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

第六節(jié)變壓器學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)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(diǎn))3通過實(shí)驗(yàn)探究，得到電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系(重點(diǎn))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(shí)際問題(難點(diǎn))認(rèn) 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(fù)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(fù)載，負(fù)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(fù)載作用，而副線圈相對負(fù)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(jìn)行低壓交流變壓器實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)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2­6­1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)圖2­6­1探討1：閉合開關(guān)后，燈泡是否發(fā)光？【提示】因蓄電池是直流電源，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En0.故副線圈中無感應(yīng)電動勢對變壓器工作原理的理解圖2­6­21變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)如圖2­6­2所示，當(dāng)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】ABC2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】C3(多選)如圖2­6­3所示為汽油機(jī)中點(diǎn)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(dá)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()圖2­6­3A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(diǎn)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<n1，能使電壓降低的變壓器叫做降壓變壓器1原線圈中輸入的電流，隨著副線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(dāng)副線圈空載(斷路)時，原線圈中無電流()4當(dāng)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(dāng)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(shí)驗(yàn)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)，電路圖如圖2­6­4所示實(shí)驗(yàn)過程：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，n1200 匝，U112 V.12345n2/匝10080605040U2/V5.94.73.52.92.3圖2­6­4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，n240匝，U112 V.12345n1/匝506080100120U2/ V9.57.95.94.73.9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?yàn)镻1P2，即I1U1I2U2，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En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U1I1U2I2適于一個原線圈，一個副線圈n1I1n2I2n3I3U1I1U2I2U3I3適于一個原線圈，多個副線圈2.對理想變壓器進(jìn)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(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是RI2P2P1I1.(2)負(fù)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(jìn)行動態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P2P1I1.4機(jī)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()A5.5 A,0.9 AB0.18 A,1.1 A C5.5 A,1.1 AD0.15 A,0.9 A【解析】I2 A1.1 A，又P1P2，則I1 A0.18 A，故B正確【答案】B5.如圖2­6­5所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，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2­6­5A電流表的示數(shù)為 AB電源輸出功率為1 200 WC電流表的示數(shù)為 AD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U120×220 V4 400 V，D錯；又因輸入功率等于輸出功率，P1P260 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】C6(多選)如圖2­6­6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2­6­6A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，n1減小，增大，由U2U1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P1U1I1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，P1P2，故I1也應(yīng)增大，故D正確【答案】ABD7一自耦變壓器如圖2­6­7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.在將滑動觸頭從M點(diǎn)順時針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中()圖2­6­7AU2U1，U2降低BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低DU2U1，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(diǎn)移動到N點(diǎn)的過程中，相當(dāng)于副線圈的匝數(shù)變少，由變壓器工作原理知，U1U2，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(dāng)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