2018版高中物理第4章远距离输电4.2变压器学案鲁科版.docx

第2讲变压器目标定位1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理.2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.3.了解自耦变压器的工作原理一、变压器的结构1构造：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成2物理量：(1)与电源相连的线圈叫原线圈或初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈或次级线圈(2)原线圈两端的电压叫输入电压，用符号U1表示；副线圈两端的电压叫输出电压，用符号U2表示3分类：按输出电压的升降，变压器分为升压变压器和降压变压器二、变压器的工作原理1工作原理：互感现象是变压器工作的基础2理想变压器：在理想变压器中，通过原、副线圈的变化磁通量相同，在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相同三、变压器电压与匝数的关系1.2.四、自耦变压器1特点：是只有1个绕组的变压器2作用：(1)这个绕组可以当做原线圈接电源，而绕组的一部分当做副线圈接负载，成为降压变压器(2)可以将绕组的一部分当做原线圈接电源，而将整个绕组当做副线圈接负载，成为升压变压器想一想1.把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图1所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图1答案能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通量，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光想一想2.若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？答案不发光.一、变压器“变压”的原理电压与匝数的关系1变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，若原线圈匝数为n1，则U1n1，副线圈匝数为n2，则U2n2，所以.2变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：.(2)有多个副线圈：3原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载(2)副线圈在其所处回路中充当电源4变压器不改变交流电的频率例1关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A通过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BC解析I变化，则磁场变化，由于面积S不变，故变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B、C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D错误二、理想变压器的功率关系和电流关系1理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失(2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失2理想变压器的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3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U1I1U2I2U3I3，得n1I1n2I2n3I34电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2.(2)功率制约：P出决定P入，这体现了能量守恒的特点(3)电流制约：输出电流I2决定输入电流I1.例2理想变压器连接电路如图2甲所示，已知原、副线圈匝数比为101，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则()图2A电压表读数为282 V B电压表读数为28.2 VC输入功率为56.4 W D输入功率为40 W答案D解析由题图乙可知，Um282 V，则输入电压有效值U1200 V根据知，U220 V，再根据知，I10.2 A，输入功率PU1I140 W，故A、B、C错，D正确答案A解析U2220V，根据U1U2n1n2得，U1110V.I20.1A，根据I1I2n2n1得I10.2A所以正确答案是A.例3如图3所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1n2n31051，其中n1接到220V的交流电源上，n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路已知通过电阻R3的电流I32A，电阻R2110，求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.图3答案1A0.7A解析由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R2上的电压U2U1220V110V通过电阻R2的电流I2A1A加在R3上的电压U3U1220V22V根据输出功率等于输入功率得：U1I1U2I2U3I3代入数据解得通过原线圈的电流为：I10.7A.三、几种常见的变压器1自耦变压器如图4所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用图4规律：，.2电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图5甲所示(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表，为了安全，外壳和副线圈应接地(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压图53电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表为了安全，外壳和副线圈应接地(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流例4普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图6所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()图6Aab接MN、cd接PQ，IabIcdBab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcdDab接PQ、cd接MN，IabIcd答案B解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正确.变压器原理分析1理想变压器原、副线圈匝数比为101，以下说法中正确的是()A穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是101B穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为101D正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为11答案BD解析对于理想变压器，认为无磁通量损失，因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同，磁通量的变化率相等，每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比，故A、C错误，B正确；理想变压器没有能量损失，故输入功率等于输出功率，故D正确理想变压器基本规律的应用2理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是()AI1由I2决定BU2与负载有关CP1由P2决定D以上说法都不正确答案AC3.如图7所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为201，两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是()图7A120V,0.10A B240V,0.025AC120V,0.05A D240V,0.05A答案D解析灯泡正常工作，副线圈电压U212V，副线圈电流I22A1A，根据匝数比得原线圈电流I1I20.05A，原线圈电压U120U2240V，选项D正确互感器的应用4如图8所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1