2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第6節(jié) 變壓器學(xué)案 粵教版選修3-2

第六節(jié)變壓器學(xué)習(xí)目標1.了解變壓器的構(gòu)造，知道什么是理想變壓器.2.理解變壓器的工作原理(重點)3.通過實驗探究，得到電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系(重點)4.能夠利用變壓比、變流比定性和定量分析有關(guān)變壓器的實際問題(難點)一、認識變壓器1用途：改變交流電壓的設(shè)備2構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成(1)原線圈：跟電源相連的線圈(也叫初級線圈)(2)副線圈：跟負載相連的線圈(也叫次級線圈)3原理：原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個交變的磁通量不僅穿過原線圈，也穿過副線圈，所以在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢如果在副線圈兩端接入負載，負載中就會有交變電流二、理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系1銅損和鐵損(1)銅損：變壓器的線圈有內(nèi)阻，電流通過時發(fā)熱所損失的能量(2)鐵損：鐵芯在交變磁場中反復(fù)磁化，產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱所損失的能量2理想變壓器：忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器3電壓與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈的電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比，即.4功率關(guān)系：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率5電流與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比，即.6兩類變壓器：n2>n1，能使電壓升高的變壓器叫作升壓變壓器；n2<n1，能使電壓降低的變壓器叫作降壓變壓器1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“×”)(1)我們所用的比較好的變壓器就是理想變壓器(×)(2)理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等()(3)輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高(×)(4)變壓器能改變所有電流的電壓(×)(5)我們可以根據(jù)變壓器線圈導(dǎo)線的粗細判斷其匝數(shù)的多少()2(多選)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A(chǔ)BC理想變壓器沒有漏磁，沒有能量損失，所以原、副線圈中磁通量變化率相同，原、副線圈中功率相同，B、C正確；變壓器能改變交流電的峰值但不改變交流電頻率，A正確，D錯誤3一臺理想變壓器的原線圈接220 V正弦交流電壓時，副線圈上僅接有阻值為10 的電阻，電阻兩端的電壓為44 V若將副線圈的匝數(shù)增加100匝，則通過副線圈上此電阻的電流增加1.1 A由此可知該變壓器原線圈的匝數(shù)為()A200 B2 000C50 D500B由題意知，當副線圈匝數(shù)增加100匝時，電阻上的電壓U2U2IR44 V1.1×10 V55 V又由，可得，解得n12 000，故B正確對變壓器原理的理解1.變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)如圖所示，當原線圈上加交流電壓U1時，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、副線圈中都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢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)生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢2由于互感現(xiàn)象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈3能量轉(zhuǎn)換方式為原線圈電能磁場能副線圈電能【例1】(多選)如圖所示為汽油機中點火裝置的示意圖，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10 000 V的高壓，開關(guān)是自動控制的，欲使副線圈兩端得到一個高壓，應(yīng)使()A開關(guān)總處于接通狀態(tài)B開關(guān)在接通時斷開C開關(guān)在斷開時接通 D開關(guān)總處于斷開狀態(tài)BC欲使副線圈兩端得到一個高壓，必須使變壓器鐵芯中的磁通量發(fā)生變化，即原線圈中的電流必須發(fā)生變化，只有在開關(guān)閉合、斷開瞬間原線圈中電流才有變化，故選B、C.(1)變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用(2)變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的(3)變壓器不能改變交變電流的頻率(4)若直流電的電壓是隨時間變化的，也可以用變壓器改變電壓1如圖所示，甲圖中兩導(dǎo)軌不平行，而乙圖中兩導(dǎo)軌平行，其余物理條件都相同，金屬棒MN正在導(dǎo)軌上向右做勻速運動，在金屬棒運動過程中，將觀察到()甲乙AL1、L2都發(fā)光，只是亮度不同BL1、L2都不發(fā)光CL2發(fā)光，L1不發(fā)光DL1發(fā)光，L2不發(fā)光D甲圖右側(cè)線圈中感應(yīng)電動勢的大小時刻變化，在甲圖的右側(cè)線圈中形成變化的電流，能發(fā)生電磁感應(yīng)，在左側(cè)線圈和燈L1中產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈L1發(fā)光乙圖右側(cè)線圈中感應(yīng)電動勢恒定不變在乙圖的右側(cè)線圈中形成恒定不變的電流，不能在左側(cè)線圈和燈L2回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈L2不發(fā)光正確選項為D.理想變壓器的規(guī)律1電動勢關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，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電壓關(guān)系：由于不計原、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.當有n組線圈時，則有：3功率關(guān)系：對于理想變壓器，不考慮能量損失，P入P出4電流關(guān)系：由功率關(guān)系，當只有一個副線圈時，I1U1I2U2，得.當有多個副線圈時，I1U1I2U2I3U3得I1n1I2n2I3n35升壓、降壓變壓器n1<n2n1>n2升壓變壓器降壓變壓器【例2】如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201，兩個標有“12 V6 W”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當兩燈泡都正常工作時，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想的)的示數(shù)分別是 ()A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 A思路點撥：解答本題時可按以下思路分析：D由于燈泡正常發(fā)光，所以U212 V，根據(jù)解得U1240 V；兩個燈泡均正常發(fā)光，I221 A，根據(jù)解得I10.05 A，故D正確1理想變壓器不改變交變電流的周期和頻率2(1)，無論副線圈一端是空載還是有負載，都是適用的(2)輸出電壓U2由輸入電壓U1和原、副線圈的匝數(shù)比共同決定由得，.(3)若變壓器有多個副線圈，有，即電壓關(guān)系仍成立訓(xùn)練角度1：理想變壓器規(guī)律的應(yīng)用2某理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為559，原線圈所接電源電壓的變化規(guī)律如圖所示，副線圈接有負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該理想變壓器的輸入、輸出功率之比為559D交流電源電壓有效值為220 V，頻率為50 HzD由圖象可知電源電壓的有效值U1220 V，頻率f50 Hz，D正確；輸出電壓的有效值U2U136 V，故輸出電壓的最大值U2max36 V，A錯誤；由于，B錯誤；理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，C錯誤訓(xùn)練角度2：多個副線圈的理想變壓器3如圖所示，理想變壓器原線圈匝數(shù)為n11 000匝，兩個副線圈匝數(shù)分別為n250匝和n3100匝，L1是“6 V2 W”的燈泡，L2是“12 V 4 W”的燈泡，當原線圈接正弦交變電流時，兩燈泡均正常發(fā)光，那么原線圈中的電流為()A. A B. AC. A D. AC由電壓關(guān)系解得U1120 V，原線圈的輸入功率為P入U1I1PL1PL2解得I1 A，C正確理想變壓器動態(tài)問題分析1電壓制約：當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比()一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2.2電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比()一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1.3負載制約：(1)變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2P負1P負2(2)變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定，I2；(3)總功率P入P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的4對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是RI2P2P1I1.(2)負載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P2P1I1.【例3】如圖所示電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器現(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，則下列說法正確的是()A電壓表V1示數(shù)增大B電壓表V2、V3示數(shù)均增大C該變壓器起升壓作用D變阻器滑片是沿cd的方向滑動思路點撥：原副線圈兩端電壓是否變化？A2增大，說明電阻如何變化？由得，求.V3示數(shù)的變化根據(jù)U3U2I2·R0判斷D電壓表V1的示數(shù)和a、b間電壓的有效值相同，滑片滑動時V1示數(shù)不變，選項A錯誤；電壓表V2測量的電壓為副線圈兩端的電壓，原、副線圈匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故V2示數(shù)不變，V3示數(shù)為V2示數(shù)減去R0兩端電壓，副線圈中電流增大，易知R0兩端電壓升高，故V3示數(shù)減小，選項B錯誤；理想變壓器U1I1U2I2，則U1I1U2I2，I2>I1，故U2<U1，變壓器為降壓變壓器，選項C錯誤；因I2增大，故知R減小，變阻器滑片是沿cd的方向滑動，選項D正確理想變壓器動態(tài)問題的處理方法(1)首先抓住三個制約關(guān)系：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出電流I2決定輸入電流I1；輸出功率P2決定輸入功率P1.(2)把副線圈當作電源，研究副線圈電路電阻變化(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判定副線圈電流的變化、功率的變化訓(xùn)練角度1：負載變化引起的電路變化分析4(多選)如圖所示，理想變壓器原線圈接一交流電源，副線圈回路中有一定值電阻R和兩個小燈泡L1、L2，最初開關(guān)S是斷開的，現(xiàn)閉合開關(guān)S，則()A副線圈兩端電壓不變B燈泡L1變亮C電流表A1示數(shù)變大D電阻R中的電流變小AC閉合開關(guān)S，副線圈兩端電壓不變，選項A正確；副線圈輸出電流增大，電阻R中的電流變大，燈泡L1兩端電壓降低，燈泡L1變暗，選項B、D錯誤；電流表A1示數(shù)變大，選項C正確訓(xùn)練角度2：原副線圈匝數(shù)比變化引起的電路動態(tài)問題5理想變壓器原線圈接如圖甲所示的正弦交變電壓，變壓器原線圈匝數(shù)n1270匝，P是副線圈上的滑片，當P處于圖乙所示位置時，副線圈連入電路的匝數(shù)n2135匝，電容器C恰好不被擊穿，燈泡L恰能正常發(fā)光，R是滑動變阻器以下判斷正確的是()甲乙A若向下移動P，電容器的電荷量增加B若保持P不動，向下移動R的滑片，燈泡變暗C若保持R的滑片不動，向下移動P，燈泡變亮D電容器的擊穿電壓為11 VD原線圈輸入電壓的有效值U122 V，當P位于題圖乙所示位置，副線圈電壓的有效值為U2U111 V，電容器C恰好不被擊穿，若向下移動P，電容器C兩端的電壓減小，有QCU可知，電容器所帶的電荷量減小，故A錯誤；若保持P不動，向下移動R的滑片，R接入電路的電阻減小，流過燈泡的電流增大，燈泡變亮，故B錯誤；若保持R的滑片不動，向下移動P，則副線圈的電壓變小，燈泡變暗，故C錯誤；電容器擊穿電壓的最大值UmU111 V，故D正確課 堂 小 結(jié)知 識 脈 絡(luò)1.互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)，變壓器工作時有能量損失，變壓器的輸出功率與輸入功率之比叫作變壓器的效率理想變壓器的效率為100%.2理想變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系為.3如果理想變壓器的副線圈只有一個，則P1P2，即U1I1U2I2，得出原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系為.4所有變壓器不改變交變電流的頻率，理想變壓器不改變功率.1(多選)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為101，以下說法中正確的是()A穿過原、副線圈磁通量之比是101B穿過原、副線圈磁通量的變化率相等C原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為101D正常工作時，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為11BD對理想變壓器無磁通量損漏，因而穿過兩個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)生的感應(yīng)電動勢相等，電壓與匝數(shù)成正比，選項B正確，A、C錯誤；對理想變壓器輸入功率等于輸出功率，D正確2.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n241，當導(dǎo)體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，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與負載R的值有關(guān)B變壓器只能工作于交流電路，不能工作于恒定電壓和恒定電源的電路，導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應(yīng)電動勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過3如圖為一與電源相接的理想變壓器，原線圈中的電流是I1，副線圈中的電流是I2，當副線圈中的負載電阻變小時 ()AI2變小，I1變小 BI2變小，I1增大CI2增大，I1增大 DI2增大，I1變小C因為匝數(shù)不變，所以副線圈電壓不變，當電阻變小時，根據(jù)公式I2，I2增大，又因為，不變，當I2增大時，I1也增大，所以C正確4(多選)如圖甲所示的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負載電路中R55 ，A、V為理想電流表和電壓表，若原線圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110 V，下列表述正確的是()甲乙A電流表的示數(shù)為2 AB原、副線圈匝數(shù)比為12C電壓表的示數(shù)為電壓的有效值D原線圈中交變電壓的頻率為50 HzACD由題意可知原線圈電壓為220 V，副線圈電壓為110 V，故B選項錯誤；由圖乙可知原線圈中的電壓頻率為50 Hz，D選項正確；由副線圈電路可求得電流為2 A，故A選項正確- 10 -