I2R，电阻相等，I1∶I2＝1∶3，可得功率之比为P1∶P2＝1∶9，即k＝19.根据以上分析可知选项A正确．7．如图6所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()图6A．小灯泡变亮B．小灯泡变暗C．原、副线圈两端电压的比值不变D．通过原、副线圈电流的比值不变答案B解析原、副线圈减少相同的匝数n后，有n1′n2′＝n1－nn2－n，可以得出，n1n2－n1′n2′＝nn2－n1n2n2－n<0，则说明n1′n2′的比值变大，由n1′n2′＝U1U2′＝I2′I1′知，选项C、D错误；由n1n2＝U1U2和n1′n2′＝U1U2′知，U2′<U2，再由P＝U2′2R知，小灯泡变暗，选项A错误，B正确．8．如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开．当开关S接通时，以下说法中正确的是()图7A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大答案BCD解析由于输入电压不变，所以当S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变，故A项错误．并联灯泡L2，总电阻变小，由欧姆定律知，流过R的电流增大，等效电阻上的电压UR＝IR增大，故B项正确．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2，得I2增大，原线圈输入电流I1也增大，故D项正确．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小，故C项正确．9．如图8所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是()图8A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大答案BD解析由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L的亮度不随P的滑动而改变，故选项A错误，选项B正确．P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R总减小，由I2＝U2R总知，通过副线圈的电流I2增大，输出功率P2＝U2I2增大，再由I1I2＝n2n1知输入电流I1也增大，故选项C错误，D正确．10．理想自耦变压器的原线圈接有如图9乙所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是()图9A．交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos(100πt)B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大答案AB解析由题图乙可得交变电源的周期为T＝0.02s，最大值为U0，则电源的电压u＝U0cos(2πT·t)＝U0cos(100πt)，选项A正确；由U1U2＝n1n2，若仅将触头P向A端滑动，即n2增大，则副线圈的输出电压U2增大，电阻R消耗的电功率P＝U22R增大，选项B正确；若仅使电阻R增大，输出电压U2一定，则输出电功率P＝U22R减小，原线圈的输入电功率减小，选项C错误；若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则输出电压U2减小，输出和输入的电功率减小，通过A处的电流I1＝PU1一定减小，选项D错误．11.如图10，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10A．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U0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故U1U2＝91，n1n2＝U1U2＝91，A正确，B错误；根据公式I1I2＝n2n1可得，I1I2＝19，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．二、非选择题12.如图11所示的变压器原线圈1接到220V的交流电源上．副线圈2的匝数n2＝30匝，与一个"12V12W"的灯泡L连接，L能正常发光．副线圈3的输出电压U3＝110V，与电阻R连接，通过R的电流为0.4A．求：图11(1)副线圈3的匝数n3；(2)原线圈1的匝数n1和电流I1.答案(1)275匝(2)550匝0.255A解析(1)变压比公式对于两个副线圈也适用，则有U2U3＝n2n3，n3＝n2U3U2＝30×11012匝＝275匝．(2)n1n2＝U1U2，n1＝U1U2n2＝22012×30匝＝550匝．理想变压器的输入功率等于输出功率P1＝P2＋P3＝12W＋0.4×110W＝56W.原线圈中电流I1＝P1U1＝56220A≈0.255A.13．如图12所示，匝数n＝100的正方形线圈abcd固定在竖直平面内，与电阻R1、理想变压器连成电路．在线圈的中心水平放置一个条形磁铁，使磁铁绕竖直方向的轴OO′匀速转动，使线圈内的磁通量Φ＝250πsin(100πt)Wb.已知线圈的电阻r＝4Ω，R1＝46Ω，R2＝10Ω，其余导线的电阻不计．变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1.求：图12(1)线圈产生电动势的最大值Em；(2)若断开S2，闭合S1，求磁铁从图示位置转过90°的过程中，通过R1的电荷量q；(3)断开S1，闭合S2，求R2消耗的功率P.答案(1)2002V(2)225πC(3)238W解析(1)Em＝nBSω＝nΦmω，解得Em＝2002V.(2)q＝IΔt，I＝Er＋R1，E＝nΔΦΔt，解得q＝225πC.(3)E＝Em2，E＝U1＋I1r，U2＝I2R2，U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，P＝I22R2，联立解得P≈238W. 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