2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 6 變壓器學(xué)案 教科版選修3-2

6變壓器學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1了解變壓器的構(gòu)造2理解變壓器的工作原理3理解理想變壓器以及電壓和匝數(shù)、電流和匝數(shù)之間的關(guān)系(重點(diǎn)、難點(diǎn))4應(yīng)用理想變壓器解決實(shí)際問題(難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、變壓器的結(jié)構(gòu)與原理1變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成，變壓器的模型與符號(hào)如圖2­6­1所示圖2­6­1(1)原線圈：與電源相連接的線圈，也叫初級(jí)線圈(2)副線圈：與負(fù)載相連接的線圈，也叫次級(jí)線圈2變壓器的原理：當(dāng)變壓器的原線圈加上交變電壓時(shí)，原線圈中的交變電流在鐵芯中激發(fā)交變的磁通量，交變的磁通量穿過原線圈也穿過副線圈，在原、副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢3能量傳遞電能從原線圈通過磁場傳輸給副線圈二、理想變壓器的原副線圈中物理量之間的關(guān)系1電壓關(guān)系：理想變壓器的電壓跟它們的匝數(shù)成正比公式：.當(dāng)n1>n2時(shí)，則有U1>U2，叫降壓變壓器當(dāng)n1<n2時(shí)，則有U1<U2，叫升壓變壓器2電流關(guān)系(1)輸入功率與輸出功率的關(guān)系：對(duì)于理想變壓器，則U1I1U2I2，即P入P出(2)電流與匝數(shù)的關(guān)系：.三、電壓互感器和電流互感器1電壓互感器用來把高電壓變成低電壓副線圈比原線圈匝數(shù)少，如圖2­6­2甲所示，根據(jù)已知的變壓比可以計(jì)算出原線路中的電壓2電流互感器用來把大電流變成小電流，副線圈比原線圈匝數(shù)多，如圖2­6­2乙，根據(jù)已知的變流比可以計(jì)算出原線路中的電流甲乙圖2­6­23兩種互感器的比較(1)兩種互感器的連接方式：電壓互感器原線圈并聯(lián)在被測的高壓線路上，電流互感器原線圈串聯(lián)在被測的電路中(2)兩種互感器的特點(diǎn)：電壓互感器是一種降壓變壓器，原線圈匝數(shù)多，電流互感器是一種升壓變壓器，副線圈匝數(shù)多(3)使用互感器時(shí)，一定要將互感器的外殼和副線圈接地此外，電流互感器在使用時(shí)絕對(duì)不允許副線圈開路基礎(chǔ)自測1思考判斷(1)理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比()(2)學(xué)校中用的變壓器工作時(shí)沒有能量損失(×)(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)電壓互感器是一種降壓變壓器()(5)電壓互感器的原線圈應(yīng)串聯(lián)在被測電路中(×)(6)在使用互感器時(shí)，互感器的外殼和副線圈應(yīng)接地()2一電器中的變壓器可視為理想變壓器，它將220 V交變電流改變?yōu)?10 V已知變壓器原線圈匝數(shù)為800，則副線圈匝數(shù)為() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622075】A200B400C1 600 D3 200B根據(jù)理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，得n2400，選項(xiàng)B正確3在變電所，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，使用的儀器是電流互感器下圖中，能正確反映其工作原理的是()A電流互感器應(yīng)是測電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線上，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤；同時(shí)，由I1n1I2n2知要使I2<I1，須n2>n1，故A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤合 作 探 究·攻 重 難理想變壓器基本關(guān)系的理解與應(yīng)用1.電壓制約當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定時(shí)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2.2功率制約P出決定P入，P出增大，P入增大 ；P出減小，P入減小；P出為0，P入為0.3電流制約當(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)，副線圈中的輸出電流I2決定原線圈中的電流I1，即I1.一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為31，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓在220 V的正弦交流電源上，如圖2­6­3所示設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為U，原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為k，則()圖2­6­3AU66 V，kBU22 V，kCU66 V，k DU22 V，k思路點(diǎn)撥：解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：變壓器的輸入電壓不等于電源電壓220 V原、副線圈中的電阻相同A設(shè)原、副線圈中的電流分別為I1、I2，則，故k.設(shè)原線圈兩端的電壓為U1，則，故U13U，而原線圈回路中電阻分擔(dān)的電壓為U，故3U220 V，解得U66 V選項(xiàng)A正確公式及中的電壓和電流一般指有效值，但也可以是最大值，但必須要對(duì)應(yīng). 針對(duì)訓(xùn)練1如圖2­6­4所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201，兩個(gè)標(biāo)有“12 V6 W”字樣的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當(dāng)兩燈泡都正常工作時(shí)，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想電表)的示數(shù)分別是()圖2­6­4A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 AD燈泡正常工作，副線圈兩端的電壓U212 V，副線圈中的電流I22× A1 A，根據(jù)匝數(shù)比得原線圈中的電流I1I20.05 A，原線圈兩端的電壓U120U2240 V，選項(xiàng)D正確2用220 V的正弦交流電通過理想變壓器對(duì)一負(fù)載供電，變壓器輸出電壓是110 V，通過負(fù)載的電流圖像如圖2­6­5所示，則 ()圖2­6­5A變壓器輸入功率約為3.9 WB輸出電壓的最大值是110 VC變壓器原、副線圈匝數(shù)比是12D負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式i0.05sin AA根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，則P入P出P負(fù)110× W3.9 W，故A選項(xiàng)正確；由于題干中變壓器輸出電壓的數(shù)值是有效值，則變壓器的輸出電壓的最大值應(yīng)是110 V，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)理想變壓器的變壓比關(guān)系式可得，變壓器原副線圈匝數(shù)比，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)題圖可得，負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式為iImsin，解得i0.05sin 100t A故D選項(xiàng)錯(cuò)誤理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析變壓器的動(dòng)態(tài)電路分析，一是要符合變壓器的基本規(guī)律(電壓、電流、功率關(guān)系)；二是要遵循電路規(guī)律首先確定是哪些量在變，哪些量不變，然后根據(jù)相應(yīng)的規(guī)律判斷，具體問題具體分析一般分為以下兩種情況：(1)原、副線圈匝數(shù)比不變分析原、副線圈的電壓U1、U2，電流I1、I2，輸出和輸入功率P2、P1隨負(fù)載電阻變化而變化的情況將變壓器接到交流電源上，原線圈的輸入電壓為U1，副線圈兩端電壓U2為定值，流過副線圈的電流I2隨負(fù)載電阻的減小而增大，變壓器輸出功率P2(P2U2I2)也隨著增大，不計(jì)變壓器損失的能量，則變壓器輸入功率P1(P1P2)也增大，流過原線圈的電流I1也增大進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是U1U2U1I2P2I2U2P1P2I1.(2)負(fù)載不變上述物理量隨原、副線圈匝數(shù)比的變化而變化的情況一般情況下，如果原線圈輸入電壓U1和匝數(shù)n1不變，當(dāng)副線圈匝數(shù)n2增大時(shí)，副線圈兩端電壓U2增大，流過副線圈的電流I2增大，變壓器輸出功率P2(P2U2I2)增大，則變壓器的輸入功率P1增大，流過原線圈的電流I1增大，反之，變化情況則相反 (多選)如圖2­6­6所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動(dòng)觸頭Q來調(diào)節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R，P為滑動(dòng)變阻器的滑片在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則()圖2­6­6A保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大B保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小C保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大D保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小思路點(diǎn)撥：保持Q的位置不動(dòng)，則原、副線圈匝數(shù)比不變保持P的位置不動(dòng)，則負(fù)載電阻不變BC保持Q的位置不動(dòng)，則U2不變，將P向上滑動(dòng)時(shí)，R接入電路的電阻變大，根據(jù)I2知，I2變小，由得I1也變小，即電流表讀數(shù)變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，U2變大，則根據(jù)P2知副線圈輸出功率變大，由P1P2知，變壓器原線圈輸入功率P1變大，而P1I1U，輸入電壓U一定，I1變大，即電流表讀數(shù)變大，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)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(dòng)態(tài)分析的順序是RI2P出P入I1.(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(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P出P入I1. 針對(duì)訓(xùn)練3.如圖2­6­7所示，接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電，如果將原、副線圈減少相同匝數(shù)，其他條件不變，則()圖2­6­7A小燈泡變亮B小燈泡變暗C原、副線圈兩端電壓的比值不變D通過原、副線圈電流的比值不變B由于家庭電路上理想變壓器為降壓變壓器，故n1>n2，當(dāng)原、副線圈減少相同的匝數(shù)時(shí)，其變壓比變大，根據(jù)，U1一定，U2變小，故小燈泡變暗，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；由知，原、副線圈電壓的比值變大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)，則通過原、副線圈電流的比值變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤4(多選)如圖2­6­8所示為一理想變壓器S為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，U1為變壓器原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流，則()圖2­6­8A保持U1及P的位置不變，S由a合到b上時(shí)，I1將減小B保持P的位置及U1不變，S由b合到a上時(shí)，R消耗的功率減小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，I2增大BDS由a合到b時(shí)，n1減小而U1不變，由可知，副線圈上的電壓增大，負(fù)載R的電流I2增大，P2增大，又由于P1P2U1I1，故I1增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；同理S由b合到a時(shí)，P2減小，B項(xiàng)正確；P上滑時(shí)，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由可知I1將減小，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)U1增大時(shí)，由可知U2也增大，I2增大，再由可知I1增大，故D項(xiàng)正確幾種常見的變壓器1.自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，如果把整個(gè)線圈作為原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓，反之則可以升高電壓，如圖2­6­9所示圖2­6­92互感器交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流互感器是利用變壓器的原理來測量高電壓或大電流的儀器(多選)如圖2­6­10所示，L1和L2是遠(yuǎn)距離輸電的兩根高壓線，在靠近用戶端的某處用電壓互感器和電流互感器監(jiān)測輸電參數(shù)，在用電高峰期，用戶接入電路的用電器逐漸增多的時(shí)候()圖2­6­10A甲電表的示數(shù)變小B甲電表的示數(shù)變大C乙電表的示數(shù)變小 D乙電表的示數(shù)變大AD由圖可知：甲是電壓表，乙是電流表，所以甲是電壓互感器，乙是電流互感器；在用電高峰期，用戶接入電路的用電器逐漸增多的時(shí)候，副線圈總電阻變小，副線圈總電流變大，所以輸電導(dǎo)線電流變大，輸電導(dǎo)線電阻R不變，由UIR可知，電壓損失變大，根據(jù)高壓線上輸出電壓變小，根據(jù)匝數(shù)比等于電壓之比，所以甲電表的示數(shù)變小，故A正確，B錯(cuò)誤；輸電導(dǎo)線電流變大，所以乙電表的示數(shù)變大，故C錯(cuò)誤，D正確(1)電壓互感器應(yīng)并聯(lián)接入電路；電流互感器應(yīng)串聯(lián)接入電路(2)電壓互感器是把高電壓變成低電壓，故原線圈匝數(shù)n1大于副線圈匝數(shù)n2.(3)電流互感器是把大電流變成小電流，故原線圈匝數(shù)n1小于副線圈匝數(shù)n2. 針對(duì)訓(xùn)練5(多選)圖2­6­11甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是 ()甲乙圖2­6­11A線圈匝數(shù)n1<n2，n3<n4B線圈匝數(shù)n1>n2，n3>n4C甲圖中的電表是電壓表，輸出端不可短路D乙圖中的電表是電流表，輸出端不可斷路CD題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器，n1>n2，題圖甲中的電表為電壓表；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器，n3<n4，題圖乙中的電表為電流表，故選項(xiàng)C、D正確6一自耦變壓器如圖2­6­12所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈通過滑動(dòng)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(shí)，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中()圖2­6­12AU2>U1，U2降低BU2>U1，U2升高CU2<U1，U2降低DU2<U1，U2升高C由，n1>n2知U2<U1；滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至N點(diǎn)過程，n2減小，則U2降低，C項(xiàng)正確當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1(多選)關(guān)于理想變壓器，下列說法正確的是()A變壓器只能改變交變電流的電壓，不能改變直流電的電壓B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C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頻率D輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為磁場能，再轉(zhuǎn)化為電能ABD易知A、B正確；理想變壓器無能量損耗，改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率，C錯(cuò)誤；變壓器工作的原理是互感現(xiàn)象，輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為磁場能，再轉(zhuǎn)化為電能，D正確2對(duì)理想變壓器可作出的判斷是()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理想變壓器中有U1I1U2I2且有，變壓器電壓較高的一邊電流小，匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；則電壓較低的一邊電流大，匝數(shù)少，導(dǎo)線粗3如圖2­6­13所示，理想變壓器原線圈輸入電壓uUmsin t，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動(dòng)變阻器.和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示下列說法正確的是 () 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622076】圖2­6­13AI1和I2表示電流的平均值BU1和U2表示電壓的最大值C滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2不變、I1變大D滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2變小、I2變大C電路中的電壓表和電流表表示的都是有效值，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；滑片P向下滑動(dòng)過程中，接入電路中的電阻變小，U2不變、I1變大，故C正確，D錯(cuò)誤4(多選)如圖2­6­14(a)中，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為41，RT為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R1為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流電表原線圈所接電壓u隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化，如圖2­6­14(b)所示下列說法正確的是 ()(a)(b)圖2­6­14A變壓器輸入、輸出功率之比為41B變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度之比為14Cu隨t變化的規(guī)律為u51sin 50t VD若熱敏電阻RT的溫度升高，則電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大BD由題意知，變壓器是理想變壓器，故變壓器輸入、輸出功率之比為11，故A錯(cuò)誤；變壓器原、副線圈中的電流之比與匝數(shù)成反比，即，故選項(xiàng)B正確；由題圖(b)可知交流電壓最大值Um51 V，周期T0.02 s，可由周期求出角速度的值為100 rad/s，則可得交流電壓u隨t變化的規(guī)律為u51sin 100t V，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；RT溫度升高時(shí)，阻值減小，電流表的示數(shù)變大，電壓表示數(shù)不變，故選項(xiàng)D正確11