高中物理 第二章 交變電流 第六節(jié) 變壓器學(xué)案 粵教版選修3-2

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1、第六節(jié)變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1能記住變壓器的構(gòu)造，能記住變壓器的工作原理2能記住理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，會(huì)應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題3了解變壓器在生活中的應(yīng)用重點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系難點(diǎn)：理解變壓器輸入功率與輸出功率的變化關(guān)系一、變壓器1概念及結(jié)構(gòu)變壓器是改變交流電電壓的設(shè)備由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，其中跟電源連接的線圈，叫原線圈；跟負(fù)載連接的線圈，叫副線圈2工作原理變壓器工作的基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量既穿過副線圈，也穿過原線圈，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)預(yù)習(xí)交流1變壓器能改變恒定電流的電壓?jiǎn)?？答案：不能二、理想變壓?概

2、念對(duì)于忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損耗的變壓器，叫理想變壓器2電壓、電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系原、副線圈兩端的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比，公式表示為，當(dāng)n2n1時(shí)，U2U1，這種變壓器叫升壓變壓器；當(dāng)n2n1時(shí)，U2U1，這種變壓器叫降壓變壓器只有一個(gè)副線圈時(shí)，原、副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比，關(guān)系式是預(yù)習(xí)交流2一個(gè)變壓器原線圈匝數(shù)為1 100匝，接在220 V的交流電源上，若要得到6 V的輸出電壓，則副線圈的匝數(shù)應(yīng)為多少？答案：30匝根據(jù)得n2n11 100匝30匝一、變壓器的工作原理1把兩個(gè)沒有用導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線圈連到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈連到小燈泡上

3、接通電源，我們會(huì)看到小燈泡發(fā)光，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考以下問題：（1）變壓器的原、副線圈沒有連在一起，探究分析原線圈中的電流是如何“流到”副線圈中去的答案：變壓器的原、副線圈雖然都套在同一個(gè)鐵芯上，但兩線圈是彼此絕緣的，原線圈是利用了互感現(xiàn)象在副線圈中感應(yīng)出電流的，并不是原線圈的電流直接流到副線圈中去（2）探究變壓器中閉合鐵芯的作用是什么答案：變壓器的鐵芯為閉合鐵芯，形成一個(gè)閉合磁路，使原線圈中的磁通量變化與副線圈中的磁通量變化基本相同（3）變壓器的閉合鐵芯一般是用硅鋼片壓合而成的，試分析這樣做有什么用意答案：變壓器的閉合鐵芯用硅鋼片壓合而成，這樣有利于減小閉合鐵芯中的渦流，從而減少了電能的損失2原

4、、副線圈間沒有用導(dǎo)線連接，是靠線圈中的磁通量變化來傳輸功率的，請(qǐng)思考討論能量在傳輸過程中是否會(huì)有損失答案：會(huì)有損失一方面，磁感線不會(huì)完全集中在鐵芯中，有漏磁情況，靠磁通量變化傳輸能量有損失；另一方面磁通量的變化會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生渦流損失；再一方面，在線圈和導(dǎo)線上也會(huì)有熱量損失如圖所示為汽油機(jī)中點(diǎn)火裝置示意圖，它使用的是12 V直流電源，在變壓器的輸出端卻可得到高達(dá)10 000 V的高壓，開關(guān)是自動(dòng)控制的，如果我們?cè)诟本€圈兩端要得到一個(gè)高壓，應(yīng)該（）A開關(guān)總處于接通狀態(tài)B開關(guān)由接通時(shí)斷開C開關(guān)由斷開時(shí)接通D開關(guān)總處于斷開狀態(tài)答案：BC解析：欲使副線圈兩端得到一個(gè)高壓必須使變壓器鐵芯中的磁通量發(fā)生變化

5、，即原線圈中的電流必須發(fā)生變化，只有當(dāng)開關(guān)閉合、斷開的瞬間原線圈中的電流才有變化故選B、C1變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)當(dāng)原線圈上加交流電壓U1時(shí)，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2能量轉(zhuǎn)換：變壓器原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場(chǎng)從原線圈傳遞到副線圈，其能量轉(zhuǎn)換方式為：3變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的，因此只能在交流電路中工作二、理想變壓器的工作規(guī)律1理想變壓器的“理想”是什么意思呢？答案：（1）原、副線圈的繞線的電阻為零，電

6、流通過時(shí)不因發(fā)熱損失電能（2）原、副線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)均約束在閉合鐵芯內(nèi)，沒有因“漏磁”而損耗電能（3）閉合鐵芯中的渦流為零，沒有因渦流造成的電能損失總之，理想變壓器把原線圈的輸入功率等大地通過副線圈又輸送出來，即P入P出2若副線圈有多個(gè)線圈，分析原、副線圈中的關(guān)系是否還成立答案：成立當(dāng)副線圈有多個(gè)線圈時(shí)，原、副線圈中磁通量的變化率始終相同，由U1n1，U2n2可得其實(shí)，繞在同一鐵芯上的任意兩個(gè)線圈兩端的電壓都與匝數(shù)成正比3若副線圈有多個(gè)線圈，分析原、副線圈中是否還成立答案：不成立當(dāng)副線圈有多個(gè)線圈時(shí)U1I1U2I2，所以因此4思考討論升壓變壓器原、副線圈各有什么特點(diǎn)答案：由知，升壓變壓器的

7、副線圈匝數(shù)比原線圈多，而，原線圈電流較大，因此副線圈的導(dǎo)線細(xì)些，而原線圈的導(dǎo)線粗些如圖所示，理想變壓器三個(gè)線圈的匝數(shù)之比為n1n2n31051，其中n1作為原線圈接到220 V的交流電源上，兩個(gè)副線圈n2和n3分別與電阻R2、R3組成閉合電路已知通過電阻R3的電流I32 A，電阻R2110 ，求通過電阻R2的電流和通過原線圈的電流答案：1 A0.7 A解析：閉合鐵芯中磁通量的變化率處處相同，對(duì)繞在同一鐵芯上的線圈來說，每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相同，所以有U1U2U3n1n2n3根據(jù)功率關(guān)系P1P2P3則得U1I1U2I2U3I3，由此可見I1/I2并不等于n1/n2根據(jù)電壓比的關(guān)系，得U2U1110

8、 V，通過R2的電流I2U2/R21 A，根據(jù)功率關(guān)系有I1U1I2U2I3U3，且U3U122 V，則有I10.7 A1基本關(guān)系：（1）功率關(guān)系：P入P出，只有一個(gè)副線圈P1P2，存在多個(gè)副線圈時(shí)，P1P2P3（2）電壓關(guān)系：U1U2U3n1n2n3（3）電流關(guān)系：由功率關(guān)系，當(dāng)只有一組副線圈時(shí)，U1I1U2I2得當(dāng)有幾組副線圈時(shí)U1I1U2I2U3I3結(jié)合電壓匝數(shù)關(guān)系知I1n1I2n2I3n32交變電流的頻率不變3輸出功率決定輸入功率，輸出電流決定輸入電流，輸入電壓決定輸出電壓1在正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，數(shù)值上不一定相等的物理量為（）A交流電的頻率 B電壓的最大值C電流的有效值

9、 D電功率答案：BC解析：變壓器不改變交流電的頻率；理想變壓器的輸入功率等于輸出功率；端電壓的最大值與匝數(shù)有關(guān)，只有原、副線圈匝數(shù)比為11時(shí)，電壓最大值才相等；電流的有效值與電壓及電路電阻有關(guān)2關(guān)于變壓器的說法，正確的是（）A高壓線圈匝數(shù)多、電流大、導(dǎo)線粗B低壓線圈匝數(shù)少、電流小、導(dǎo)線細(xì)C高壓線圈匝數(shù)多、電流大、導(dǎo)線細(xì)D低壓線圈匝數(shù)少、電流大、導(dǎo)線粗答案：D解析：高壓線圈的匝數(shù)較低壓線圈的匝數(shù)多，但兩邊的輸入功率和輸出功率相等，電壓和匝數(shù)成正比，則高壓線圈端的電壓高、匝數(shù)多、電流較小由電阻定律R和歐姆定律I知，通過導(dǎo)線的電流小，則導(dǎo)線的橫截面積應(yīng)較小，導(dǎo)線細(xì)高壓線圈匝數(shù)多、電流小、導(dǎo)線細(xì)；低壓

10、線圈匝數(shù)少、電流大、導(dǎo)線粗，所以D項(xiàng)正確3理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為115，當(dāng)原線圈接在6 V的蓄電池兩端以后，副線圈的輸出電壓為（）A90 V B6 V C0.4 V D0答案：D解析：變壓器不能改變恒定電流4（2011蘇州高二檢測(cè)）某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為559，原線圈所接電源電壓按圖所示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載下列判斷正確的是（）A輸出電壓的最大值為36 VB原、副線圈中電流之比為559C變壓器輸入、輸出功率之比為559D交流電源有效值為220 V，頻率為50 Hz答案：D解析：由圖可見原線圈（即交流電源）電壓的最大值、周期分別為220 V和2102 s，易得電壓的有效值及其頻率為220 V、50 Hz，故知選項(xiàng)D正確由可得輸出電壓有效值，U2U136 V由得故知選項(xiàng)A、B均錯(cuò)由P入P出得1故知C選項(xiàng)也不正確，所以本題正確選項(xiàng)為D5如圖所示的理想變壓器，它的初級(jí)線圈接在交流電源上，次級(jí)線圈接一個(gè)標(biāo)有“12 V100 W”的燈泡，已知變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比為181，那么小燈泡正常工作時(shí)，圖中的電壓表的讀數(shù)為_V，電流表的讀數(shù)為_A答案：2160.46解析：兩電表的讀數(shù)均為初級(jí)線圈的電壓和電流的有效值由公式得U1U21812 V216 V由公式得I1I2 A0.46 A5