高中物理 第十一章 第2讲 变压器课件 新人教版.ppt

第2讲变压器 知识点理想变压器 1 构造和原理 如图所示 1 主要构造 由 和 组成 2 工作原理 电磁感应的 现象 原线圈 副线圈 闭合铁芯 互感 2 理想变压器的基本关系式 1 功率关系 2 电压关系 若n1 n2 为 变压器 若n1 n2 为 变压器 3 电流关系 只有一个副线圈时 有多个副线圈时 u1i1 u2i2 u3i3 unin p入 p出 降压 升压 3 几种常用的变压器 1 自耦变压器 调压变压器 电压互感器 把 变成 电流互感器 把 变成 高电压 低电压 大电流 小电流 2 互感器 思考辨析 1 变压器只对变化的电流起作用 对恒定电流不起作用 2 变压器不但能改变交变电流的电压 还能改变交变电流的频率 3 正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时 副线圈两端无电压 4 变压器副线圈并联更多的用电器时 原线圈输入的电流随之增大 分析 变压器是依靠电磁感应工作的 恒定不变的电流不能产生变化的磁场 不满足产生感应电动势的条件 1 对 变压器变压的原理是互感原理 当原线圈变化一个周期时 副线圈也变化一个周期 故原 副线圈磁通量的变化率完全相同 原 副线圈交变电流的频率也完全相同 2 错 副线圈两端电压由原 副线圈匝数比和原线圈两端电压共同决定 与副线圈上所接负载无关 3 错 变压器副线圈并联更多的用电器时 副线圈电流增加 原 副线圈电流之比由匝数比决定 因此原线圈电流相应增加 4 对 考点1理想变压器的工作原理和基本量的关系 三年12考 深化理解 考点解读 1 工作原理 2 理想变压器及其原 副线圈基本量的关系 典例透析1 2012 山东高考改编 图甲是某燃气炉点火装置的原理图 转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压 并加在一理想变压器的原线圈上 变压器原 副线圈的匝数分别为n1 n2 为交流电压表 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000v时 就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体 以下判断正确的是 a 电压表的示数等于5vb 电压表的示数等于vc 实现点火的条件是 1000d 实现点火的条件是 1000 解题探究 1 在交流电路中 交流电压表测量的是交流电压的 2 变压器原 副线圈电压与线圈匝数的关系 有效值 解析 选b 由u t图像可知最大电压值为5v 故有效值为v 交流电压表测量的是有效值 a错 b对 由变压器电压与线圈匝数的关系可知 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000v 即5 5000 所以 1000 c d均错 总结提升 基本量关系解题的两点提醒 1 理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点 电流关系的推导是以其为依据的 2 变压器的以上关系都是根据 口 字型铁芯的变压器推出的 如果变压器不是 口 字型铁芯 应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系 变式训练 2012 海南高考 如图 理想变压器原 副线圈匝数比为20 1 两个标有 12v 6w 的小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 可视为理想的 的示数分别是 a 120v 0 10ab 240v 0 025ac 120v 0 005ad 240v 0 05a 解析 选d 灯泡正常工作 副线圈电压u2 12v 副线圈电流i2 2 a 1a 根据匝数比得原线圈电流i1 i2 0 05a 原线圈电压u1 20u2 240v 选项d正确 其他选项错误 变式备选 如图所示 理想变压器的原 副线圈匝数比为1 5 原线圈两端的交变电压为u 20sin100 t v 氖泡在两端电压达到100v时开始发光 下列说法中正确的有 a 开关接通后 氖泡的发光频率为50hzb 开关接通后 电压表的示数为100vc 开关断开后 电压表的示数变大d 开关断开后 变压器的输出功率不变 解析 选b 由于副线圈电压由原线圈决定 则不论负载如何变化 电压表的读数不变 始终为有效值100v b正确 c错误 交流电每个周期内氖泡发光两次 每秒发光100次 则氖泡发光频率为100hz a错误 开关断开后 负载电阻增大 电流减小 则变压器的输出功率减小 d错误 考点2理想变压器的动态分析 三年7考 解题技巧 考点解读 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种 匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况 1 匝数比不变的情况 如图所示 1 u1不变 根据输入电压u1决定输出电压u2 可以得出不论负载电阻r如何变化 u2不变 2 当负载电阻发生变化时 i2变化 根据输出电流i2决定输入电流i1 可以判断i1的变化 3 i2变化引起p2变化 根据p1 p2 可以判断p1的变化 2 负载电阻不变的情况 如图所示 1 u1不变 发生变化 u2变化 2 r不变 u2变化 i2发生变化 3 根据和p1 p2 可以判断p2变化时 p1发生变化 u1不变时 i1发生变化 典例透析2 2013 杭州模拟 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 b是原线圈中心的抽头 电压表和电流表均为理想电表 从某时刻开始在原线圈c d两端加上交变电压 其瞬时值表达式为u1 sin100 t v 则 a 当单刀双掷开关与a连接时 电压表v1的示数为22vb 当t s时 电压表v0的读数为110vc 单刀双掷开关与a连接 当滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 电压表v1的示数增大 电流表示数变小d 当单刀双掷开关由a扳向b时 电压表v1和电流表的示数均变小 解题探究 1 请分析当开关接a时 滑片p上移 负载电阻如何变化 原 副线圈的电压如何变化 提示 负载电阻变大 原 副线圈电压不变 2 请分析当开关由a扳向b时 原 副线圈电压的变化 提示 原线圈电压不变 副线圈电压变大 解析 选c 原线圈输入电压的有效值为220v 由电压比及电表测得的有效值可知 当单刀双掷开关与a连接时 副线圈输出电压u2 22v 而u2 ur0 所以电压表v1的示数小于22v a错 由瞬时值表达式可知当t s时 电压瞬时值为110v 而电压表示数为有效值 则电压表v0的读数为220v b错 单刀双掷开关与a连接 当滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 r接入电路的阻值增大 而u2不变 电流表示数减小 电压表v1示数增大 c对 当单刀双掷开关由a扳向b时 变压器原线圈匝数减小 所以副线圈输出电压增大 电压表v1和电流表的示数均变大 d错 总结提升 变压器动态问题分析的思路流程 变式训练 2012 福建高考 如图 理想变压器原线圈输入电压u umsin t 副线圈电路中r0为定值电阻 r是滑动变阻器 v1和v2是理想交流电压表 示数分别用u1和u2表示 a1和a2是理想交流电流表 示数分别用i1和i2表示 下列说法正确的是 a i1和i2表示电流的瞬时值b u1和u2表示电压的最大值c 滑片p向下滑动过程中 u2不变 i1变大d 滑片p向下滑动过程中 u2变小 i1变小 解析 选c 交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值 a b错 由于输入端电压u1和理想变压器匝数比不变 所以u2不变 滑片p向下滑动过程中 电阻变小 电流i2变大 输出功率变大 则输入功率变大 电流i1变大 c对 d错 故选c 备选例题 典例透析 如图所示 接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光 那么 理想变压器的匝数比n1 n2 n3为多少 规范解答 灯泡正常发光 可得ua ub uc ud 所以u2 2u3 由变压器的电压比公式所以n2 2n3 同理 灯泡正常发光 功率相等 即pa pb pc pd 由p i2r 得ia ib ic id 即i1 i2 i3 由u1i1 u2i2 u3i3得n1i1 n2i2 n3i3 即n1 n2 n3 2n3 n3 3n3 所以n1 n2 n3 3 2 1 答案 3 2 1 自耦变压器问题 典例 10分 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所示 其副线圈匝数可调 已知变压器线圈总匝数为1900匝 原线圈为1100匝 接在有效值为220v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 0kw 设此时原线圈中电流有效值为i1 负载两端电压的有效值为u2 且 变压器是理想的 则u2和i1分别约为多少 审题 抓住信息 快速推断 答题 规范解题 步步得分 由理想变压器原 副线圈中电压得 2分 电流关系可得 2分 功率关系可得 u1i1 p2 2分 所以当变压器输出电压调至最大时 副线圈的匝数也最大n2 1900匝 负载r上的功率也最大为2 0kw 则 2分 2分 答案 380v9 1a 双基题组 1 2013 渝北模拟 如图所示 一理想变压器原副线圈的匝数比为1 2 副线圈电路中接有灯泡 灯泡的额定电压为220v 额定功率为22w 原线圈电路中接有理想电压表和理想电流表 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 a u 110v i 0 2ab u 110v i 0 05ac u 110v i 0 2ad u 110v i 0 2a 解析 选a 由变压原理可得u1 110v 即电压表示数为110v 由p入 p出 灯泡正常发光可得p入 u1i1 p出 22w i1 a 0 2a 故a正确 2 2013 黄山模拟 如图所示的交流电路中 理想变压器输入电压为u1 输入功率为p1 输出功率为p2 各交流电表均为理想电表 当滑动变阻器r的滑动头向下移动时 a 灯l变亮b 各个电表读数均变大c 因为u1不变 所以p1不变d p1变大 且始终有p1 p2 解析 选d 滑动头向下移动时 变阻器r的实际应用阻值变小 变压器负载总电阻变小 副线圈总电流增大 r0上电压降增大 因此电压表示数变小 灯l变暗 而电流表示数变大 故a b均错误 u1虽然不变 但输入端电流增大 故有p1 u1i1增大 但理想变压器始终有p1 p2 所以c错误 d正确 高考题组 3 2012 重庆高考 如图所示 理想变压器的原线圈接入u 11000sin100 t v 的交变电压 副线圈通过电阻r 6 的导线对 220v880w 的电器rl供电 该电器正常工作 由此可知 a 原 副线圈的匝数比为50 1b 交变电压的频率为100hzc 副线圈中电流的有效值为4ad 变压器的输入功率为880w 解析 选c 因为用电器正常工作 可知电器rl上的电压是220v 电流4a c正确 副线圈电压244v 所以原副线圈匝数比a错误 变压器不改变交变电流的频率 原线圈电压频率50hz 副线圈电压频率还是50hz b错误 变压器输入功率等于输出功率 输出功率大于880w 所以输入功率也大于880w d错误 4 2011 福建高考 图甲中理想变压器原 副线圈的匝数之比n1 n2 5 1 电阻r 20 l1 l2为规格相同的两只小灯泡 s1为单刀双掷开关 原线圈接正弦交变电源 输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示 现将s