湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 5.4 变压器学案（无答案）新人教版选修32.doc

5.4 变压器 导学案【学习目标】1知道变压器的构造 2理解互感现象，理解变压器的工作原理3理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题4知道课本中介绍的几种常见的变压器【学习重点和难点】重点：理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系。 难点：分析解决理想变压器问题。【自主学习】一、变压器1定义：用来改变 的设备，称为变压器2构造：变压器由一个 铁芯和两个线圈组成的与 连接的线圈叫原线圈，与 连接的线圈叫副线圈3原理 现象是变压器的工作基础原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的 也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 4作用改变交变电流的 ，不改变交变电流的 和 二、理想变压器1理想变压器是一种 模型 理想变压器有三个特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量都 （2）线圈绕组的电阻 ，无能损现象（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象2理想变压器的变压原理：是 现象， 即是变压器变压的成因3能量转换：变压器是把电能转化为 又把磁场能转化为 的装置4理想变压器的基本关系（1）输出功率 输入功率p出p入，u1i1u2i2（2）原副线圈两端的电压跟匝数成正比：u1/u2=n1/n2（3）原副线圈中的电流跟匝数成反比（仅限一个副线圈）：i1/i2=n2/n1（4）原副线圈的交变电流的周期t和频率f （5）理想变压器 线圈中的电流决定 线圈中的电流原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而 ，当有几组副线圈时，原、副线圈中的电流关系为n1i1n2i2n3i3，其中n2、n3为工作的副线圈的匝数6两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫 变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 变压器.【精讲点拨】一、理想变压器的工作原理1什么是理想变压器？没有能量损失的变压器叫做理想变压器理想变压器具有以下特点：2变压器的工作原理 变压器的变压原理是电磁感应当原线圈加上交流电压u1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生变化的磁通量，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈其能量转换方式为：原线圈电能磁场能副线圈电能(如上图)由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律，有e1n1，e2n2，所以.对于理想变压器，由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压u1e1，副线圈两端的电压u2e2，所以.【特别提醒】若通过原线圈的电流是恒定的，副线圈即使闭合也没有电流形成，若通过原线圈的电流是线性增大的，副线圈中感应电动势、电流是恒定的例、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二、理想变压器的“两不改变”与“两改变”1两不改变(1)不改变功率 理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率，p入p出当副线圈为断路时，原线圈输入功率为零(2)不改变频率 在原线圈中接上周期性变化的电流，在副线圈中会激发出同频率的交变电流2两改变(1)改变电压 由可知：若n1n2，则u1u2，降压； 若n1n2，则u1u2，升压。(2)改变电流 由p入p出及变压的规律可知，对于一个原线圈、一个副线圈的理想变压器有i1u1i2u2，得出，即.3、变压器多个副线圈问题如图所示是一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为u1、u2、u3，相应的电流分别为i1、i2、i3.各物理量间的关系如下：电压关系：，功率关系：i1u1i2u2i3u3.【特别提醒】(1)和中电压和电流均为有效值(或最大值)(2)仅对只有一个副线圈的情况适用(3)对同一铁芯上的任意两个线圈(磁通量相同的即相同)都适用，但对“日”字型铁芯的情况不适用(4)对多个副线圈的情况，理想变压器的能量守恒式总成立，即p1p2p3pn或i1u1i2u2i3u3inun 将电压比公式代入，得电流关系：n1i1n2i2n3i3nnin下脚标2、3、n依次代表相应的副线圈及对应的功率、电压、电流(5)由i1u1i2u2知，高压线圈匝数多、电流小、导线细，低压线圈匝数少、电流大、导线粗，这是区别高压、低压线圈的方法如下图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 v,60 w”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()a电流表的示数为 ab电源输出功率为1 200 wc电流表的示数为 a d原线圈端电压为11 v三、理想变压器输入、输出中各个物理量的制约关系及动态分析1制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1/n2一定时，输出电压u2由输入电压u1决定，即u2，可简述为“原制约副”(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1/n2一定，且输入电压u1确定时，原线圈中的电流i1由副线圈中的输出电流i2决定，即i1，可简述为“副制约原”(3)负载制约：变压器副线圈中的功率p2由用户负载决定，p2p负1p负2；变压器副线圈中的电流i2由用户负载及电压u2决定，i2.2动态分析问题的思路可表示为：例、理想变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头q调节，在副线圈输出端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r，在原线圈上加一电压为u的交流电，如下图所示若()aq位置不变，将p向上滑动，u变大bq位置不变，将p向上滑动，电流表的读数变大cp位置不变，将q向上滑动，电流表的读数变大dp位置不变，将q向上滑动，变压器的输入功率不变四、常见的变压器1自耦变压器如下图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2电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如下图(a)(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3电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图(b)(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、如图所示，l1和l2是高压输电线，甲、乙是两只互感器(理想变压器)，若已知n1n21 0001，n3n41100，图中电压表示数为220 v，电流表示数为10 a，则高压输电线的输送电功率为()a2.2103wb2.2102w c2.2108w d2.2104w【典例剖析】例1、(2011课标全国卷)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220 v，额定功率为22 w；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，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()au110 v，i0.2 a bu110 v，i0.05 acu110 v，i0.2 a du110 v，i0.2 a【跟踪发散】 (2010重庆理综)一输入电压为220 v，输出电压为36 v的变压器副线圈烧坏为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕上5匝线圈，如图所示，然后将原线圈接到220 v交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 v按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()a1 100,360 b1 100,180 c2 200,180 d2 200,360例2、如下图所示为一理想变压器，s为单刀双掷开关，p为滑动变阻器的滑动触头，u1为加在原线圈两端的电压，i1为原线圈中的电流强度，则()a保持u1及p的位置不变，s由a合到b时，i1将增大b保持p的位置及u1不变，s由b合到a时，r消耗的功率减小c保持u1不变，s合在a处，使p上滑，i1将增大d保持p的位置不变，s合在a处，若u1增大，i1将增大【跟踪发散】 (2010天津理综)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡l1、l2，电路中分别接了理想交流电压表v1、v2和理想交流电流表a1、a2，导线电阻不计，如图所示当开关s闭合后()aa1示数变大，a1与a2示数的比值不变ba1示数变大，a1与a2示数的比值变大cv2示数变小，v1与v2示数的比值变大dv2示数不变，v1与v2示数的比值不变例3、如图所示，理想变压器的交流输入电压u1220 v，有两组副线圈，其中n236匝，标有“6v，9w”、“12v，12w”的电灯分别接在两副线圈上均正常发光，求：(1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3；(2)原线圈中电流i1.例4如下图所示，交流发电机电动势的有效值e20 v，内阻不计，它通过一个r6 的指示灯连接变压器变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 v,0.25 w”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求：(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比； (2)发电机的输出功率【达标检测】1理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有()a交流电的频率b磁通量的变化率 c功率 d交流电的峰值2下图中，能正确表示电流互感器工作的有()3(2011广东卷)图(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中r55 ，a 、v 为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图(b)所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 v，下列表述正确的是()a电流表的示数为2 ab原、副线圈匝数比为12c电压表的示数为电压的有效值d原线圈中交变电压的频率为100 hz4(2010山东理综)一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，p为滑动变阻器的触头下列说法正确的是( )a副线圈输出电压的频率为50 hzb副线圈输出电压的有效值为31 vcp向右移动时，