2019-2020學(xué)年高中物理 第5章 4 變壓器學(xué)案 新人教版選修3-2

4變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器2.理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理(重點(diǎn))3.掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系及應(yīng)用(重點(diǎn))4.掌握理想變壓器的功率關(guān)系，并導(dǎo)出原、副線圈中的電流關(guān)系及應(yīng)用(難點(diǎn))一、變壓器的原理1變壓器的構(gòu)造由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，如圖所示(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級(jí)線圈(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級(jí)線圈2原理：互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)原線圈中電流的大小、方向不斷變化，在鐵芯中激發(fā)的磁場(chǎng)也不斷變化，變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3作用：改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率4注意(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率(2)變壓器只對(duì)變化的電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用(3)變壓器的兩個(gè)線圈之間通過磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，兩個(gè)線圈間是絕緣的二、 電壓與匝數(shù)的關(guān)系1理想變壓器(1)定義：沒有能量損失的變壓器(2)特點(diǎn)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱鐵芯中不產(chǎn)生渦流2原、副線圈的電壓關(guān)系(1)對(duì)理想變壓器，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E1n1，E2n2，所以.(2)由于不計(jì)原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1E1，副線圈兩端的電壓U2E2，所以.當(dāng)有多組線圈時(shí)，則有3兩類變壓器(1)降壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器(2)升壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器1思考判斷(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)變壓器只能改變交變電流的電壓，不能改變直流電的電壓()(2)實(shí)際生活中，不存在原線圈與副線圈匝數(shù)相等的變壓器()(3)理想變壓器不僅可以改變交變電流的電壓和電流，還可以改變交變電流的功率和頻率(×)(4)理想變壓器是客觀存在的(×)(5)適用于任何理想變壓器()2理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101，下列說法中正確的是()A穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是101B穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等，但穿過每匝線圈的磁通量并不相等C原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之比為101D正常工作時(shí)，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為11D對(duì)理想變壓器，無磁通量損失，因而穿過兩個(gè)線圈的磁通量相同，磁通量變化率相同，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤；理想變壓器可以忽略各種損耗，故輸入功率等于輸出功率，選項(xiàng)D正確3如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n241，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，電流表A1的示數(shù)是12 mA，則電流表A2的示數(shù)為()A3 mAB0C48 mA D與負(fù)載R的值有關(guān)B導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時(shí)，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過副線圈的磁通量變化，在副線圈上無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)，所以A2中無電流通過理想變壓器的基本關(guān)系1.電壓關(guān)系U1U2U3n1n2n3或2功率關(guān)系輸入功率等于輸出功率，即P入P出，U1I1U2I2.3電流關(guān)系由功率關(guān)系可知，當(dāng)只有一個(gè)副線圈時(shí)，；當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，I1U1I2U2I3U3，I1n1I2n2I3n34原、副線圈的交變電流的周期T和頻率f相同【例1】如圖所示，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u112sin 100t(V)下列說法正確的是()A電流頻率為100 HzB.的讀數(shù)為24 VC.的讀數(shù)為0.5 AD變壓器輸入功率為6 WD根據(jù)u112sin 100t(V)及U知U112 V，f50 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)得U2U1×12 V6 V，即的讀數(shù)為6 V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；又I2 A1 A，即的讀數(shù)為1 A，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)P1P2及P2 W6 W，選項(xiàng)D正確變壓器中提到的電壓關(guān)系、電流關(guān)系、電路中電表的示數(shù)等，指的都是交流電的有效值.1.如圖所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過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(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A以下判斷正確的是()A變壓器輸入功率為484 WB通過原線圈的電流的有效值為0.6 AC通過副線圈的電流的最大值為2.2 AD變壓器原、副線圈匝數(shù)比n2n1113D變壓器的輸入功率P1P2I2U22.2×60 W132 W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由得，選項(xiàng)D正確；由得I1I2×2.2 A8.1 A，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)I得通過副線圈的電流的最大值I2mI2 A，選項(xiàng)C錯(cuò)誤理想變壓器工作時(shí)的制約關(guān)系1電壓制約輸入電壓U1決定輸出電壓U2.當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2.2電流制約輸出電流I2決定輸入電流I1.當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1.而變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定，即I2.3功率制約輸出功率P2決定輸入功率P1.變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，即P2P負(fù)1P負(fù)2.P2增大，P1增大；P2減小，P1減小；P2為零，P1為零【例2】如圖所示，為一理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則以下說法錯(cuò)誤的是()A保持U1及P的位置不變，S由a合到b時(shí)，I1將增大B保持P的位置及U1不變， S由b合到a時(shí)，R消耗的功率將減小C保持U1不變， S合在a處，使P上滑，I1將增大D保持P的位置不變， S合在a處，若U1增大，I1將增大CS由a合到b時(shí)，n1減小，由可知U2增大，P2，P2隨之增大，而P2P1，又P1U1I1，從而I1增大，A正確； S由b合到a時(shí)，與上述情況相反，P2應(yīng)減小，B正確；P上滑時(shí)，R增大，因P2，所以P2減小，又P1P2，P1U1I1，從而I1減小，C錯(cuò)誤；U1增大，由可知U2增大，所以P2增大，因而I2增大，由，所以I1也增大，D正確上例中，若保持輸送功率不變，S合在a處，使P上滑時(shí)，則U1、I1如何變化？提示：由PIR知，R增大，I2減小，故I1減小又由PU1I1知，U1增大兩類理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是RI2P2P1I1.(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨原、副線圈匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P2P1I1.2.(多選) 如圖所示的電路中，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合開關(guān)S，下列說法正確的是()AP向下滑動(dòng)時(shí)，燈L變亮BP向下滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出電壓不變CP向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸入電流變小DP向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率變大BD由于U1保持不變，由可知，副線圈的輸出電壓U2不變，B正確；P向下滑動(dòng)時(shí)，燈泡L兩端的電壓為U2，保持不變，燈泡的亮度不變，A錯(cuò)誤；P向上滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變小，副線圈電路的總電阻R總變小，根據(jù)P2可知，變壓器的輸出功率變大，由P1U1I1P2可知，變壓器的輸入電流增大，C錯(cuò)誤，D正確變壓器和分壓器變壓器和分壓器都能起到改變電壓的作用，但二者有著本質(zhì)區(qū)別，如圖所示1變壓器是一種電感性儀器，是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的；而分壓器是一種電阻性儀器，是根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作的2變壓器只能改變交流電壓，不能改變直流電壓；而分壓器既可改變交流電壓，也可改變直流電壓3變壓器可以使交流電壓升高或降低；而分壓器不能使電壓升高4對(duì)于理想變壓器，電壓與線圈匝數(shù)成正比，即UabUcdn1n2；而對(duì)于分壓器，電壓與電阻成正比，即UefUghRefRgh.5若在cd間、gh間分別接入負(fù)載電阻R0后，對(duì)于變壓器，Ucd不隨R0的變化而變化；而對(duì)于分壓器，Ugh將隨R0的增大而增大，隨R0的減小而減小6理想變壓器工作時(shí)，穿過鐵芯的磁通量是一定的，線圈兩端的電壓遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，兩線圈中存在E1n1，E2n2.而分壓器工作時(shí)，回路電流為定值，遵循歐姆定律，即UefIRef，UghIRgh.7理想變壓器的輸入功率隨輸出功率的變化而變化，且始終相等，即P入P出；而分壓器空載時(shí)，輸入功率P入I2Ref不變【例3】如圖甲、乙所示電路中，當(dāng)A、B接10 V交變電壓時(shí)，C、D間電壓為4 V，M、N接10 V直流電壓時(shí)，P、Q間電壓也為4 V現(xiàn)把C、D間接 4 V交流，P、Q間接 4 V直流，下面哪個(gè)選項(xiàng)可表示A、B間和M、N間的電壓()A10 V10 VB10 V4 VC4 V10 V D10 V0B對(duì)于題圖甲，當(dāng)A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)降壓變壓器，兩邊電壓之比等于兩邊線圈的匝數(shù)之比，當(dāng)C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4 V交流時(shí)，A、B間將得到10 V交流題圖乙是一個(gè)分壓電路，當(dāng)M、N作為輸入端時(shí)，上、下兩個(gè)電阻上的電壓跟它們的電阻的大小成正比但是當(dāng)把電壓加在P、Q兩端時(shí)，電流只經(jīng)過下面那個(gè)電阻，上面的電阻中沒有電流，兩端也就沒有電勢(shì)差，即M、P兩點(diǎn)的電勢(shì)相等所以當(dāng)P、Q接4 V直流時(shí)，M、N兩端的電壓也是4 V3.自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示，其副線圈匝數(shù)可調(diào)已知變壓器線圈總匝數(shù)為1 900匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 V的交流電源上當(dāng)變壓器輸出電壓調(diào)至最大時(shí)，負(fù)載R上的功率為2.0 kW.設(shè)此時(shí)原線圈中電流有效值為I1，負(fù)載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為()A380 V和5.3 AB380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 AB對(duì)理想變壓器，原、副線圈功率相同，故通過原線圈的電流I1 A9.1 A，負(fù)載兩端電壓即為副線圈電壓，由，即，可得U2380 V，故選項(xiàng)B正確1對(duì)理想變壓器作出的判斷正確的是()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D電壓高的匝數(shù)多，電流小，用細(xì)線電壓低的匝數(shù)少，電流大，用粗線2關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是()A通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變B穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等C穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈C通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的，由于面積S不變，故磁通量變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無漏磁，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知C正確；線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能，原、副線圈通過磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤3(多選)理想變壓器正常工作時(shí)，原、副線圈中的電流為I1、I2，電壓為U1、U2，功率為P1、P2，關(guān)于它們之間的關(guān)系，下列說法中正確的是()AI1由I2決定BU2與負(fù)載有關(guān)CP1由P2決定 D以上說法都不正確AC對(duì)理想變壓器的電流關(guān)系可寫成I1I2，即原線圈中的電流由副線圈中的電流決定；同理，由知，副線圈中的電壓由原線圈中的電壓決定；功率關(guān)系為：負(fù)載用多少，原線圈端就輸入多少，因此選項(xiàng)A、C正確，B錯(cuò)誤4(多選)如圖是一個(gè)理想變壓器的示意圖，在它正常工作時(shí)關(guān)于其說法正確的是()A副線圈中的電動(dòng)勢(shì)是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)而產(chǎn)生的B輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，再轉(zhuǎn)化為電能C輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，再轉(zhuǎn)化為電能D輸送的電能經(jīng)變壓器的鐵芯直接傳輸過去AB變壓器的原理是原線圈的電流發(fā)生變化，從而引起副線圈中磁通量變化，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，故A正確；變壓器電能的輸送是電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，再轉(zhuǎn)化為電能輸送到副線圈電路中，故B正確，C、D錯(cuò)誤- 8 -