2019_2020学年高中物理第2章交变电流第6节变压器学案粤教版选修3_2.docx

第六节变压器学习目标1.了解变压器的构造，知道什么是理想变压器.2.理解变压器的工作原理(重点)3.通过实验探究，得到电压、电流与匝数的关系(重点)4.能够利用变压比、变流比定性和定量分析有关变压器的实际问题(难点)一、认识变压器1用途：改变交流电压的设备2构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成(1)原线圈：跟电源相连的线圈(也叫初级线圈)(2)副线圈：跟负载相连的线圈(也叫次级线圈)3原理：原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，所以在副线圈中产生感应电动势如果在副线圈两端接入负载，负载中就会有交变电流二、理想变压器原、副线圈基本量的关系1铜损和铁损(1)铜损：变压器的线圈有内阻，电流通过时发热所损失的能量(2)铁损：铁芯在交变磁场中反复磁化，产生涡流，使铁芯发热所损失的能量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3电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，即.4功率关系：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率5电流与匝数关系：原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即.6两类变压器：n2n1，能使电压升高的变压器叫作升压变压器；n2n1，能使电压降低的变压器叫作降压变压器1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)我们所用的比较好的变压器就是理想变压器()(2)理想变压器的输入功率和输出功率相等()(3)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高()(4)变压器能改变所有电流的电压()(5)我们可以根据变压器线圈导线的粗细判断其匝数的多少()2(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有()A交流电的频率B磁通量的变化率C功率 D交流电的峰值ABC理想变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C正确；变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率，A正确，D错误3一台理想变压器的原线圈接220 V正弦交流电压时，副线圈上仅接有阻值为10 的电阻，电阻两端的电压为44 V若将副线圈的匝数增加100匝，则通过副线圈上此电阻的电流增加1.1 A由此可知该变压器原线圈的匝数为()A200 B2 000C50 D500B由题意知，当副线圈匝数增加100匝时，电阻上的电压U2U2IR44 V1.110 V55 V又由，可得，解得n12 000，故B正确对变压器原理的理解1.变压器的变压原理是电磁感应如图所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都会产生感应电动势如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它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2由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈3能量转换方式为原线圈电能磁场能副线圈电能【例1】(多选)如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使()A开关总处于接通状态B开关在接通时断开C开关在断开时接通 D开关总处于断开状态BC欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C.(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的(3)变压器不能改变交变电流的频率(4)若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压1如图所示，甲图中两导轨不平行，而乙图中两导轨平行，其余物理条件都相同，金属棒MN正在导轨上向右做匀速运动，在金属棒运动过程中，将观察到()甲乙AL1、L2都发光，只是亮度不同BL1、L2都不发光CL2发光，L1不发光DL1发光，L2不发光D甲图右侧线圈中感应电动势的大小时刻变化，在甲图的右侧线圈中形成变化的电流，能发生电磁感应，在左侧线圈和灯L1中产生感应电流，灯L1发光乙图右侧线圈中感应电动势恒定不变在乙图的右侧线圈中形成恒定不变的电流，不能在左侧线圈和灯L2回路中产生感应电流，灯L2不发光正确选项为D.理想变压器的规律1电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1n1，E2n2，所以.2电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1E1，副线圈两端的电压U2E2，所以.当有n组线圈时，则有：3功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入P出4电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得.当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3得I1n1I2n2I3n35升压、降压变压器n1n2升压变压器降压变压器【例2】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 V6 W”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 ()A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 A思路点拨：解答本题时可按以下思路分析：D由于灯泡正常发光，所以U212 V，根据解得U1240 V；两个灯泡均正常发光，I221 A，根据解得I10.05 A，故D正确1理想变压器不改变交变电流的周期和频率2(1)，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的(2)输出电压U2由输入电压U1和原、副线圈的匝数比共同决定由得，.(3)若变压器有多个副线圈，有，即电压关系仍成立训练角度1：理想变压器规律的应用2某理想变压器原、副线圈匝数比为559，原线圈所接电源电压的变化规律如图所示，副线圈接有负载下列判断正确的是()A输出电压的最大值为36 VB原、副线圈中电流之比为559C该理想变压器的输入、输出功率之比为559D交流电源电压有效值为220 V，频率为50 HzD由图象可知电源电压的有效值U1220 V，频率f50 Hz，D正确；输出电压的有效值U2U136 V，故输出电压的最大值U2max36 V，A错误；由于，B错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，C错误训练角度2：多个副线圈的理想变压器3如图所示，理想变压器原线圈匝数为n11 000匝，两个副线圈匝数分别为n250匝和n3100匝，L1是“6 V2 W”的灯泡，L2是“12 V 4 W”的灯泡，当原线圈接正弦交变电流时，两灯泡均正常发光，那么原线圈中的电流为()A. A B. AC. A D. AC由电压关系解得U1120 V，原线圈的输入功率为P入U1I1PL1PL2解得I1 A，C正确理想变压器动态问题分析1电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比()一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2.2电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比()一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1.3负载制约：(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2P负1P负2(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2；(3)总功率P入P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的4对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1.【例3】如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是()A电压表V1示数增大B电压表V2、V3示数均增大C该变压器起升压作用D变阻器滑片是沿cd的方向滑动思路点拨：原副线圈两端电压是否变化？A2增大，说明电阻如何变化？由得，求.V3示数的变化根据U3U2I2R0判断D电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，选项A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，副线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，选项B错误；理想变压器U1I1U2I2，则U1I1U2I2，I2I1，故U2U1，变压器为降压变压器，选项C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿cd的方向滑动，选项D正确理想变压器动态问题的处理方法(1)首先抓住三个制约关系：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1.(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化训练角度1：负载变化引起的电路变化分析4(多选)如图所示，理想变压器原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R和两个小灯泡L1、L2，最初开关S是断开的，现闭合开关S，则()A副线圈两端电压不变B灯泡L1变亮C电流表A1示数变大D电阻R中的电流变小AC闭合开关S，副线圈两端电压不变，选项A正确；副线圈输出电流增大，电阻R中的电流变大，灯泡L1两端电压降低，灯泡L1变暗，选项B、D错误；电流表A1示数变大，选项C正确训练角度2：原副线圈匝数比变化引起的电路动态问题5理想变压器原线圈接如图甲所示的正弦交变电压，变压器原线圈匝数n1270匝，P是副线圈上的滑片，当P处于图乙所示位置时，副线圈连入电路的匝数n2135匝，电容器C恰好不被击穿，灯泡L恰能正常发光，R是滑动变阻器以下判断正确的是()甲乙A若向下移动P，电容器的电荷量增加B若保持P不动，向下移动R的滑片，灯泡变暗C若保持R的滑片不动，向下移动P，灯泡变亮D电容器的击穿电压为11 VD原线圈输入电压的有效值U122 V，当P位于题图乙所示位置，副线圈电压的有效值为U2U111 V，电容器C恰好不被击穿，若向下移动P，电容器C两端的电压减小，有QCU可知，电容器所带的电荷量减小，故A错误；若保持P不动，向下移动R的滑片，R接入电路的电阻减小，流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故B错误；若保持R的滑片不动，向下移动P，则副线圈的电压变小，灯泡变暗，故C错误；电容器击穿电压的最大值UmU111 V，故D正确课 堂 小 结知 识 脉 络1.互感现象是变压器的工作基础，变压器工作时有能量损失，变压器的输出功率与输入功率之比叫作变压器的效率理想变压器的效率为100%.2理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为.3如果理想变压器的副线圈只有一个，则P1P2，即U1I1U2I2，得出原、副线圈电流与匝数的关系为.4所有变压器不改变交变电流的频率，理想变压器不改变功率.1(多选)理想变压器原、副线圈匝数之比为101，以下说法中正确的是()A穿过原、副线圈磁通量之比是101B穿过原、副线圈磁通量的变化率相等C原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为101D正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为11BD对理想变压器无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比，选项B正确，A、C错误；对理想变压器输入功率等于输出功率，D正确2.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比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()A3 mAB0C48 mA D与负载R的值有关B变压器只能工作于交流电路，不能工作于恒定电压和恒定电源的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈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3如图为一与电源相接的理想变压器，原线圈中的电流是I1，副线圈中的电流是I2，当副线圈中的负载电阻变小时 ()AI2变小，I1变小 BI2变小，I1增大CI2增大，I1增大 DI2增大，I1变小C因为匝数不变，所以副线圈电压不变，当电阻变小时，根据公式