高中物理第十一章第2讲变压器.ppt

第2讲 变 压 器,知识点 理想变压器 1.构造和原理(如图所示) (1)主要构造: 由_、_和_组成。 (2)工作原理: 电磁感应的_现象。,原线圈,副线圈,闭合铁芯,互感,2.理想变压器的基本关系式 (1)功率关系: _。 (2)电压关系: 若n1n2,为_变压器;若n1n2,为_变压器。 (3)电流关系: 只有一个副线圈时,_; 有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+UnIn。,P入=P出,降压,升压,3几种常用的变压器 (1)自耦变压器调压变压器。 电压互感器：把_变成_。 电流互感器：把_变成_。,高电压,低电压,大电流,小电流,(2)互感器,【思考辨析】 (1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。 ( ) (2)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率。( ) (3)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。( ) (4)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之增大。( ),分析：变压器是依靠电磁感应工作的,恒定不变的电流不能产生变化的磁场,不满足产生感应电动势的条件,(1)对;变压器变压的原理是互感原理,当原线圈变化一个周期时,副线圈也变化一个周期,故原、副线圈磁通量的变化率完全相同,原、副线圈交变电流的频率也完全相同,(2)错;副线圈两端电压由原、副线圈匝数比和原线圈两端电压共同决定,与副线圈上所接负载无关,(3)错;变压器副线圈并联更多的用电器时,副线圈电流增加,原、副线圈电流之比由匝数比决定,因此原线圈电流相应增加,(4)对。,考点 1 理想变压器的工作原理和基本量的关系(三年12考) 深化理解 【考点解读】 1.工作原理,2.理想变压器及其原、副线圈基本量的关系,【典例透析 1】(2012山东高考改编)图甲是某燃气炉点火装 置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电 压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数 分别为n1、n2, 为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时 值大于5000V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气 体。以下判断正确的是( ),A.电压表的示数等于5 V B.电压表的示数等于 V C.实现点火的条件是 =1 000 D.实现点火的条件是 1 000 【解题探究】(1)在交流电路中,交流电压表测量的是交流电压的_。 (2)变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系:_,有效值,【解析】选B。由u-t图像可知最大电压值为5 V，故有效值为 V，交流电压表测量的是有效值，A错，B对；由变压器电 压与线圈匝数的关系可知， 当变压器副线圈电 压的瞬时值大于5 000 V，即5 5 000，所以 1 000，C、 D均错。,【总结提升】 基本量关系解题的两点提醒 (1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点,电流关系的推导是以其为依据的。 (2)变压器的以上关系都是根据“口”字型铁芯的变压器推出的。如果变压器不是“口”字型铁芯,应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系。,【变式训练】(2012海南高考)如图,理想变压器原、副线圈匝数比为201,两个标有“12V,6 W”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(可视为理想的)的示数分别是( ) A.120V,0.10 A B.240V,0.025 A C.120V,0.005 A D.240V,0.05 A,【解析】选D。灯泡正常工作,副线圈电压U2=12V,副线圈电流 I2=2 A=1A,根据匝数比得原线圈电流I1= I2=0.05A,原线 圈电压U1=20U2=240V,选项D正确,其他选项错误。,【变式备选】如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为 15,原线圈两端的交变电压为u=20 sin100t(V)。氖泡 在两端电压达到100V时开始发光,下列说法中正确的有( ) A.开关接通后,氖泡的发光频率为50 Hz B.开关接通后,电压表的示数为100 V C.开关断开后,电压表的示数变大 D.开关断开后,变压器的输出功率不变,【解析】选B。由于副线圈电压由原线圈决定,则不论负载如何变化,电压表的读数不变,始终为有效值100 V,B正确,C错误;交流电每个周期内氖泡发光两次,每秒发光100次,则氖泡发光频率为100 Hz,A错误;开关断开后,负载电阻增大、电流减小,则变压器的输出功率减小,D错误。,考点 2 理想变压器的动态分析 (三年7考) 解题技巧 【考点解读】 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种:匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。 1.匝数比不变的情况(如图所示),(1)U1不变,根据 输入电压U1决定输出电压U2,可以得出 不论负载电阻R如何变化,U2不变。 (2)当负载电阻发生变化时,I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化。 (3)I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化。,2.负载电阻不变的情况(如图所示) (1)U1不变, 发生变化,U2变化。 (2)R不变,U2变化,I2发生变化。 (3)根据 和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变 时,I1发生变化。,【典例透析 2】(2013杭州模拟)如图所示,理想变压器原、 副线圈的匝数比为101,b是原线圈中心的抽头,电压表和电流 表均为理想电表,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电 压,其瞬时值表达式为u1= sin100t(V),则( ),A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表V1的示数为22 V B.当t= s时,电压表V0的读数为110 V C.单刀双掷开关与a连接,当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电压表V1的示数增大,电流表示数变小 D.当单刀双掷开关由a扳向b时,电压表V1和电流表的示数均变小,【解题探究】(1)请分析当开关接a时,滑片P上移,负载电阻如何变化?原、副线圈的电压如何变化? 提示：负载电阻变大。原、副线圈电压不变。 (2)请分析当开关由a扳向b时,原、副线圈电压的变化。 提示：原线圈电压不变。副线圈电压变大。,【解析】选C。原线圈输入电压的有效值为220V,由电压比 及电表测得的有效值可知,当单刀双掷开关与a连接时,副 线圈输出电压U2=22V,而U2=UR0+ 所以电压表V1的示数小于 22V,A错;由瞬时值表达式可知当t= s时,电压瞬时值为 110 V,而电压表示数为有效值,则电压表V0的读数为220V,B 错;单刀双掷开关与a连接,当滑动变阻器滑片P向上移动的过程 中,R接入电路的阻值增大,而U2不变,电流表示数减小,电压表 V1示数增大,C对;当单刀双掷开关由a扳向b时,变压器原线圈匝 数减小,所以副线圈输出电压增大,电压表V1和电流表的示数均 变大,D错。,【总结提升】变压器动态问题分析的思路流程,【变式训练】(2012福建高考)如图,理想变压器原线圈输入电压u=Umsint,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2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 ( ),A.I1和I2表示电流的瞬时值 B.U1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、I1变小 【解析】选C。交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值,A、B错。由于输入端电压U1和理想变压器匝数比不变,所以U2不变。滑片P向下滑动过程中,电阻变小,电流I2变大,输出功率变大,则输入功率变大,电流I1变大,C对、D错,故选C。,【备选例题】 【典例透析】如图所示,接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比n1n2n3为多少?,【规范解答】灯泡正常发光, 可得UA=UB=UC=UD, 所以U2=2U3。 由变压器的电压比公式 所以n2=2n3。 同理,灯泡正常发光,功率相等, 即PA=PB=PC=PD。 由P=I2R,得IA=IB=IC=ID,即I1=I2=I3。 由U1I1=U2I2+U3I3得n1I1=n2I2+n3I3,即n1=n2+n3=2n3+n3=3n3, 所以n1n2n3=321。 答案：321,自耦变压器问题 【典例】(10分)自耦变压器铁芯上只绕有 一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部 分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所 示,其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1900匝,原 线圈为1100匝,接在有效值为220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0kW。设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为多少?,【审题抓住信息，快速推断】,【答题规范解题，步步得分】 由理想变压器原、副线圈中电压得: (2分) 电流关系可得: (2分) 功率关系可得:U1I1=P2, (2分) 所以当变压器输出电压调至最大时,副线圈的匝数也最大n2=1900匝, 负载R上的功率也最大为2.0kW, 则 (2分) (2分) 答案：380V 9.1 A,【双基题组】 1.(2013渝北模拟)如图所示,一理想变压器原副线圈的匝数比为12;副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220V,额定功率为22 W;原线圈电路中接有理想电压表和理想电流表。现闭合开关,灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则( ),A.U=110V,I=0.2A B.U=110V,I=0.05 A C.U=110 V,I=0.2A D.U=110 V,I=0.2 A 【解析】选A。由变压原理 可得U1=110V,即电压表示 数为110V。由P入=P出,灯泡正常发光可得P入=U1I1=P出=22W, I1= A=0.2 A,故A正确。,2.(2013黄山模拟)如图所示的交流电 路中,理想变压器输入电压为U1,输入功 率为P1,输出功率为P2,各交流电表均为理想电表。当滑动变阻器R的滑动头向下移动时( ) A.灯L变亮 B.各个电表读数均变大 C.因为U1不变,所以P1不变 D.P1变大,且始终有P1=P2,【解析】选D。滑动头向下移动时,变阻器R的实际应用阻值变小,变压器负载总电阻变小,副线圈总电流增大,R0上电压降增大,因此电压表示数变小,灯L变暗,而电流表示数变大,故A、B均错误;U1虽然不变,但输入端电流增大,故有P1=U1I1增大,但理想变压器始终有P1=P2,所以C错误,D正确。,【高考题组】 3.(2012重庆高考)如图所示,理想变压器的原线圈接入 u=11 000 sin100t(V)的交变电压,副线圈通过电阻r=6 的导线对“220V 880 W”的电器RL供电,该电器正常工作。由 此可知( ),A.原、副线圈的匝数比为501 B.交变电压的频率为100 Hz C.副线圈中电流的有效值为4 A D.变压器的输入功率为880 W 【解析】选C。因为用电器正常工作,可知电器RL上的电压是 220V,电流4 A,C正确;副线圈电压244 V,所以原副线圈匝数比 A错误;变压器不改变交变电流的频率,原线圈电压 频率50Hz,副线圈电压频率还是50 Hz,B错误;变压器输入功率 等于输出功率,输出功率大于880 W,所以输入功率也大于880 W, D错误。,4.(2011福建高考)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=51,电阻R=20,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S