2017-2018通用版高中物理第五章交变电流_变压器学案选修_.docx

4变压器学习目标 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系一、变压器的原理1构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈2原理：互感现象是变压器工作的基础原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势二、电压与匝数的关系1理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型2电压与匝数的关系原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即.3理想变压器原、副线圈功率关系P1P2(填“”、“”或“”)4两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器即学即用1判断下列说法的正误(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比()(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率()2一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流已知两个线圈的匝数比为401，则副线圈中的输出电压为_，输出功率为_，变压器原线圈中的电流为_答案250 V50 kW5 A解析由，得U2 V250 V；由理想变压器功率关系，得P入P出U1I1U2I2250200 W50 kW，同时得I1 A5 A.一、变压器的原理及电压与匝数的关系导学探究如图1所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上连接电路，接通电源，小灯泡能发光图1(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？答案(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则U1E1n1.若右边匝数为n2，则U2E2n2，故有；若忽略左边线圈的电阻则有U1U电源，这样看来只要n1n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关(3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势知识深化1变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流2变压器不能改变交流电的频率与功率3变压器原、副线圈中电压关系(1)只有一个副线圈：(2)有多个副线圈：例1关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案C解析通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故D错误二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系导学探究阅读教材回答下列三个问题：(1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系(3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系答案(1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出(2)由能量守恒有P入P出，即U1I1U2I2.所以.(3)若有多个副线圈，则P1P2P3，即U1I1U2I2U3I3将U1U2U3n1n2n3代入得n1I1n2I2n3I3知识深化1电流关系(1)只有一个副线圈时，有U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即.(2)当有多个副线圈时，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I3.2功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率P入P出例2如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，和均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB两端电压u112sin 100t(V)下列说法正确的是()图2A电流频率为100 Hz B.的读数为24 VC.的读数为0.5 A D变压器输入功率为6 W答案D解析根据u112sin 100t(V)及U知U112 V，f50 Hz，选项A错误；根据得U2U112 V6 V，即的读数为6 V，选项B错误；又I2 A1 A，即的读数为1 A，选项C错误；根据P入P出及P出 W6 W，选项D正确1电压表、电流表示数均为有效值2理想变压器P入P出3变压器不改变频率，即原、副线圈交变电流频率相等三、理想变压器的动态分析1电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2.(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1.2对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.例3(多选)如图3所示，T为理想变压器，电流表、电压表均为理想交流电表R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，L为电感线圈，A、B两点间接正弦交流电，则()图3A只将滑片P1下移时，电流表示数变小B只将滑片P2下移时，电压表示数变大C只增大交流电的电压时，电流表示数变大D只增大交流电的频率时，电压表示数不变答案AC解析只将滑片P1下移时，变压器副线圈输出电压U2减小，由U1I1可知，U1、R不变，I1减小，A正确；只将滑片P2下移时，副线圈电路中的总电阻减小，U2不变，因此副线圈电路中的电流增大，R1两端的电压增大，R3两端的电压减小，电压表的示数减小，B错误；只增大交流电的电压时，根据变压比公式可知，副线圈两端的电压增大，因此副线圈的电流增大，根据变流比公式可知，原线圈的电流增大，故电流表示数增大，C正确；只增大交流电的频率时，电感线圈的感抗增大，副线圈电路中的总电阻增大，总电流减小，R1两端的电压减小，R3两端的电压增大，电压表示数增大，D错误针对训练如图4所示，理想变压器原、副线圈回路中的输电线的电阻忽略不计当S闭合时()图4A电流表A1的读数变大，电流表A2的读数变小B电流表A1的读数变大，电流表A2的读数变大C电流表A1的读数变小，电流表A2的读数变小D电流表A1的读数变小，电流表A2的读数变大答案B解析当S闭合后，变压器副线圈电路中的总电阻R减小，而输出电压不变由I2得I2增大，即电流表A2的读数增大，变压器的输出功率变大由U1I1U2I2可知，I1变大，即电流表A1的读数也变大，选项B正确四、自耦变压器和互感器1自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图5所示图52互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压(如图6所示)(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流(如图7所示) 图6图7例4(多选)图8甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()图8A线圈匝数n1n2，n3n2，n3n4C甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D乙图中的电表是电流表，输出端不可断路答案CD解析题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确1电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路2电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2.3电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2.例5如图9所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0220 V，n02 200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1 100匝、2 200匝电动机M的内阻r4 ，额定电压为U220 V，额定功率P110 W下列判断正确的是()图9A当选择挡位3时，电动机两端电压为110 VB当挡位由3变换到2时，电动机的功率增大C当选择挡位2时，电动机的热功率为1 WD当选择挡位4时，电动机的输出功率为110 W答案A解析由电压与匝数的关系U0U3n0n3，解得U3110 V，A正确；当挡位由3变换到2时，输出电压减小，电动机的功率减小，B错误；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I0.5 A，热功率PrI2r1 W，输出功率为PPr(1101) W109 W，D错误；当没有达到额定功率时，热功率小于1 W，C错误1(变压器的工作原理)(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是()A每匝线圈中磁通量的变化率B交变电流的频率C原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势答案ABC2(理想变压器基本关系的应用)(多选)如图10所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A以下判断正确的是()图10A变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比n1n2113答案BD解析变压器的输入功率等于输出功率P1P2I2U22.260 W132 W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I22.2 A0.6 A，选项B正确；根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI2 A3.1 A，选项C错误3(理想变压器的动态分析)如图11所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsin t，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示下列说法正确的是()图11AI1和I2表示电流的平均值BU1和U2表示电压的最大值C滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D滑片P向下滑动过程中，U2变小、I2变大答案C解析电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A、B错误根据得U2U1，U1不变，则U2不变，滑片P向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，由闭合电路欧姆定律知I2变大，根据得I1I2，I1变大，故C正确，D错误4(互感器)(多选)如图12所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是22