2018-2019版高中物理 第三章 電磁感應(yīng) 第4講 變壓器學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc

第4講變壓器目標(biāo)定位1.了解變壓器的構(gòu)造，知道變壓器為什么能夠改變交變電壓.2.由實(shí)驗(yàn)探究總結(jié)變壓器原、副線圈的電壓與兩個(gè)線圈匝數(shù)的關(guān)系.3.了解幾種常見的變壓器類型以及應(yīng)用.4.體驗(yàn)科學(xué)探究過程，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析論證能力.一、變壓器的結(jié)構(gòu)1.變壓器由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成.2.線圈(1)變壓器的一個(gè)線圈跟前一級(jí)電路連接，叫做原線圈，也叫初級(jí)線圈.(2)另一線圈跟下一級(jí)電路連接，叫做副線圈，也叫次級(jí)線圈.想一想圖341中的燈泡沒有直接與電源連接，為什么能發(fā)光？電能從哪兒來的？圖341答案變壓器使電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，又把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能.二、變壓器為什么能改變電壓 原線圈中通過電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向也都在不斷變化.副線圈與原線圈是套在同一個(gè)鐵芯上的，通過副線圈的磁場(chǎng)也在不斷變化，于是就在副線圈內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).在同一個(gè)鐵芯上，哪個(gè)線圈的匝數(shù)多，哪個(gè)線圈的電壓就高.想一想變壓器能不能改變直流電的電壓？答案不能.變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的，因此只能工作在交流電路中.如果變壓器接入直流電路，原線圈中的電流不變，在鐵芯中不引起磁通量的變化，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，變壓器起不到變壓作用.一、變壓器的工作原理1.變壓器工作的基本原理和發(fā)電機(jī)一樣，也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象(如圖342所示).圖3422.當(dāng)原線圈上加交變電壓時(shí)，原線圈中就有交變電流，鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，它也要在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互感現(xiàn)象.3.穿過每匝線圈中的磁通量的變化率是一樣的，因此每匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，匝數(shù)越多，總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大.4.能量轉(zhuǎn)換：變壓器是把電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，又把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.例1下圖中，屬于升壓變壓器且能使燈泡發(fā)光的電路是()答案C解析變壓器不改變直流的電壓，A、D錯(cuò)；升壓變壓器的原線圈比副線圈的匝數(shù)少，B錯(cuò)，C對(duì).針對(duì)訓(xùn)練1對(duì)一正在工作中的變壓器，下列說法正確的是()A.副線圈中的電流是從原線圈中傳過來的B.鐵芯是用來導(dǎo)電的C.副線圈中電流變小，原線圈中的電流也一定減小D.副線圈相當(dāng)于一個(gè)電源答案CD解析原、副線圈及鐵芯間都是彼此絕緣的，鐵芯是用來導(dǎo)磁的，故A、B錯(cuò)；由能量守恒知C正確；副線圈把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，給用電器提供電壓電流，相當(dāng)于一個(gè)電源，D正確.二、變壓器的規(guī)律1.電壓關(guān)系：設(shè)原線圈匝數(shù)n1，輸入電壓U1，副線圈匝數(shù)n2，輸出電壓U2，則.(1)n1>n2，是降壓變壓器，用戶附近的變電室內(nèi)的變壓器一般是降壓變壓器.(2)n1<n2，是升壓變壓器，發(fā)電站出來的電壓一般要先經(jīng)過升壓變壓器升壓.2.頻率關(guān)系變壓器輸出電壓與輸入電壓的頻率相等.3.功率關(guān)系對(duì)于理想變壓器，由于不考慮能量損失，由能量守恒得P入P出，即P1P2.4.電流關(guān)系由P1P2，即I1U1I2U2，又，所以(適用于只有一個(gè)原、副線圈的情況)例2一臺(tái)理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比n1n2201，原線圈接入220 V的交流電壓，副線圈向一電阻為110 的用電器供電，則副線圈中的電流為()A.2 A B.0.1 A C.0.5 A D.0.005 A答案B解析由于，故U2U1220 V11 V，故副線圈電流I20.1 A，B對(duì).針對(duì)訓(xùn)練2如圖343所示，一臺(tái)理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2401，在副線圈兩端接有“6 V40 W”的電燈泡.若燈泡正常發(fā)光，則下列說法中正確的是()圖343A.在原、副線圈中，通過每匝線圈的磁通量時(shí)時(shí)刻刻都相同B.通過原、副線圈的交變電流的頻率相同C.變壓器輸入電壓的最大值為240 VD.變壓器的輸入功率為40 W答案ABD解析由變壓器基本原理可知，理想變壓器原、副線圈中通過每匝線圈的磁通量都相等，通過原、副線圈的交變電流的頻率相同，所以選項(xiàng)A、B正確；因?yàn)闊襞菡０l(fā)光，所以變壓器輸出電壓的有效值為6 V，由電壓關(guān)系可知，原線圈輸入電壓的有效值為240 V，不是最大值，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，所以變壓器的輸入功率為40 W，選項(xiàng)D正確.對(duì)變壓器原理的理解1.下列說法中不正確的是()A.變壓器也可能改變恒定電壓B.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C.變壓器由繞在同一閉合鐵芯上的若干線圈構(gòu)成D.變壓器原線圈相對(duì)電源而言起負(fù)載作用，而副線圈相對(duì)負(fù)載而言起電源作用答案A解析變壓器可以改變交變電流的電壓、電流，其工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.2.如圖344所示，為變壓器的示意圖，它被用來升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，下列說法中正確的是()圖344A.圖中M是閉合的鐵芯B.發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈相連，升高后的電壓由c、d兩端輸出C.電流以鐵芯為通路從一個(gè)線圈流到另一個(gè)線圈D.變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的答案AD解析由題知該變壓器為升壓變壓器，所以原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)，故為輸入端即接發(fā)電機(jī)，為輸出端，B錯(cuò)誤；鐵芯提供閉合的磁路，使電能先轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能，再在副線圈中轉(zhuǎn)化成電能，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤，故A、D正確.變壓器的規(guī)律及應(yīng)用3.理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101，以下說法中正確的是()A.穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是101B.穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之比為101D.正常工作時(shí)，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為11答案BD解析對(duì)理想變壓器，無磁通量損漏，因而穿過兩個(gè)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)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，電壓與匝數(shù)成正比；理想變壓器可以忽略熱損耗，故輸入功率等于輸出功率.B、D正確.4.收音機(jī)中的變壓器，原線圈有1 210匝，接在220 V的交流電源上.要得到5 V、6.3 V和350 V三種輸出電壓，三個(gè)副線圈的匝數(shù)各是多少？答案28匝35匝1 925匝解析根據(jù)變壓比公式可得n副n原，5 V繞組匝數(shù)n1n原1 210匝28匝，6.3 V繞組匝數(shù)n2n原1 210匝35匝，350 V繞組匝數(shù)n3n原1 210匝1 925匝.(時(shí)間：60分鐘)題組一、對(duì)變壓器原理的理解1.下列關(guān)于變壓器的說法中正確的是( )A.變壓器是把電能通過磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置B.變壓器的原、副線圈組成閉合回路C.變壓器的鐵芯中產(chǎn)生交變電流D.變壓器的副線圈中產(chǎn)生直流電答案A2.關(guān)于理想變壓器，下面各說法中正確的是()A.它的輸出功率可以大于它的輸入功率B.它不僅可以改變交流電壓還可以改變直流電壓C.原、副線圈兩端的電壓與它們的匝數(shù)成正比D.原、副線圈的電流與它們的匝數(shù)成正比答案C解析理想變壓器的輸出功率等于輸入功率，A錯(cuò)；變壓器不能改變直流的電壓，B錯(cuò)；原、副線圈兩端的電壓與它們的匝數(shù)成正比，通過原、副線圈的電流與它們的匝數(shù)成反比，C正確，D錯(cuò)誤.3.對(duì)變壓器工作原理，下列說法正確的是()A.變壓器只改變交流電壓B.變壓器可以改變交流電壓，也可以改變直流電壓C.變壓器原、副線圈的磁通量變化率相同D.變壓器副線圈匝數(shù)越多，副線圈上的電壓越小答案AC解析根據(jù)變壓器的工作原理，變壓器只改變交流電壓，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；原、副線圈磁通量的變化率相同，選項(xiàng)C正確；由En，可知D錯(cuò)誤.4.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.交流電的峰值答案ABC解析理想變壓器原、副線圈的功率相等，頻率相同，磁通量相同，磁通量變化率相同.5.把直流電源接到變壓器的原線圈上，變壓器卻不能改變直流電壓.其原因是()A.沒有磁通量通過原線圈B.沒有磁通量通過副線圈C.通過原、副線圈的磁通量沒有變化D.通過原、副線圈的磁通量不相等答案C解析直流電的磁場(chǎng)是不變的，所以通過原、副線圈的磁通量就不變，也就沒有在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故選項(xiàng)C正確.題組二、變壓器的規(guī)律及應(yīng)用6.將輸入電壓為220 V、輸出電壓為6 V的變壓器改繞成輸出電壓為24 V的變壓器.已知副線圈原來的匝數(shù)為36匝，現(xiàn)不改變?cè)€圈的匝數(shù)，則副線圈應(yīng)增繞的匝數(shù)為( )A.144匝 B.108匝 C.180匝 D.540匝答案B解析由得n1n236匝1 320匝，又得n2n11 320匝144匝，nn2n214436108(匝).7.一臺(tái)理想降壓變壓器從10 kV的線路中降壓并提供200 A的負(fù)載電流.已知兩個(gè)線圈的匝數(shù)比為401，則變壓器的輸出電壓及輸出功率是()A.250 V，50 kW B.10 kV，200 kWC.250 V，200 kW D.10 kV，2103 kW答案A解析由得U2 V250 V，由理想變壓器功率關(guān)系得P入P出U1I1U2I2200250 W50 kW.故選項(xiàng)A正確.8.如圖345所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n214，在A、B端輸入交流電壓uAB15 sin (100 t) V，電流表的示數(shù)為1 A，電路中電流表和電壓表均為理想電表，則()圖345A.交流電的頻率為100 HzB.電壓表的示數(shù)為60 VC.燈泡L消耗的功率為15 WD.燈泡L的電阻為15 答案BC解析由交流電的瞬時(shí)表達(dá)式可知交流電的頻率為f50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)變壓比可知，副線圈輸出電壓為U2U115 V60 V，即電壓表的示數(shù)為60 V，B項(xiàng)正確；由變流比可知副線圈中的電流I2I11 A A，因此燈泡消耗的功率為PU2I260 W15 W，C項(xiàng)正確；燈泡的電阻為R240 ，D項(xiàng)錯(cuò)誤.9.一臺(tái)理想變壓器，其原線圈2 200匝，副線圈440匝，并接一個(gè)100 的負(fù)載電阻，如圖346所示.圖346(1)當(dāng)原線圈接在44 V直流電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為_V，電流表示數(shù)為_A.(2)當(dāng)原線圈接在220 V交流電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為_V，電流表示數(shù)為_A，此時(shí)輸入功率為_W.答案(1)00(2)440.4419.36解析(1)原線圈接在直流電源上時(shí)，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零.(2)由得：U2U1220 V44 V(電壓表讀數(shù))，I2 A0.44 A(電流表讀數(shù))，P入P出I2U20.4444 W19.36 W.10.為了安全，機(jī)床上照明電燈用的電壓是36 V，這個(gè)電壓是把220 V的電壓降壓后得到的.如果變壓器的原線圈是1 100匝，能量損失不計(jì)，副線圈應(yīng)該是多少匝？答案180解析對(duì)于理想的變壓器而言，由得，故副線圈的匝數(shù)應(yīng)為n2180 匝.