2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第6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 知 識 脈 絡(luò) 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)   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

2、,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. 1.變壓器也可能改變恒定電壓.(×) 2.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.(√) 3.變壓器原線圈相對電源而言起負載作用,而副線圈相對負載而言起電源作用.(√) 原、副線圈是否通過鐵芯導(dǎo)通? 【提示】 不是.都繞在同一絕緣鐵芯上. 在課外,某同學(xué)在進行低壓交流變壓器實驗的準備工作時,發(fā)現(xiàn)缺少電源,于是就用一種摩托車的蓄電池代替,按圖2-6-1進行實驗. 圖2-6-1 探討1:閉合開關(guān)后,燈泡是否發(fā)光? 【提示】 因蓄電池是

3、直流電源,向外輸出恒定電壓,故連接到副線圈上的小燈泡不會發(fā)光. 探討2:解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因. 【提示】 恒定電壓加在原線圈上后,原線圈內(nèi)的磁通量不發(fā)生變化,因而副線圈中的磁通量也不發(fā)生變化,所以E=n=0.故副線圈中無感應(yīng)電動勢. 對變壓器工作原理的理解 圖2-6-2 1.變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng).如圖2-6-2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、副線圈中都要產(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

4、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. 1.(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 【解析】 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. 【答案】 ABC 2.關(guān)于理想變壓器的工作原理,以下說法正確的是(  ) 【導(dǎo)學(xué)號:97192085】 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

5、原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等 C.穿過副線圈磁通量的變化使副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈 【解析】 通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的,由于面積S不變,故磁通量Φ變化,A錯誤;因理想變壓器無漏磁,原、副線圈的磁通量總相等,故B錯誤;由互感現(xiàn)象知C正確;原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為副線圈的電能,原、副線圈通過磁聯(lián)系在一起,故D錯誤. 【答案】 C 3.(多選)如圖2-6-3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(

6、  ) 圖2-6-3 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) 【解析】 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. 【答案】 BC 變壓器理解的四點注意 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. 理想變壓器原、副線圈基本量

7、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做升壓變壓器;n2

8、圈中的輸出電流的增大而增大.(√) 2.原線圈輸入的電壓,隨著副線圈中的輸出電流的增大而增大.(×) 3.當副線圈空載(斷路)時,原線圈中無電流.(√) 4.當副線圈空載時,原線圈上電壓為零.(×) 變壓器線圈中的電流越大,應(yīng)當用越粗的導(dǎo)線.在街上經(jīng)常見到的往用戶送電的變壓器是降壓變壓器,它的原線圈和副線圈哪個應(yīng)用較粗的導(dǎo)線?為什么? 【提示】 副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線.將該變壓器視為理想變壓器,輸送功率保持不變,又由于是降壓變壓器,因此副線圈的電流要大于原線圈的電流.所以,副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線. 實驗儀器:學(xué)生電源(低壓交流12 V),可拆變壓器,多用表(交流電壓擋),電

9、路圖如圖2-6-4所示. 實驗過程:①保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數(shù)n2,研究n2對副線圈的電壓U2的影響,n1=200 匝,U1=12 V. 1 2 3 4 5 n2/匝 100 80 60 50 40 U2/V 5.9 4.7 3.5 2.9 2.3 圖2-6-4 ②保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈的電壓U1不變時,改變原線圈的匝數(shù)n1,研究n1對副線圈電壓U2的影響,n2=40匝,U1=12 V. 1 2 3 4 5 n1/匝 50 60 80 100 120 U2/ V 9.5 7.9

10、5.9 4.7 3.9 探討1:變壓器線圈兩端的電壓U1、U2與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2的關(guān)系. 【提示】?。? 探討2:對于理想變壓器,只有一組副線圈的情況下,原線圈和副線圈的電流跟它們的匝數(shù)的關(guān)系. 【提示】?。?因為P1=P2,即I1U1=I2U2,又=,所以推導(dǎo)出=. 1.理想變壓器的變壓(變流)規(guī)律 規(guī)律表示 依據(jù) 備注 變壓規(guī)律 ==… E=n 適于一個原線圈及多個副線圈的情況  功率關(guān)系 P入=P出 能量守恒 適于理想變壓器  變流規(guī)律 = U1I1=U2I2 適于一個原線圈,一個副線圈 n1I1=n2I2+ n3I3+…

11、 U1I1=U2I2 +U3I3+… 適于一個原線圈,多個副線圈 2.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 R→I2→P2→P1→I1. (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、n2→U2→I2→P2→P1→I1. 4.機床上的照明電燈用的電壓是36 V,是將220 V電壓經(jīng)變壓器降壓得到的.若電燈功率是40 W,可正常發(fā)光,則該變壓器原、副線圈中的電流分別為 (  ) A.5.5 A,0.9 A B.0.18 A,1.1 A

12、 C.5.5 A,1.1 A D.0.15 A,0.9 A 【解析】 I2== A=1.1 A,又P1=P2,則I1== A=0.18 A,故B正確. 【答案】 B 5.如圖2-6-5所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1,原線圈接正弦交流電源,副線圈接入“220 V  60 W”燈泡一只,且燈泡正常發(fā)光,則(  ) 圖2-6-5 A.電流表的示數(shù)為 A B.電源輸出功率為1 200 W C.電流表的示數(shù)為 A D.原線圈端電壓為11 V 【解析】 由燈泡正常發(fā)光,可知副線圈電壓為220 V,由=可知,原線圈電壓U1=20×220 V=4 400 V,D錯;又因輸入

13、功率等于輸出功率,P1=P2=60 W,故B錯;電流表讀數(shù)為有效值,原線圈中電流I1== A= A,故A錯,C正確. 【答案】 C 6.(多選)如圖2-6-6所示為一理想變壓器,K為單刀雙擲開關(guān),P為滑動變阻器的滑動觸頭,U1為加在原線圈兩端的交變電壓,I1為原線圈中的電流,則 (  ) 圖2-6-6 A.保持U1及P的位置不變,K由a扳向b時,I1將增大 B.保持U1及P的位置不變,K由b扳向a時,R消耗功率減小 C.保持U1不變,K接在a處,使P上滑,I1將增大 D.保持P的位置不變,K接在a處,若U1增大,I1將增大 【解析】 保持U1及P的位置不變,K由a扳向b時

14、,n1減小,增大,由U2=U1知U2變大,則輸出電流I2增大,輸出功率增大,輸入功率也增大,由P1=U1I1知,I1增大,A正確.同理,K若由b扳向a,R消耗功率將減小,B正確.U1不變,K接在a處,使P上滑時,I2減小,I1也減小,故C錯誤.保持P的位置不變,K接在a處,若U1增大,則U2也增大,即I2=增大,則P2增大,P1=P2,故I1也應(yīng)增大,故D正確. 【答案】 ABD 7.一自耦變壓器如圖2-6-7所示,環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈,將其接在a、b間作為原線圈.通過滑動觸頭取該線圈的一部分,接在c、d間作為副線圈.在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時,c、d間的輸出電壓為U2.在將

15、滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中(  ) 圖2-6-7 A.U2>U1,U2降低 B.U2>U1,U2升高 C.U2<U1,U2降低 D.U2<U1,U2升高 【解析】 a、b間作為原線圈(匝數(shù)不變)接電壓為U1的交變電流,在滑動觸頭由M點移動到N點的過程中,相當于副線圈的匝數(shù)變少,由變壓器工作原理=知,U1>U2,且U2降低,選項C正確. 【答案】 C 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. 7

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