高中物理 5.4《变压器》学案 新人教版选修3-2

1 四 变压器四 变压器 要点导学要点导学 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P1 P2 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 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 2 流和功率是由副线圈上的负载来决定的 范例精析 例例1 1 一台理想变压器 当原线圈接220V 交流电源时 副线圈的输出电压是 11V 如果保持原线圈的电压不变 将副线圈拆去18匝后 副线圈两电压降为 8V 则原线圈的匝数为多少 解析 解析 本题根据理想变压器电压与匝数的关系进行求解 因理想变压器电压与 匝数的成正比关系 现副线圈电压下降3V 故 U1 n1 3 18 解得 n1 1320匝 例例2 2 如图5 4 2所示电路中要使电流表读数变大 可采用的方法有 A 将 R 上的滑片向上移动 B 将 R 上的滑片向下移动 C 将电键 S 由1掷向2 D 将电键 S 由1掷向3 解析 解析 在输入电压和匝数比n1 n2一定的情况下 输出电压 U2是一定的 当 R 减小 时 由I U2 R可知电流表读数变大 故应向下移动 B 正确 在输入电压 U1一定 的条件下 减小匝数比n1 n2 则输出电压 U2增大 U2 n2U1 n1 故电流强度 增大 应掷向2 C 正确 正确的答案是 B C 拓展 拓展 本题讨论的是理想变压器负载变化引起电表读数变化的问题 应抓住变 压器的电压比 电流比及输入和输出功率相等来求解本题 本题如果把负载电 阻的滑动触片向上移动 图中所有交流电表的读数及输入功率的变化情况又如 何呢 请自行分析解答 例例3 3 有5个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原副线圈电路中 如图5 4 3所 示 若将该电路与交流电源接通 且电键接到1位置 发现5个灯亮度相同 若 将电键接到2位置 且在变化中灯泡都不会烧毁 则可能的是 A 该变压器是降压变压器 线圈匝数比为4 1 B 该变压器是升压变压器 线圈匝数比为1 4 C 副线圈电路中的灯泡仍发光 只是更亮些 D 副线圈电路中的灯泡仍发光 只是更暗些 解析 解析 K 接1时 灯均正常发光 表明I1 I2 I2 4I1 N1 N2 I2 I1 4 1 变压器 为降压变压器 这时电源电压不等于输入电压 U U灯 U1 U1 U灯 U2 3 K 接2时 U1 U 变大 由电压变比关系可知 U2变大 灯均变亮 答 AC 正确 拓展 拓展 解决变压器问题要注意以下几点 1 当变压器原线圈回路有除变压器之外的其它用电器时 变压器的输入 电压以及变比公式中的 U1并不是电源的电压 2 当变压器本身不变 输出端负载不变时 由于输入回路结构的变化 可能导致输入功率的变化 如本例 电键从1到2 P出增加 P入增加 3 当原线圈输入电压一定 变压器一定时 由于负载的变化同样会导致 输出 输入功率的变化 但仍有 P出 P入 能力训练能力训练 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 B B A 交变电流的频率 B 电流的有效值 C 电功率 D 磁通量的变化率 2 变压器在使用中 下列说法中正确的是 ACAC A 原线圈中输入的电流 随着副线圈中的输出电流的增大而增大 B 原线圈输入的电压 随着副线圈中的输出电流的增大而增大 C 当副线圈空载 断路 时 原线圈中无电流 D 当副线圈空载时 原线圈上电压为零 3 有一负载电阻为 R 当它接到30V 直流电源上时 消耗的功率为 P 现有一 台理想变压器 它的输入电压U 300sin tV 若把上述负载接到此变压器副线 圈的两端 消耗的功率为0 5P 则变压器原 副线圈的匝数比为 A A A 10 1 B 14 1 1 C 17 3 1 D 7 07 1 4 有一个理想变压器 原线圈1200匝 副线圈400匝 现在副线圈上接一个变阻器 R 如图5 4 4所示 则下列说法中正确的是 BCBC A 安培表 A1与 A2的 示数之比为3 1 B 伏特表 V1与 V2的示数之比为3 1 C 当变阻器滑动头向下移动时 原线圈的输入功率将增加 D 原 副线圈的功率之比为3 1 5 如图5 4 5所示 理想变压器原副线圈的匝数比为1 2 电源电压为220 V A是额定电流是1 A 的保险丝 R R为调电阻 为了不使原线圈中的保险丝被 熔断 对R R的阻值最小不小于 D D A 440 B 220 C 660 D 880 4 6 如图5 4 6所示 一个理想变压器 初级线圈的匝数为 n1 a b 接交流电源 次级线圈匝数为 n2 与负载电阻 R 相连接 R 40 图中电压表的示数为 100V 初级线圈的电流为0 4A 下列说法正确的是 C C A 次级线圈中的电流的最大值为1A B 初级和次级线圈的匝数比n1 n2 2 5 C 如果将另一个阻值也为 R 的电阻与负载电阻并联 图中电流表的示数为2A D 如果将另一个阻值也为 R 的电阻与负载电阻串联 变压器消耗的电功率是 80W 7 如图5 4 7所示 M 为理想变压器 电表均可视为理想表 接线柱 a b 接电 压u 311sin314t V 的正弦交流电源 当滑动变阻器的滑片 P 向上滑动时 示数发生变化的电表是 A A A A1 A2 B A2 V2 C A1 A2 V2 D A1 A2 V1 V2 8 一台理想变压器 其原线圈2200匝 副线圈440匝 并接一个100 的负载 电阻 如图5 4 8所示 1 当原线圈接在44V 直流电源上时 电压表示数 V 电流表示数 A 2 当原线圈接在220V 交变电源上时 电压表示数 V 电流表示数 A 此时输入功率为 W 变压器效率 1 0 0 2 44V 0 44A 19 36W 100 9 如图5 4 9的理想变压器 它的初级线圈接在交变电流源上 次级线圈接一 个标有 12V 100W 的灯泡 已知变压器初 次级线圈的匝数比18 1 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 216V 0 46A 10 有一理想变压器在其原线圈上串一熔断电流为 I0 1A 的保险丝后接到220V 交流电源上 副线圈接一可变电阻 R 作为负载 如图5 4 10所示 已知原 副 线圈的匝数比n1 n2 5 1 问了不使保险丝熔断 可变电阻的取值范围如何 大于8 8 11 实验室中一只小发电机可输出交变电压 u 11sin100 tV 为使规格为 220V 60W 的白炽灯正常发光 必须接上一只变压器 试求这只变压器原副 线圈的匝数比及原线圈中的电流 在绕制这只变压器时使用的导线有粗 细两 5 种不同的规格 原线圈应该用哪一种导线 1 20 60 11 粗 12 一台理想变压器原 副线圈匝数比为10 1 原线圈接 U 100sin100 tV 的交变电压 副线圈两端用导线接规格为 6V 12W 的小灯 已知导线总电阻 r 0 5 试求 副线圈应接几盏小灯 这些小灯又如何连接才能使这些小灯都 正常发光 4盏 并联 变压器问题解题思路变压器问题解题思路 思路思路1 1 电压思路 变压器原 副线圈的电压之比为U1 U2 n1 n2 当变压器有多个副绕组时 U1 n1 U2 n2 U3 n3 思路思路2 2 功率思路 理想变压器的输入 输出功率为P入 P出 即P1 P2 当变压器有多个副绕 组时P1 P2 P3 思路思路3 3 电流思路 由I P U知 对只有一个副绕组的变压器有I1 I2 n2 n1 当变压器有多个 副绕组时n1I1 n2I2 n3I3 思路思路4 4 制约思路 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由输入电压决定 即U2 n2U1 n1 2