2019-2020年高中物理 5.5 變壓器學案 新人教版選修3-2.doc
《2019-2020年高中物理 5.5 變壓器學案 新人教版選修3-2.doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《2019-2020年高中物理 5.5 變壓器學案 新人教版選修3-2.doc(12頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
2019-2020年高中物理 5.5 變壓器學案 新人教版選修3-2 [目標定位] 1.了解變壓器的構造及幾種常見的變壓器,理解變壓器的工作原理.2.掌握理想變壓器的功率關系.3.理解變壓器的變壓規(guī)律和變流規(guī)律,并運用此規(guī)律解決實際問題. 一、變壓器的原理 1.變壓器的結構:如圖1所示,為變壓器的示意圖和在電路圖中的符號. 圖1 (1)變壓器的構造:閉合鐵芯、原線圈(匝數(shù)用n1表示)、副線圈(匝數(shù)用n2表示).輸入電壓是U1,輸出電壓是U2,兩個線圈都繞在閉合鐵芯上. (2)原線圈:與交流電源相連接的線圈,又叫做初級線圈. (3)副線圈:與負載相連的另一個線圈,又叫做次級線圈. 2.變壓器的工作基礎 變壓器的工作基礎是互感現(xiàn)象. 想一想 (1)把兩個沒有導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈連接到交流電源的兩端,另一個線圈連接到小燈泡上(如圖2所示),小燈泡能發(fā)光嗎?為什么? 圖2 答案 能.當左邊線圈加上交流電壓時,左邊線圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁通量,根據(jù)法拉第電磁感應定律知,在左、右線圈中都要產(chǎn)生感應電動勢,右線圈作為電源給小燈泡供電,小燈泡就會發(fā)光. (2)若把交流電源改為蓄電池,小燈泡發(fā)光嗎? 答案 不發(fā)光. 二、電壓與匝數(shù)的關系 1.理想變壓器:沒有能量損失的變壓器. 2.電壓與匝數(shù)的關系:原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比,即=. 3.降壓變壓器:副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器. 4.升壓變壓器:副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器. 一、變壓器“變壓”的原理 1.變壓器的工作基礎是互感現(xiàn)象,由于互感作用,穿過原、副線圈的磁通量相等,磁通量的變化率相等,若原線圈匝數(shù)為n1,則U1=n1,副線圈匝數(shù)為n2,則U2=n2,所以=. 2.變壓器的變壓關系 (1)只有一個副線圈:=. (2)有多個副線圈:===……. 3.原、副線圈的地位 (1)原線圈在其所處回路中充當負載. (2)副線圈在其所處回路中充當電源. 4.變壓器不改變交流電的頻率 例1 理想變壓器正常工作時,原、副線圈中一定相同的物理量是( ) A.每匝線圈中磁通量的變化率 B.交變電流的頻率 C.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率 D.原線圈的感應電動勢和副線圈的感應電動勢 答案 ABC 二、理想變壓器的功率關系和電流關系 1.理想變壓器的特點 (1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁,無發(fā)熱損失. (2)原副線圈不計內(nèi)阻,即無能量損失. 2.理想變壓器的功率關系 從能量守恒看,理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,即P入=P出. 3.電流關系 (1)只有一個副線圈時,有U1I1=U2I2,得:n1I1=n2I2,即=. (2)當有多個副線圈時,由I1U1=I2U2+I3U3+……得:n1I1=n2I2+n3I3+……. 4.電壓、電流、功率的制約關系 (1)電壓制約:輸入電壓U1決定輸出電壓U2. (2)功率制約:P出決定P入,這體現(xiàn)了能量守恒的特點. (3)電流制約:輸出電流I2決定輸入電流I1. 圖3 例2 如圖3所示,一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2,副線圈電路中接有燈泡,燈泡的額定電壓為220 V,額定功率為22 W,原線圈電路中接有電壓表和電流表.現(xiàn)閉合開關,燈泡正常發(fā)光.若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù),則( ) A.U=110 V,I=0.2 A B.U=110 V,I=0.05 A C.U=110 V,I=0.2 A D.U=110 V,I=0.2 A 解析 U2=220 V,根據(jù)U1∶U2=n1∶n2得,U1=110 V.I2==0.1 A,根據(jù)I1∶I2=n2∶n1得I1=0.2 A.所以正確答案是A. 答案 A 針對訓練 用220 V的正弦交流電通過理想變壓器對一負載供電,變壓器輸出電壓是110 V,通過負載的電流隨時間變化的圖象如圖4所示,則( ) 圖4 A.變壓器輸入功率約為3.9 W B.輸出電壓的最大值是110 V C.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是1∶2 D.負載電流的函數(shù)表達式i=0.05sin (100πt+) A 答案 A 解析 變壓器的輸入功率等于輸出功率,等于輸出電壓的有效值與輸出電流的有效值的乘積,所以P=UI=110 V A≈3.9 W,A正確;輸出電壓的有效值是110 V,最大值是110 V,所以B錯;變壓器原、副線圈匝數(shù)之比是2∶1,C錯;負載電流的函數(shù)表達式是i=0.05sin(100πt) A,D錯. 圖5 例3 如圖5所示,理想變壓器三個線圈的匝數(shù)之比為n1∶n2∶n3=10∶5∶1,其中n1接到220 V的交流電源上,n2和n3分別與電阻R2、R3組成閉合回路.已知通過電阻R3的電流I3=2 A,電阻R2=110 Ω,求通過電阻R2的電流I2和通過原線圈的電流I1. 解析 由變壓器原、副線圈電壓比等于其匝數(shù)比可得,加在R2上的電壓 U2= U1=220 V=110 V 通過電阻R2的電流I2== A=1 A 加在R3上的電壓U3= U1=220 V=22 V 根據(jù)輸出功率等于輸入功率得:U1I1=U2I2+U3I3 代入數(shù)據(jù)解得通過原線圈的電流為:I1=0.7 A. 答案 1 A 0.7 A 三、幾種常見的變壓器 1.自耦變壓器 如圖6所示,鐵芯上只繞一個線圈,低壓線圈是高壓線圈的一部分,既可以作為升壓變壓器使用,也可以作為降壓變壓器使用. 圖6 規(guī)律:=,=. 2.電壓互感器 (1)構造:小型降壓變壓器,如圖7甲所示. (2)接法:原線圈并聯(lián)在高壓電路中,副線圈接電壓表;為了安全,外殼和副線圈應接地. (3)作用:將高電壓變?yōu)榈碗妷?,通過測量低電壓,計算出高壓電路的電壓. 圖7 3.電流互感器 (1)構造:小型升壓變壓器,如圖乙所示. (2)接法:原線圈串聯(lián)在被測電路中,副線圈接電流表.為了安全,外殼和副線圈應接地. (3)作用:將大電流變成小電流,通過測量小電流,計算出被測電路中的大電流. 例4 普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流,通常要通過電流互感器來連接,如圖8所示,圖中電流互感器ab一側線圈的匝數(shù)較少,工作時電流為Iab,cd一側線圈的匝數(shù)較多,工作時電流為Icd,為了使電流表能正常工作,則( ) 圖8 A.a(chǎn)b接MN、cd接PQ,Iab<Icd B.a(chǎn)b接MN、cd接PQ,Iab>Icd C.a(chǎn)b接PQ、cd接MN,Iab<Icd D.a(chǎn)b接PQ、cd接MN,Iab>Icd 解析 根據(jù)單一副線圈的理想變壓器原理,電流比值等于匝數(shù)比的倒數(shù),可得ab接MN、cd接PQ,Iab>Icd,故B正確. 答案 B 變壓器原理分析 1.關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)生感應電動勢 D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈 答案 C 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,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)化為電能,原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起,故D錯誤. 理想變壓器基本規(guī)律的應用 2.理想變壓器正常工作時,原、副線圈中的電流為I1、I2,電壓為U1、U2,功率為P1、P2,關于它們之間的關系,下列說法中正確的是( ) A.I1由I2決定 B.U2與負載有關 C.P1由P2決定 D.以上說法都不正確 答案 AC 3.如圖9所示為一理想變壓器,原、副線圈匝數(shù)比為20∶1,兩個標有“12 V,6 W”的燈泡并聯(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(可視為理想電表)的示數(shù)分別是( ) 圖9 A.120 V,0.10 A B.240 V,0.025 A C.120 V,0.05 A D.240 V,0.05 A 答案 D 解析 兩燈泡正常工作,副線圈電壓U2=12 V,副線圈電流I2=2 A=1 A,根據(jù)匝數(shù)比得原線圈電流I1=I2=0.05 A,原線圈電壓U1=20U2=240 V,選項D正確. 互感器的應用 4.如圖10所示,L1和L2是高壓輸電線,甲、乙是兩只互感器,若已知n1∶n2=1 000∶1,n3∶n4=1∶100,圖中電壓表示數(shù)為220 V,電流表示數(shù)為10 A,則高壓輸電線的送電功率為( ) 圖10 A.2.2103 W B.2.210-2 W C.2.2108 W D.2.2104 W 答案 C 解析 由電流互感器知高壓輸電線中電流I=1 000 A,由電壓互感器知高壓輸電線的電壓U=220103 V,則高壓輸電線的送電功率P=UI=2.2108 W. (時間:60分鐘) 題組一 變壓器原理分析 1.對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、導線粗 B.低壓線圈匝數(shù)少、電流小、導線細 C.高壓線圈匝數(shù)多、電流大、導線細 D.低壓線圈匝數(shù)少、電流大、導線粗 答案 D 解析 電壓高的匝數(shù)多,電流小,用細線.電壓低的,匝數(shù)少,電流大,用粗線. 2.如圖1所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2=4∶1,當導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( ) 圖1 A.3 mA B.0 C.48 mA D.與負載R的值有關 答案 B 解析 導體棒向左勻速切割磁感線時,在原線圈n1中通過的是恒定電流,不能引起穿過副線圈n2的磁通量變化,在副線圈n2上無感應電動勢出現(xiàn),所以A2中無電流通過. 題組二 變壓器基本規(guī)律的應用 3.如圖2所示,一輸入電壓為220 V、輸出電壓為36 V的變壓器副線圈燒壞.為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù),某同學拆下燒壞的副線圈,用絕緣導線在鐵芯上新繞了5匝線圈,然后將原線圈接到220 V交流電源上,測得新繞線圈兩端的電壓為1 V,按理想變壓器分析,該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為( ) 圖2 A.1 100,360 B.1 100,180 C.2 200,180 D.2 200,360 答案 B 解析 由U1∶U2∶U3=n1∶n2∶n3,可得n1=n3=1 100匝,n2=n1=180匝,B選項正確. 4.如圖3所示是霓虹燈的供電電路圖,變壓器可視為理想變壓器.已知變壓器原線圈與副線圈的匝數(shù)比=,加在原線圈兩端的電壓為u1=311sin (100πt) V.霓虹燈正常工作的電阻R=440 kΩ,I1、I2表示原、副線圈中的電流.下列判斷正確的是( ) 圖3 A.副線圈兩端電壓為6 220 V,副線圈中的電流為14.1 mA B.副線圈兩端電壓為4 400 V,副線圈中的電流為10 mA C.I1<I2 D.I1>I2 答案 BD 解析 原線圈兩端電壓的有效值U1== V≈220 V,由變壓比=知,U2==4 400 V,副線圈中的電流I2== A=0.01 A=10 mA,原、副線圈中的電流跟匝數(shù)成反比,故I1>I2. 5.如圖4所示,理想變壓器的原線圈接入u=11 000sin(100πt)V的交變電壓,副線圈通過電阻r=6 Ω的導線對“220 V,880 W”的用電器RL供電,該電器正常工作,由此可知( ) 圖4 A.原、副線圈的匝數(shù)比為50∶1 B.交變電壓的頻率為100 Hz C.副線圈中電流的有效值為4 A D.變壓器的輸入功率為880 W 答案 C 解析 因為用電器正常工作,可知用電器RL上的電壓是220 V,電流為4 A,C正確;副線圈電壓244 V,所以原副線圈匝數(shù)比===45,A錯誤;變壓器不改變交變電流的頻率,原線圈電壓頻率50 Hz,副線圈電壓頻率還是50 Hz,B錯誤;變壓器輸入功率等于輸出功率,輸出功率大于880 W,所以輸入功率也大于880 W,D錯誤. 6.如圖5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( ) 圖5 A.變壓器輸入功率為484 W B.通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C.通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D.變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=11∶3 答案 BD 解析 變壓器的輸入功率P1=P2=I2U2=2.260 W=132 W,選項A錯誤;由=得===,選項D正確;由=得I1=I2=2.2 A=0.6 A,選項B正確;根據(jù)I=得通過副線圈的電流的最大值I2m=I2=2.2 A,選項C錯誤. 7.一臺理想變壓器從10 kV的線路中降壓并提供200 A的負載電流.已知兩個線圈的匝數(shù)比為40∶1,則變壓器原線圈的電流、輸出電壓及輸出功率是( ) A.5 A,250 V,50 kW B.5 A,10 kV,50 kW C.200 A,250 V,50 kW D.200 A,10 kV,2103 kW 答案 A 解析 設原線圈的輸入電壓、電流、輸入功率分別為U1、I1、P1,副線圈輸出電壓、電流、輸出功率分別為U2、I2、P2,原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2. 由=知I1=I2=200 A=5 A. 由=知U2=U1=10103 V=250 V, 輸出功率P出=U2I2=250200 W=50 kW. 8.如圖6所示,在某交流電路中,有一正在工作的變壓器,原、副線圈匝數(shù)分別為n1=600,n2=120,交流電源電壓U1=220 V,原線圈中串聯(lián)一個0.2 A的保險絲,為保證保險絲不被燒斷,則( ) 圖6 A.負載功率不能超過44 W B.副線圈電流最大值不能超過1 A C.副線圈電流有效值不能超過1 A D.副線圈電流有效值不能超過0.2 A 答案 AC 解析 由P入=P出可知P入=U1I1=44 W.又由=,得U2=44 V,故I2不能大于1 A,負載功率不能超過44 W. 9.一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=11∶5.原線圈與正弦交變電源連接,輸入電壓u隨時間t變化的圖象如圖7所示,副線圈僅接入一個10 Ω的電阻.則( ) 圖7 A.流過電阻的電流是20 A B.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V C.經(jīng)過1 min電阻發(fā)出的熱量是6103 J D.變壓器的輸入功率是1103 W 答案 D 解析 設輸入電壓為U1,輸出電壓為U2,由=知U2=100 V,I2== A=10 A,故選項A、B錯誤;1 min內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量Q=IRt=1021060 J=6104 J,故選項C錯誤;P入=P出==1103 W,故選項D正確. 題組三 幾種變壓器的使用 10.自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈,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8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.當變壓器輸出電壓調(diào)至最大時,負載R上的功率為2.0 kW.設此時原線圈中電流的有效值為I1,負載兩端電壓的有效值為U2,且變壓器是理想的,則U2和I1分別為( ) 圖8 A.380 V和5.3 A B.380 V和9.1 A C.240 V和5.3 A D.240 V和9.1 A 答案 B 解析 由理想變壓器原、副線圈中電壓、電流及功率關系可得:=,=,U1I1=P2.所以,當變壓器輸出電壓調(diào)至最大時,副線圈的匝數(shù)也最大為n2=1 900匝,負載R上的功率也最大,為2.0 kW,則U2=U1=220 V=380 V,I1== A≈9.1 A,故選項B正確. 11.為了監(jiān)測變電站向外輸電情況,要在變電站安裝互感器,其接線如圖9所示,兩變壓器匝數(shù)分別為n1、n2和n3、n4,a和b是交流電表,則( ) 圖9 A.n1>n2 B.n3>n4 C.a(chǎn)為交流電流表,b為交流電壓表 D.a(chǎn)為交流電壓表,b為交流電流表 答案 AD 解析 由電路連接方式可知,左圖是電壓互感器,把高電壓經(jīng)過變壓器降壓后測量,所以n1>n2,a為交流電壓表,右圖為電流互感器,把大電流經(jīng)過變壓器變?yōu)樾‰娏髟贉y量,所以n3<n4 ,b為交流電流表. 12.如圖10所示,一臺有兩個副線圈的變壓器,原線圈匝數(shù)n1=1 100匝.接入電壓U1=220 V的交流電路中. 圖10 (1)要求在兩個副線圈上分別得到電壓U2=6 V,U3=110 V,它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少? (2)若在兩副線圈上分別接上“6 V,20 W”、“110 V,60 W”的兩個用電器,原線圈的輸入電流為多少? 答案 (1)30匝 550匝 (2) A 解析 (1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關系: 由=得n2=n1=1 100匝=30匝 n3=n1=1 100匝=550匝. (2)設原線圈輸入電流為I1,由P入=P出得 U1I1=U2I2+U3I3=P2+P3 所以I1== A= A.- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權。
- 關 鍵 詞:
- 2019-2020年高中物理 5.5 變壓器學案 新人教版選修3-2 2019 2020 年高 物理 變壓器 新人 選修
裝配圖網(wǎng)所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網(wǎng)友學習交流,未經(jīng)上傳用戶書面授權,請勿作他用。
鏈接地址:http://appdesigncorp.com/p-2624035.html