鲁科版选修32 变压器 第1课时 学案.doc

4.2 变压器学习目标：1了解变压器的构造及工作原理。2掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。3掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。【要点导学】1变压器的工作原理互感现象是变压器工作的基础原线圈上加交变电压，原线圈中就有交变电流，在铁芯中产生交变磁通量，原、副线圈中都要引起感应电动势若副线圈是闭合的，则副线圈中就要产生交变电流，此交变电流也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫互感现象正是由于互感现象才使得原、副线圈虽不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈示意图如图5-4-1。2理想变压器忽略原副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，磁通量全部集中在铁芯内，称为理想变压器。理想变压器的输入功率等于输出功率。即p1p2。3理想变压器电压跟匝数的关系： u1/u2= n1/n2说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。即有u1/n1=u2/n2=u3/n3=。这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内。因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组线圈的电动势与匝数成正比。在线圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。4理想变压器电流跟匝数的关系i1/i2= n2/n1 （适用于只有一个副线圈的变压器）说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：u1i1= u2i2+ u3i3+u4i4+再根据u2=n2u1/n1 u3=n3u1/n1 u4=n4u1/n1可得出：n1i1=n2i2+ n3i3+ n4i4+5注意事项(1)在理想变压器的公式中，功率关系和变压公式是基本公式。(2)当变压器原副线圈匝数比(n1/n2)确定以后,其输出电压u2是由输入电压u1决定的(即u2=n2u1/n1)但若副线圈上没有负载 ,副线圈电流为零，输出功率为零 ,则输入功率为零,原线圈电流也为零,只有副线圈接入一定负载,有了一定的电流,即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（i1=n2i2/n1），同时有了相等的输入功率，（p入=p出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。师：画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压u1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。，只适用于理想变压器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？因为理想变压器没有能量损失，所以p出=p入若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流i1与i2有什么关系？生：据p出=u2i2，p入=u1i1及p出=p入得：u2i2=u1i1则：上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。那么两种变压器的匝数关系如何？升压变压器，n2n1，降压变压器，n2n1。两种变压器原副线圈电流的大小关系如何？升压变压器，i2i1。在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？因为升压变压器，i2i1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。本节课主要学习了以下内容：1变压器主要由铁芯和线圈组成。2变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。3理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有p输出=p输入 【例1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等 （ ）a交流的频率b电流的有效值c电功率d磁通量变化率解析：变压器可以改变原副线圈中的电流，因此原副线圈中的电流不一定有相同有效值，所以选b.由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈，因而原副线圈的磁通量变化率相同，d错.变压器的工作基础是电磁感应，副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的，a错.理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率，因此c错.答案：b点评：变压器工作时，原副线圈电压和电流不一定相同，但对理想变压器来说，原副线圈一定相同的量有（1）电功率，（2）磁通量变化率，（3）交流的频率【例2】如图所示为一理想变压器，k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，则 （ ）a保持u1及p的位置不变，k由a合到b时，i1将增大b保持u1及p的位置不变，k由b合到a时，r消耗功率减小c保持u1不变，k合在a处，使p上滑，i1将增大d保持p的位置不变，k合在a处，若u1增大，i1将增大解析：k由a合到b时，n1变小，而得i1=i2由i2=，u2=u1所以i1=u1，n2和r不变，n1减小时i1增大，所以a对。k由b合到a时，p2=，而u2=u1，所以p2=.u1、n2和r不变，n1增大时p2减小，所以b对。p上滑时，r增大，由前i1=，u1、n1和n2不变，r增大时，i1减小，所以c错。u1增大时，由前i1=，n1、n2和r不变，u1增大时，i1增大，所以d对。所以应选a、b、d。答案：abd点评：处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，u2由u1和匝数比决定；i2由u2和负载电阻决定；i1由i2和匝数比决定【例3】如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1n2n3.解析：由于四个规格相同的灯泡都正常发光，所以三个线圈中的电流均相同，即i1=i2=i3=i.设n1、n2、n3三个线圈两端的电压分别为：u1、u2、u3，接在原线圈中灯泡两端的电压为u0，则有：u0=u3=，所以，即设电源电压为u，则有u=u0+u1根据理想变压器输入功率等于输出功率，则有：ui=u0i+u2i+u3i，即ui=4u3i所以u=4u3，u1=u-u0=3u3即，即因此三个线圈的匝数比n1n2n3=321.点评：对理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普遍适用的规律，对于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了。巩固练习1理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6 v的电池上，则副线圈两端电压为 （ ）a.36 vb.6 v c.1 vd.0 v解析：因为电池是稳恒直流电源。答案：d点评：从变压器的工作原理入手思考。2当理想变压器副线圈空载时，副线圈的 （ ）a.负载电阻为0 b.输出电流为0c.两端电压为0 d.输出功率为0答案：bd点评：空载相当于负载电阻无穷大3理想变压器原、副线圈的电流为i1、i2，电压为u1、u2，功率为p1、p2，关于它们的关系，正确的是 （ ）a.i2由i1决定 b.u2与负载有关c.p1由p2决定 d.u1由u2决定解析：变压器工作时，原线圈接在电源上，对理想变压器来说，原线圈电压u1总等于电源电压，即u1是由电源电压决定，由u2=u1知，对于一定变压器来说一定，u2是由u1决定，当u1一定时，u2是由决定，即u2与负载无关，即b和d错。由i1=u1知，u1和确定时，u2是确定的，而i2=，r为负载电阻，r变化时，i2发生变化，从而引起i1发生变化，因此i1由i2决定，所以a错.负载电阻变化，会引起副线圈电流变化，从而引起输出功率p2变化，p2变化又会引起p1的变化，即p1是由p2决定的，所以正确答案是c.答案：c点评：对于一定的变压器来说，u2由u1决定，i1由i2决定，p1由p2决定4一台理想变压器原、副线圈匝数比为221，当原线圈两端输入u1=220sin314t v的交变电压时，下列说法正确的是 （ ）a.副线圈两端电压为12 vb.副线圈接一10 电阻时，原线圈中的电流为1 ac.副线圈接一10 电阻时，原线圈中输入功率为10 wd.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是220 v解析：原线圈两端的电压为u1=220 v，由变压器的变压比=得副线圈两端电压为u2=10 v，副线圈接一10 电阻，副线圈中电流i2=1 a，电功率p2=u2i2=10 w，原线圈输入功率也为10 w；由变压器的变流比得i1= a，铁芯中磁通量的变化率最大值为，由于具体的匝数未知，所以磁通量变化率的最大值未知.所以正确答案是c.答案：c点评：利用理想变压器的关系 求解5一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍 （ ）a.次级线圈的匝数增加为原来的2倍b.初级线圈的匝数增加为原来的2倍c.负载电阻变为原来的2倍d.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍解析：变压器的输入功率由输出功率决定，即p入=p出，输出功率p出=，u增大为原来的2倍，负载电阻也变为原来的2倍时，p出为原来2倍。答案：d点评：输入功率由输出功率决定6用理想变压器给负载r供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流 （ ）a增加原线圈的匝数b增加副线圈的匝数c减小负载电阻r的数值d增加负载电阻r的数值解析：根据，p入=p出，即i1u1=i2u2，i2=得变压器原线圈中的电流i1=，即输入电流与n1、n2、u1、r都有关系，u1不变，要减小i1，需增大r的阻值，或增加原线圈匝数n1，或减小副线圈匝数n2.答案：ad点评：原线圈中电流由输出电流决定7在图所示的电路中，理想变压器的变压比为21，四个灯泡完全相同，若已知灯泡l3和l4恰能正常工作，那么 （ ）a. l1和l2都能正常工作b.l1和l2都不能正常工作c.l1和l2中只有一个能正常工作d.条件不足，无法判断解析：根据电流与线圈匝数的关系进行分析，由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡l3、l4，每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈 中的电流等于一个灯泡额定电流的两倍；根据原、副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流等于副线圈中电流的二分之一，即恰好等于灯泡l1、l2的额定电流，从而判定：l1、l2都能正常发光.答案：a点评：由电流和线圈匝数的关系分析。8如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1n2=21，电源电压为u，求b灯两端的电压ub为多少?解析：由串联电路分压原理可知u=ua+u1由变压器原理可知：u1u2=21 i1i2=12 由欧姆定律可知：ua=i1r ub=i2r 联立式，得ub=u点评：原线圈上串有灯泡，灯泡与原线圈上电压的分配遵循串联电路的分压原理。9如图中所示，理想变压器b的原线圈跟副线圈的匝数比 n1n2=21，交流电源电压u1=220 v，f为熔断电流为i0=1.0 a的保险丝，负载为一可变电阻.（1）当电阻r=100 时，保险丝能否被熔断?（2）要使保险丝不被熔断，电阻r的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?解析：由得副线圈两端的电压u2=u1=220 v=110 v（1）当r=100 时，副线圈中电流i2=