粤教版选修32 第二章 6 变压器 学案.docx

目标定位1.知道变压器的构造，了解变压器的应用.2.理解变压器的工作原理.3.理解理想变压器中电压和匝数、电流和匝数之间的关系一、认识变压器1变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号图1(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副线圈(匝数用n2表示)输入电压是u1，输出电压是u2，两个线圈都绕在闭合铁芯上(2)原线圈：与电源连接的线圈，又叫做初级线圈(3)副线圈：与负载连接的线圈，又叫做次级线圈2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.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(选填“改变”或“不改变”)交流电的频率深度思考(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2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图2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(2)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？答案不发光例1理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定不相同的物理量是()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d变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变功率和交变电流的频率.二、理想变压器的规律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，即也无能量损失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，即p入p出3变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：.(2)有多个副线圈：.4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：n1i1n2i2n3i3.5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.(选填“u1”或“u2”)(2)功率制约：p出决定p入，这体现了能量守恒的特点(选填“p出”或“p入”)(3)电流制约：输出电流i2决定输入电流i1.(选填“i1”或“i2”)深度思考变压器为什么不能改变交流电的频率？答案因为原、副线圈中的磁通量变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率例2如图3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3a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p1p2及p2 w6 w，选项d正确答案d(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、副线圈电流频率相等.针对训练(多选)如图4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4a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 a，选项c错误例3如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1n2n31051，其中n1接到220 v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i32 a，电阻r2110 ，求通过电阻r2的电流i2和通过原线圈的电流i1.图5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u2u1220 v110 v通过电阻r2的电流i2 a1 a加在r3上的电压u3u1220 v22 v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：i10.7 a.答案1 a0.7 a含多个副线圈的变压器，电压仍与匝数成正比，但电流关系只能通过功率关系来判断.三、几种常见的变压器1自耦变压器如图6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6规律：，.2电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图7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73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8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8aab接mn、cd接pq，iabicdbab接mn、cd接pq，iabicdcab接pq、cd接mn，iabicddab接pq、cd接mn，iabicd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正确答案b(1)电压互感器u1u2，n1n2；(2)电流互感器i1i2，n1n2.(3)电压互感器应并联接入电路，电流互感器应串联接入电路.1(变压器原理分析)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2(理想变压器基本规律的应用)如图9所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 v,6 w”的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9a120 v,0.10 a b240 v,0.025 ac120 v,0.05 a d240 v,0.05 a答案d解析两灯泡正常工作，副线圈电压u212 v，副线圈电流i22 a1 a，根据匝数比得原线圈电流i1i20.05 a，原线圈电压u120u2240 v，选项d正确3(理想变压器基本规律的应用)如图10为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头p，使输出电压有效值由220 v降至110 v，调节前后()图10a副线圈中的电流比为12b副线圈输出功率比为21c副线圈的接入匝数比为21d原线圈输入功率比为12答案c解析在输入电压u1和原线圈匝数n1不变的情况下，使输出电压u2有效值由220 v降至110 v，由知，副线圈接入匝数应该减为原来的一半，故副线圈的接入匝数之比为21，故c正确；副线圈电压减半，电阻不变，电流也随之减半，所以电流之比为21，故a错误；由pui知，输出功率之比为41，故b错误；副线圈输出功率等于原线圈输入功率，所以原线圈输入功率之比为41，故d错误4(互感器的应用)如图11所示，l1和l2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，图中电压表示数为220 v，电流表示数为10 a，则高压输电线的送电功率为()图11a2.2103 w b2.2102 wc2.2108 w d2.2104 w答案c解析由电流互感器知高压输电线中电流i1 000 a，由电压互感器知高压输电线的电压u220103 v，则高压输电线的送电功率pui2.2108 w.题组一变压器原理分析1如图1所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1n241，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表a1的示数是12 ma，则电流表a2的示数为()图1a3 ma b0c48 ma d与负载r的值有关答案b解析导体棒向左匀速切割磁感线时，在原线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过副线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以a2中无电流通过2如图2甲、乙所示的电路中，当a、b接有效值为10 v的交流电压时，c、d间电压的有效值为4 v；当m、n接10 v直流电压时，p、q间的电压也为4 v现把c、d接4 v交流电压，p、q接4 v直流电压，下列表示a、b间和m、n间电压的是()图2a10 v,10 v b10 v,4 vc4 v,10 v d10 v,0答案b解析题图甲是一个自耦变压器，当a、b作为输入端，c、d作为输出端时，是一个降压变压器，两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比当c、d作为输入端，a、b作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以c、d接4 v交流电压时，a、b间将得到10 v交流电压题图乙是一个分压电路，当m、n作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们电阻的大小成正比但是当把电压加在p、q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流通过，m、p两端也就没有电势差，即m、p两点的电势相等所以当p、q接4 v直流电压时，m、n两端的电压也是4 v如果m、n或p、q换成接交流电压，上述关系仍然成立，因为交流电在纯电阻电路中欧姆定律仍然适用题组二变压器基本规律的应用3如图3所示，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了5匝线圈，然后将原线圈接到220 v交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为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()图3a1 100,360 b1 100,180c2 200,180 d2 200,360答案b解析由u1u2u3n1n2n3，可得n1n31 100匝，n2n1180匝，b选项正确4一台理想变压器从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，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是()a5 a,250 v,50 kwb5 a,10 kv,50 kwc200 a,250 v,50 kwd200 a,10 kv,2103 kw答案a解析设原线圈的输入电压、电流、输入功率分别为u1、i1、p1，副线圈输出电压、电流、输出功率分别为u2、i2、p2，原、副线圈匝数分别为n1、n2.由知i1i2200 a5 a.由知u2u110103 v250 v，输出功率p出u2i2250200 w50 kw.5(多选)如图4所示是霓虹灯的供电电路图，变压器可视为理想变压器已知变压器原线圈与副线圈的匝数比，加在原线圈两端的电压为u1220sin (100t) v霓虹灯正常工作的电阻r440 k，i1、i2表示原、副线圈中的电流下列判断正确的是()图4a副线圈两端电压为6 220 v，副线圈中的电流为14.1 mab副线圈两端电压为4 400 v，副线圈中的电流为10 maci1i2di1i2答案bd解析原线圈两端电压的有效值u1 v220 v，由变压比知，u24 400 v，副线圈中的电流i2 a0.01 a10 ma，原、副线圈中的电流跟匝数成反比，故i1i2.6如图5所示，理想变压器的原线圈接入u11 000sin(100t)v的交变电压，副线圈通过电阻r6 的导线对“220 v,880 w”的用电器rl供电，该电器正常工作，由此可知()图5a原、副线圈的匝数比为501b交变电压的频率为100 hzc副线圈中电流的有效值为4 ad变压器的输入功率为880 w答案c解析因为用电器正常工作，可知用电器rl上的电压是220 v，电流为4 a，c正确；副线圈电压为244 v，所以原、副线圈匝数比451，a错误；变压器不改变交变电流的频率，原线圈电压频率为50 hz，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，输出功率为976 w，所以输入功率也为976 w，d错误7(多选)如图6所示，q是熔断电流为1 a的保险丝，r为用电器，理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1n221.原线圈的电压为u220sin (100t) v要使保险丝不熔断，则()图6a副线圈电流最大值不超过2 ab副线圈中电流有效值不超过2 acr的阻值一定不能小于55 dr的阻值一定不能小于77 答案bc解析保险丝的原理是电流的热效应，应该用电流的有效值由得：u2u1220 v110 v由得：i2i11 a2 a所以rmin55 ，故b、c正确8如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数比为12，两端分别接有四个阻值相同的灯泡，已知4盏灯均能正常发光，则l1和l2的功率之比为()图7a11 b13 c91 d31答案c解析由题意知原、副线圈电压之比为12，又灯泡电阻相等且正常发光，则灯泡2、3、4的额定功率相同，电流相同为i；由于电流与匝数成反比，所以原、副线圈中电流之比为21，所以灯泡l1电流为3i，根据pi2r知，l1和l2的功率之比为91，故选c.题组三几种变压器的使用9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8所示，其副线圈匝数可调已知变压器线圈总匝数为1 900匝，原线圈为1 100匝，接在有效值为220 v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2.0 kw.设此时原线圈中电流的有效值为i1，负载两端电压的有效值为u2，且变压器是理想的，则u2和i