2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 6 變壓器學(xué)案 教科版選修3-2

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1、6 變壓器目標(biāo)定位1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器，理解變壓器的工作原理.2.掌握理想變壓器的功率關(guān)系.3.理解變壓器的變壓規(guī)律和變流規(guī)律，并運(yùn)用此規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題.一、變壓器的結(jié)構(gòu)與原理1.變壓器的結(jié)構(gòu)：如圖1所示，為變壓器的示意圖和在電路圖中的符號(hào).圖1(1)變壓器的構(gòu)造：閉合鐵芯、原線圈(匝數(shù)用n1表示)、副線圈(匝數(shù)用n2表示).輸入電壓是U1，輸出電壓是U2，兩個(gè)線圈都繞在閉合鐵芯上.(2)原線圈：與交流電源相連接的線圈，又叫做初級(jí)線圈.(3)副線圈：與負(fù)載相連的另一個(gè)線圈，又叫做次級(jí)線圈.2.變壓器的工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，由于互感作用，穿過(guò)原、副線圈的磁通量相等，磁通量的變化率

2、相等，若原線圈匝數(shù)為n1，則U1n1，副線圈匝數(shù)為n2，則U2n2，所以.3.原、副線圈的地位(1)原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載.(2)副線圈在其所處回路中充當(dāng)電源.4.變壓器不改變(填“改變”或“不改變”)交流電的頻率.深度思考(1)把兩個(gè)沒(méi)有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線圈連接到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈連接到小燈泡上(如圖2所示)，小燈泡能發(fā)光嗎？為什么？(2)若把交流電源改為蓄電池，小燈泡發(fā)光嗎？圖2答案(1)能.當(dāng)左邊線圈加上交流電壓時(shí)，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁通量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在左、右線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，右線圈作為電源給小

3、燈泡供電，小燈泡就會(huì)發(fā)光.(2)不發(fā)光.例1理想變壓器正常工作時(shí)，原、副線圈中一定相同的物理量是()A.每匝線圈中磁通量的變化率B.交變電流的頻率C.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率D.原線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和副線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案ABC變壓器能改變交變電壓、交變電流，但不能改變功率和交變電流的頻率.二、理想變壓器的規(guī)律1.理想變壓器的特點(diǎn)(1)變壓器鐵芯內(nèi)無(wú)漏磁；無(wú)發(fā)熱損失.(2)原副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即也無(wú)能量損失.2.理想變壓器的功率關(guān)系從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入P出.3.變壓器的變壓關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈：.(2)有多個(gè)副線圈：4.電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)

4、，由U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即(2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I35.電壓、電流、功率的制約關(guān)系(1)電壓制約：輸入電壓U1決定輸出電壓U2.(填“U1”或“U2”)(2)功率制約：P出決定P入，這體現(xiàn)了能量守恒的特點(diǎn).(填“P出”或“P入”)(3)電流制約：輸出電流I2決定輸入電流I1.(填“I1”或“I2”)深度思考變壓器為什么不能改變交流電的頻率？答案因?yàn)樵⒏本€圈中的磁通量變化情況相同，所以變壓器不能改變交流電的頻率.例2如圖3所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221，和均為理想電表，燈泡電阻RL6，AB兩端電壓u112si

5、n100t (V).下列說(shuō)法正確的是()圖3A.電流頻率為100HzB.的讀數(shù)為24VC.的讀數(shù)為0.5AD.變壓器輸入功率為6W解析根據(jù)u112sin100t (V)及U知U112V，f50Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)得U2U112V6V，即的讀數(shù)為6V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；又I2A1A，即的讀數(shù)為1A，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)P1P2及P2W6W，選項(xiàng)D正確.答案D(1)電壓表、電流表示數(shù)均為有效值.(2)理想變壓器P入P出.(3)變壓器不改變頻率，即原、副線圈電流頻率相等.針對(duì)訓(xùn)練如圖4所示，將額定電壓為60V的用電器，通過(guò)一理想變壓器接在正弦交變電源上.閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(

6、均為理想電表)的示數(shù)分別為220V和2.2A.以下判斷正確的是()圖4A.變壓器輸入功率為484WB.通過(guò)原線圈的電流的有效值為0.6AC.通過(guò)副線圈的電流的最大值為2.2AD.變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2113答案BD解析變壓器的輸入功率P1P2I2U22.260W132W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由得，選項(xiàng)D正確；由得I1I22.2A0.6A，選項(xiàng)B正確；根據(jù)I得通過(guò)副線圈的電流的最大值I2mI2A，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.例3如圖5所示，理想變壓器三個(gè)線圈的匝數(shù)之比為n1n2n31051，其中n1接到220V的交流電源上，n2和n3分別與電阻R2、R3組成閉合回路.已知通過(guò)電阻R3的電流I32A，電阻R211

7、0，求通過(guò)電阻R2的電流I2和通過(guò)原線圈的電流I1.圖5解析由變壓器原、副線圈電壓比等于其匝數(shù)比可得，加在R2上的電壓U2U1220V110V通過(guò)電阻R2的電流I2A1A加在R3上的電壓U3U1220V22V根據(jù)輸出功率等于輸入功率得：U1I1U2I2U3I3代入數(shù)據(jù)解得通過(guò)原線圈的電流為：I10.7A.答案1A0.7A含多個(gè)副線圈的變壓器，電壓仍與匝數(shù)成正比，但電流關(guān)系只能通過(guò)功率關(guān)系來(lái)判斷.三、電壓互感器和電流互感器1.電壓互感器(1)構(gòu)造：小型降壓變壓器，如圖6甲所示.(2)接法：原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表；為了安全，外殼和副線圈應(yīng)接地.(3)作用：將高電壓變?yōu)榈碗妷海ㄟ^(guò)測(cè)

8、量低電壓，計(jì)算出高壓電路的電壓.圖62.電流互感器(1)構(gòu)造：小型升壓變壓器，如圖乙所示.(2)接法：原線圈串聯(lián)在被測(cè)電路中，副線圈接電流表.為了安全，外殼和副線圈應(yīng)接地.(3)作用：將大電流變成小電流，通過(guò)測(cè)量小電流，計(jì)算出被測(cè)電路中的大電流.例4普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測(cè)量電流，通常要通過(guò)電流互感器來(lái)連接，如圖7所示，圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時(shí)電流為Iab，cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多，工作時(shí)電流為Icd，為了使電流表能正常工作，則()圖7A.ab接MN、cd接PQ，IabIcdB.ab接MN、cd接PQ，IabIcdC.ab接PQ、cd接MN，IabIcdD

9、.ab接PQ、cd接MN，IabIcd解析根據(jù)單一副線圈的理想變壓器原理，電流比值等于匝數(shù)比的倒數(shù)，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正確.答案B(1)電壓互感器U1U2，n1n2；(2)電流互感器I1I2，n1U1，U2降低 BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低 DU2n2知U2U1；滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至N點(diǎn)過(guò)程，n2減小，則U2降低，C項(xiàng)正確11.(多選)為了監(jiān)測(cè)變電站向外輸電情況，要在變電站安裝互感器，其接線如圖10所示，兩變壓器匝數(shù)分別為n1、n2和n3、n4，a和b是交流電表，則()圖10A.n1n2B.n3n4C.a為交流電流表，b為交流電壓表D.a為交流電壓

10、表，b為交流電流表答案AD解析由電路連接方式可知，左圖是電壓互感器，把高電壓經(jīng)過(guò)變壓器降壓后測(cè)量，所以n1n2，a為交流電壓表，右圖為電流互感器，把大電流經(jīng)過(guò)變壓器變?yōu)樾‰娏髟贉y(cè)量，所以n3n4，b為交流電流表.12.如圖11所示，一臺(tái)有兩個(gè)副線圈的變壓器，原線圈匝數(shù)n11100匝.接入電壓U1220V的交流電路中.圖11(1)要求在兩個(gè)副線圈上分別得到電壓U26V，U3110V，它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少？(2)若在兩副線圈上分別接上“6V,20W”、“110V，60W”的兩個(gè)用電器，原線圈的輸入電流為多少？答案(1)30匝550匝(2)A解析(1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關(guān)系：由得n2n11100匝30匝n3n11100匝550匝.(2)設(shè)原線圈輸入電流為I1，由P入P出得U1I1U2I2U3I3P2P3所以I1AA.14