2018-2019版高中物理 第三章 電磁感應(yīng) 第4講 變壓器學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、 第4講　變壓器 [目標(biāo)定位]　1.了解變壓器的構(gòu)造，知道變壓器為什么能夠改變交變電壓.2.由實(shí)驗(yàn)探究總結(jié)變壓器原、副線圈的電壓與兩個(gè)線圈匝數(shù)的關(guān)系.3.了解幾種常見的變壓器類型以及應(yīng)用. 4.體驗(yàn)科學(xué)探究過程，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析論證能力. 一、變壓器的結(jié)構(gòu) 1.變壓器由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成. 2.線圈 (1)變壓器的一個(gè)線圈跟前一級電路連接，叫做原線圈，也叫初級線圈. (2)另一線圈跟下一級電路連接，叫做副線圈，也叫次級線圈. 想一想　圖3－4－1中的燈泡沒有直接與電源連接，為什么能發(fā)光？電能從哪兒來的？ 圖3－4－1 答案　變壓器使電能轉(zhuǎn)化為磁場能，又把

2、磁場能轉(zhuǎn)化為電能. 二、變壓器為什么能改變電壓 　 原線圈中通過電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中磁場的強(qiáng)弱和方向也都在不斷變化.副線圈與原線圈是套在同一個(gè)鐵芯上的，通過副線圈的磁場也在不斷變化，于是就在副線圈內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢. 在同一個(gè)鐵芯上，哪個(gè)線圈的匝數(shù)多，哪個(gè)線圈的電壓就高. 想一想　變壓器能不能改變直流電的電壓？ 答案　不能.變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的，因此只能工作在交流電路中.如果變壓器接入直流電路，原線圈中的電流不變，在鐵芯中不引起磁通量的變化，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，變壓器起不到變壓作用. 一、變壓器的工作原理 1.變壓器工作的基

3、本原理和發(fā)電機(jī)一樣，也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象(如圖3－4－2所示). 圖3－4－2 2.當(dāng)原線圈上加交變電壓時(shí)，原線圈中就有交變電流，鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動勢，如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，它也要在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢，在原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互感現(xiàn)象. 3.穿過每匝線圈中的磁通量的變化率是一樣的，因此每匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等，匝數(shù)越多，總感應(yīng)電動勢越大. 4.能量轉(zhuǎn)換：變壓器是把電能轉(zhuǎn)化為磁場能，又把磁場能轉(zhuǎn)化為電能的裝置. 例1　下圖中，屬于升壓變壓器且能使燈泡發(fā)光的電路是(　　

4、) 答案　C 解析　變壓器不改變直流的電壓，A、D錯(cuò)；升壓變壓器的原線圈比副線圈的匝數(shù)少，B錯(cuò)，C對. 針對訓(xùn)練1　對一正在工作中的變壓器，下列說法正確的是(　　) A.副線圈中的電流是從原線圈中傳過來的 B.鐵芯是用來導(dǎo)電的 C.副線圈中電流變小，原線圈中的電流也一定減小 D.副線圈相當(dāng)于一個(gè)電源 答案　CD 解析　原、副線圈及鐵芯間都是彼此絕緣的，鐵芯是用來導(dǎo)磁的，故A、B錯(cuò)；由能量守恒知C正確；副線圈把磁場能轉(zhuǎn)化為電能，給用電器提供電壓電流，相當(dāng)于一個(gè)電源，D正確. 二、變壓器的規(guī)律 1.電壓關(guān)系：設(shè)原線圈匝數(shù)n1，輸入電壓U1，副線圈匝數(shù)n2，輸出電壓U2，則

5、＝. (1)n1>n2，是降壓變壓器，用戶附近的變電室內(nèi)的變壓器一般是降壓變壓器. (2)n1

6、A B.0.1 A C.0.5 A D.0.005 A 答案　B 解析　由于＝，故U2＝·U1＝×220 V＝11 V，故副線圈電流I2＝＝0.1 A，B對. 針對訓(xùn)練2　如圖3－4－3所示，一臺理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝40∶1，在副線圈兩端接有“6 V　40 W”的電燈泡.若燈泡正常發(fā)光，則下列說法中正確的是(　　) 圖3－4－3 A.在原、副線圈中，通過每匝線圈的磁通量時(shí)時(shí)刻刻都相同 B.通過原、副線圈的交變電流的頻率相同 C.變壓器輸入電壓的最大值為240 V D.變壓器的輸入功率為40 W 答案　ABD 解析　由變壓器基本原理可

7、知，理想變壓器原、副線圈中通過每匝線圈的磁通量都相等，通過原、副線圈的交變電流的頻率相同，所以選項(xiàng)A、B正確；因?yàn)闊襞菡０l(fā)光，所以變壓器輸出電壓的有效值為6 V，由電壓關(guān)系可知，原線圈輸入電壓的有效值為240 V，不是最大值，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，所以變壓器的輸入功率為40 W，選項(xiàng)D正確. 對變壓器原理的理解 1.下列說法中不正確的是(　　) A.變壓器也可能改變恒定電壓 B.變壓器的原理是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，副線圈輸出的電流是原線圈電流的感應(yīng)電流 C.變壓器由繞在同一閉合鐵芯上的若干線圈構(gòu)成 D.變壓器原線圈相對電源而言起負(fù)載作用，而副線圈相對

8、負(fù)載而言起電源作用 答案　A 解析　變壓器可以改變交變電流的電壓、電流，其工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 2.如圖3－4－4所示，為變壓器的示意圖，它被用來升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，下列說法中正確的是(　　) 圖3－4－4 A.圖中M是閉合的鐵芯 B.發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈Ⅰ相連，升高后的電壓由c、d兩端輸出 C.電流以鐵芯為通路從一個(gè)線圈流到另一個(gè)線圈 D.變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 答案　AD 解析　由題知該變壓器為升壓變壓器，所以原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)，故Ⅱ?yàn)檩斎攵思唇影l(fā)電機(jī)，Ⅰ為輸出端，B錯(cuò)誤；鐵芯提供閉合的磁路，使電能先轉(zhuǎn)化成磁場能，再在副線圈中轉(zhuǎn)化成電能，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤，

9、故A、D正確. 變壓器的規(guī)律及應(yīng)用 3.理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1，以下說法中正確的是(　　) A.穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1 B.穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等 C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時(shí)值之比為10∶1 D.正常工作時(shí)，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1 答案　BD 解析　對理想變壓器，無磁通量損漏，因而穿過兩個(gè)線圈的交變磁通量相同，磁通量變化率相同，因而每匝線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢相等，電壓與匝數(shù)成正比；理想變壓器可以忽略熱損耗，故輸入功率等于輸出功率.B、D正確. 4.收音機(jī)中的變壓器，原線圈有1 210匝，接在220 V的交流

10、電源上.要得到5 V、6.3 V和350 V三種輸出電壓，三個(gè)副線圈的匝數(shù)各是多少？ 答案　28匝　35匝　1 925匝 解析　根據(jù)變壓比公式可得n副＝·n原， 5 V繞組匝數(shù)n1＝·n原＝×1 210匝≈28匝， 6.3 V繞組匝數(shù)n2＝·n原＝×1 210匝≈35匝， 350 V繞組匝數(shù)n3＝·n原＝×1 210匝＝1 925匝. (時(shí)間：60分鐘) 題組一、對變壓器原理的理解 1.下列關(guān)于變壓器的說法中正確的是(　　 ) A.變壓器是把電能通過磁場能轉(zhuǎn)換成電能的裝置 B.變壓器的原、副線圈組成閉合回路 C.變壓器的鐵芯中產(chǎn)生交變電流 D.變壓器的副線圈中產(chǎn)生直

11、流電 答案　A 2.關(guān)于理想變壓器，下面各說法中正確的是(　　) A.它的輸出功率可以大于它的輸入功率 B.它不僅可以改變交流電壓還可以改變直流電壓 C.原、副線圈兩端的電壓與它們的匝數(shù)成正比 D.原、副線圈的電流與它們的匝數(shù)成正比 答案　C 解析　理想變壓器的輸出功率等于輸入功率，A錯(cuò)；變壓器不能改變直流的電壓，B錯(cuò)；原、副線圈兩端的電壓與它們的匝數(shù)成正比，通過原、副線圈的電流與它們的匝數(shù)成反比，C正確，D錯(cuò)誤. 3.對變壓器工作原理，下列說法正確的是(　　) A.變壓器只改變交流電壓 B.變壓器可以改變交流電壓，也可以改變直流電壓 C.變壓器原、副線圈的磁通量變化率

12、相同 D.變壓器副線圈匝數(shù)越多，副線圈上的電壓越小 答案　AC 解析　根據(jù)變壓器的工作原理，變壓器只改變交流電壓，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；原、副線圈磁通量的變化率相同，選項(xiàng)C正確；由E＝n，可知D錯(cuò)誤. 4.理想變壓器的原、副線圈中一定相同的物理量有(　　) A.交流電的頻率 B.磁通量的變化率 C.功率 D.交流電的峰值 答案　ABC 解析　理想變壓器原、副線圈的功率相等，頻率相同，磁通量相同，磁通量變化率相同. 5.把直流電源接到變壓器的原線圈上，變壓器卻不能改變直流電壓.其原因是(　　) A.沒有磁通量通過原線圈 B.沒有磁通量通過副線圈 C.通過原、副線圈的

13、磁通量沒有變化 D.通過原、副線圈的磁通量不相等 答案　C 解析　直流電的磁場是不變的，所以通過原、副線圈的磁通量就不變，也就沒有在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故選項(xiàng)C正確. 題組二、變壓器的規(guī)律及應(yīng)用 6.將輸入電壓為220 V、輸出電壓為6 V的變壓器改繞成輸出電壓為24 V的變壓器.已知副線圈原來的匝數(shù)為36匝，現(xiàn)不改變原線圈的匝數(shù)，則副線圈應(yīng)增繞的匝數(shù)為(　　 ) A.144匝 B.108匝 C.180匝 D.540匝 答案　B 解析　由＝得n1＝n2＝×36匝＝1 320匝，又＝得n2′＝n1＝×1 320匝＝144匝，Δn＝n2′－n2＝144－36＝10

14、8(匝). 7.一臺理想降壓變壓器從10 kV的線路中降壓并提供200 A的負(fù)載電流.已知兩個(gè)線圈的匝數(shù)比為40∶1，則變壓器的輸出電壓及輸出功率是(　　) A.250 V，50 kW B.10 kV，200 kW C.250 V，200 kW D.10 kV，2×103 kW 答案　A 解析　由＝得U2＝＝ V＝250 V，由理想變壓器功率關(guān)系得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝200×250 W＝50 kW.故選項(xiàng)A正確. 8.如圖3－4－5所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝1∶4，在A、B端輸入交流電壓uAB＝15 sin (100 πt) V，電流表的示數(shù)

15、為1 A，電路中電流表和電壓表均為理想電表，則(　　) 圖3－4－5 A.交流電的頻率為100 Hz B.電壓表的示數(shù)為60 V C.燈泡L消耗的功率為15 W D.燈泡L的電阻為15 Ω 答案　BC 解析　由交流電的瞬時(shí)表達(dá)式可知交流電的頻率為f＝＝50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)變壓比可知，副線圈輸出電壓為U2＝U1＝×15 V＝60 V，即電壓表的示數(shù)為60 V，B項(xiàng)正確；由變流比可知副線圈中的電流I2＝I1＝×1 A＝ A，因此燈泡消耗的功率為P＝U2I2＝ 60× W＝15 W，C項(xiàng)正確；燈泡的電阻為R＝＝240 Ω，D項(xiàng)錯(cuò)誤. 9.一臺理想變壓器，其原線圈2 200

16、匝，副線圈440匝，并接一個(gè)100 Ω的負(fù)載電阻，如圖3－4－6所示. 圖3－4－6 (1)當(dāng)原線圈接在44 V直流電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為________V，電流表示數(shù)為________A. (2)當(dāng)原線圈接在220 V交流電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為________V，電流表示數(shù)為________A，此時(shí)輸入功率為________W. 答案　(1)0　0　(2)44　0.44　19.36 解析　(1)原線圈接在直流電源上時(shí)，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零. (2)由＝得： U2＝U1＝220× V＝44 V(電壓表讀數(shù))， I2＝＝ A＝0.44 A(電流表讀數(shù))， P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W. 10.為了安全，機(jī)床上照明電燈用的電壓是36 V，這個(gè)電壓是把220 V的電壓降壓后得到的.如果變壓器的原線圈是1 100匝，能量損失不計(jì)，副線圈應(yīng)該是多少匝？ 答案　180 解析　對于理想的變壓器而言，由＝得＝，故副線圈的匝數(shù)應(yīng)為n2＝180 匝. 8