第4课时 变压器.doc

第4课时 变压器【自主探究】情景导入火花塞是如何得到高电压的汽车等交通工具中用电火花点燃汽油混合气，如图所示已知汽车蓄电池电压为12 V，当开关S从闭合到突然断开，可为火花塞提供瞬时高电压，产生电火花蓄电池提供的是直流电，为什么变压器的副线圈也能得到高电压呢？当开关S闭合后，变压器的原线圈中是恒定电流，铁芯中的磁通量不变，根据法拉第电磁感应定律，副线圈中没有感应电动势，火花塞上电压为零当开关从闭合到突然断开，铁芯中磁通量突然变小，在副线圈会产生一个瞬时高电压（脉冲高电压可达104 V左右），使火花塞产生电火花知识清单1、 变压器原理（1）构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成原线圈：与交流电源相连的线圈副线圈：与负载相连的线圈（2）原理：变压器工作的基础是互感现象（3）作用：改变交变电流的电压2、理想变压器电压与匝数的关系（1）理想变压器：没有能量损失的变压器（2）电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比，等于两线圈的匝数之比，即若变压器有多个副线圈，则有（3）降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器（4）升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器3、理想变压器电流与匝数的关系：若变压器有多个副线圈：n 1I1=n 2I2n 3I34、理想变压器的功率关系：P1=P2若变压器有多个副线圈：P1=P2 P35、几种常用的变压器（1）自耦变压器自耦 变压器的示意图如图所示特点：铁芯上只绕有一个线圈用途：可升高电压，也可降低电压如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（如图甲所示）；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压（如图乙所示）（2）调压变压器构造：线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，如图所示变压方法：AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2（3）互感器用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流分类：电压互感器如图所示，用来把高电压变成低电压它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表根据电压表测得的电压U2和铭牌上注明的变压比（U1/U2），可以算出高压电路中的电压为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地电流互感器如图所示，用来把大电流变成小电流它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表根据电流表测得的电流I2和铭牌上注明的变流比（I1/I2）可以算出被测电路中的电流如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地【互动新课堂】疑难分析1.变压比、变流比公式的适用范围是什么？理想变压器各线圈两端电压与匝数成正比的关系式，不仅适用于原、副线圈只有一个的情况而且适用于有多个副线圈的情况这是因为理想变压器的磁通量是全部集中在铁芯内的，因此穿过每组线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压就等于线圈中产生的电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比可见公式是普遍适用的关系式，既适用于原、副线圈间电压的计算也适用于任意的两个副线圈间电压的计算，但理想变压器原、副线圈中电流与匝数成反比的关系式只适用于原、副线圈各有一个的情况，一旦有两个或多个副线圈时，该关系式便不适用这种情况下，可应用理想变压器输入功率和输出功率相等的关系列出关系式U1I1U2I2U3I3UnIn或n 1I1=n 2I2n 3I3来确定电流间的关系2.变压器能否改变直流电压？变压器是利用电磁感应原理来改变电压的装置要产生感应电动势，必有磁通量发生变化当原线圈加上交流电时，原线圈产生的交变的磁通量通过副线圈时就产生感应电动势；若原线圈中通以恒定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了但是，若在原线圈中通以方向不变而大小变化的脉冲电流，同样也可以达到变压的目的汽车、摩托车就是内设一个特殊开关，产生脉冲电流送入变压器中，获得高电压来提供汽油机的点火电压的3.原、副线圈为什么用粗细不同的导线绕制?变压器由两个线圈组成：一个为原线圈，另一个为副线圈这两个线圈的电压不同作为高压线圈的匝数多、通过的电流小，根据焦耳定律和节材原则，应用较细的导线绕制；作为低压线圈的匝数少、通过的电流大，根据焦耳定律和节能原则，应当用较粗的导线绕制因此，我们打开变压器时看到两个线圈粗细不同，用粗导线绕制的线圈为低压线圈，用细导线绕制的线圈为高压线圈4.变压器能否改变交流电的频率？对变压器，当加在原线圈上的交变电压发生一个周期变化时，原线圈中的交变电流就发生一个周期变化，铁芯中产生的交变磁通量也发生一个周期变化，副线圈中产生的交变电动势（电压）也发生一个周期变化，因此，变压器只能改变交流电的电压及电流，不能改变交流电的频率典型例题一、理想变压器公式的应用常用公式有三个：（对几个副线圈的情况也成立）（只适用于原、副线圈各一个的情况） P1=P2（原线圈的功率等于副线圈的功率）【例1】一理想变压器，原线圈匝数n11100，接在电压为220 V的交流电源上，当它对11只并联的“36 V，60 W”灯泡供电时，灯泡正常发光，由此可知该变压器副线圈的匝数n2_，通过原线圈的电流I1_A【解析】因为11只并联的“36 V，60 W”灯泡正常发光，所以副线圈输出的电压必为36 V由U1/U2n1/n2，得n2n1匝180匝每只灯泡正常发光时的电流由P2I2U2得I2P2/U2AA副线圈中的电流I211I2A因I1/I2n2/n1，故I1A3 A二、变压器与滑动变阻器的比较变压器既可升压，也可降压；但滑动变阻器变压时，只能降压，不能升压。【例2】如图所示的甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V若分别在c、d两端及g、h两端加上110 V的交流电压，则a、b间及e、f间的电压分别为A220 V、220 V B220 V、110 V C110 V、110 V D220 V、0 V【解析】当a、b间接220 V电压时，c、d间电压为110 V，说明c、d间线圈的匝数为原线圈匝数的一半；反过来当c、d间接110 V电压时，a、b间电压应为220 V当e、f间接220 V电压时，g、h间电压为110 V，说明g、h间电阻为e、f间电阻的一半；当g、h间接110 V电压时，e、g间没有电流，e、g间电压为零，所以e、f间电压与g、h间电压相等，均为110 V故B正确。【答案】B三、理解理想变压器的三个决定关系（1）理想变压器输出功率决定输入功率当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化（2）理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足（3）理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大【例3】如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R，开始时，开关S断开。当S接通时，以下说法中正确的是A副线圈两端M、N输出电压减小 B副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C通过灯泡L1的电流减小 D原线圈中的电流增大【解析】当开关S闭合后，L2与L1相并联，使副线圈的负载电阻总阻值变小，此时M、N间的输出电压不变，副线圈中的总电流I2增大，电阻R上的电压降UR=I2R亦大增，灯泡L1承受的电压减小，L1中的电流减小，故B、C正确。I2的增大，导致原线圈中的电流I1相应增大，故D正确。【答案】BCD【创新训练】基础巩固 1下列关于理想变压器的说法中，正确的是A输入功率等于输出功率B输送的电能经变压器先转化为磁场能,再转化为电能C输送的电能经变压器先转化为电场能,再转化为电能D输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去【答案】AB2正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上一定相等的是A电流的频率 B端电压的峰值 C电流的有效值 D电功率【答案】AD3如图所示为一理想变压器和负载电阻R,下列哪些做法可增加变压器的输入功率A只减少副线圈匝数 B只减少原线圈匝数C只增加副线圈匝数 D只减小R的阻值【答案】BCD4一台理想变压器的原、副线圈匝数比为41,若原线圈加上u=1 414sin100t V的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是A.250 V B.353.5 V C.499.8 V D.200 V【答案】A5如图所示，一理想变压器初次级线圈的匝数比为3:1，次级接三个相同的灯泡，均能正常发光，初级线圈中串有一个相同的灯泡L，则 A灯L也能正常发光 B灯L比另三灯都暗C灯L将会被烧坏 D不能确定【答案】A6如图所示的理想变压器,它的初级线圈接在交流电源上,次级线圈接一个标有“12 V 100 W”的灯泡,已知变压器初、次级线圈的匝数比为181,那么，小灯泡正常工作时,图中的电压表的读数为_ V,电流表的读数为_ A【答案】216 0467如图所示理想变压器原副线圈匝数之比:n1:n2=4:1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R连接组成闭合回路，当直导线AB在匀速强磁场中沿导轨匀速地向左作切割磁感线运动时，安培表A1的读数为12mA，那么安培表A2的读数为 A0 B3mA C48mA D与R值大小无关【答案】A拓展训练8 如图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器的铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知圈1、2的匝数之比为N1:N2=2:1，在不接负载的情况下 ( )A当线圈1输入电压220V，线圈2输出电压为110VB当线圈1输入电压220V，线圈2输出电压为55VC当线圈2输入电压为110V时，线圈1电压为220VD当线圈2输入电压为110V时，线圈1电压为110V【答案】BD9如图所示,理想变压器有两个副线圈,原线圈1接220 V交流电源,副线圈2的匝数为30匝,两端接有“12 V 12 W”的灯泡L，副线圈3的输出电压为110 V，两端接有电阻R.若L正常发光且通过R的电流为0.4 A,求： (1)、副线圈3的匝数n3;(2)、原线圈1的匝数n1和通过它的电流I1.【答案】(1)275匝 (2)550匝 0.255 A10.如图所示，一个理想变压器（可视为理想变压器）的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80104V的霓虹灯供电，使它正常发光，为了安全，需要原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，溶丝便熔断.(1)溶丝的熔断电流是多大？(2)当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？【答案】（1）54/55A（2）180W【休闲阅读】变压器的发明者 变压器是根据电磁感应定律，将交流电变换为同频率、不同电压交流电的非旋转式电机。因此，变压器是随着电磁感应现象的发现而诞生，经过许多科学家不断完善、改进而形成的。1888年，英国著名物理学家弗来明(J.A.Fleming,1849-1945)在他的名著The Alternating Current Transformers(交流变压器)中开宗明义地说：“At the head of this long line of illustrious investigators stand the pre-eminent names of Faraday and Henry. On the foundation-stons of truth laid done by them all subsequent builders have been content to rest”(在一大批研究变压器的杰出人士中，领头的是巨人法拉弟和亨利，他们奠定了真理的基石，而所有后来者则致力于大厦的完成)。所以，追溯变压器的发明史，还得从法拉弟和亨利说起。1831年8月29日，法拉第采用图1所示的实验装置进行磁生电的实验。图1中，圆环用7/8英寸的铁棍制成，圆环外径6英寸；A是三段各24英尺长铜线绕成的线圈(三段间可根据需要串联)；B是50英尺铜线绕成的2个线圈(2个线圈可以串联)；1为电池；2为开关；3为检流器。实验时，当合上开关2后，法拉第发现检流器3摆动，即线圈B和检流器3中有电流流过。也就是说，法拉第通过这个实验发现了电磁感应现象。法拉第进行这个实验的装置(法拉第感应线圈，图2)实际上是世界上第一只变压器雏形，以后法拉第又作了数次实验，同年10月28日还制成了第一台圆盘式直流发电机。同年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了他的实验及其发现，从而使法拉第被公认为电磁感现象的发现者，他也顺理成章地成为变压器的发明人。图1法拉第实验装置原理图(1831年8月29日) 但实际上最早发明变压器的是美国著名科学家亨利。1830年8月，时为纽约奥尔巴尼(Albang)学院教授的亨利利用学院假期，采用图3所示的实验装置进行磁生电实验。当他合上开关K，发现检流计P的指针摆动；打开开关K，又发现检流计P的指针向相反方向摆动。实验中，当打开开关K时，亨利还在线圈B的两端间观察到了火花。亨利还发现，改变线圈A和B的匝数，可以将大(Intensity)电流变为小(Quantity)电流，也可将小电流变为大电流。实际上，亨利这个实验是电磁感应现象的非常直观的关键性实验，亨利这个实验装置也实际上是一台变压器的雏形。但是，亨利做事谨慎，他没有急于发表他的实验成果，他还想再做一些实验。然而假期已过，他只得将这件事搁置一旁。后来他又进行了多次实验，直到1832 年才将实验论文发表在美国科