2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 4 第四节 变压器学案 新人教版选修1-1

第四节变压器1.知道变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交流的电压2了解变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系(重点难点), 学生用书p49)一、变压器的结构1结构：变压器主要由铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，与电源相连的线圈叫原线圈，也叫初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈，也叫次级线圈(如图所示是示教变压器的实物图、结构示意图、电路图及图中的符号)2作用：能改变交变电流的电压3理想变压器两个线圈的电压、电功率的关系(1)变压比公式：u1u2n1n2；(2)功率关系：p1p2(理想变压器)二、变压器为什么能改变电压当原线圈中的电流变化时，在铁芯中就会产生变化的磁场，就会引起副线圈中磁通量的变化，从而在副线圈中产生感应电动势将变压器的原线圈接到恒定直流上，副线圈上有输出电压吗？提示：没有变压器的工作原理是电磁感应，恒定直流产生的磁场在线圈中的磁通量不变化，不能产生感应电动势变压器的工作原理学生用书p49变压器的原、副线圈绕在同一个铁芯上，在原线圈上加上交变电压u1时，原线圈中有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁场，这个交变的磁场既穿过原线圈又穿过副线圈，在原、副线圈中就产生感应电动势，如果副线圈闭合，就会产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁场，这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中会发生互相感应的现象称为互感现象线圈的各匝导线之间是相互串联的，每匝的感应电动势加在一起，就是整个线圈的感应电动势因此同一个铁芯上，匝数多的线圈的电压较高(1)变压器的工作原理是电磁感应，只对变化的直流电和交变电流起作用，不能改变恒定直流的电压(2)互感现象是变压器的工作基础，变压器通过闭合铁芯利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化变压器的副线圈与原线圈之间，并没有导线连接，但在副线圈内却产生了电动势，使得与副线圈相连的灯泡发光对于其中的原因，正确的解释是()a原线圈中通交流电时，在副线圈中产生变化的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势b原线圈中通恒定电流时，在副线圈中产生恒定的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势c原线圈中通交流电时，在副线圈中产生恒定的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势d原线圈中通恒定电流时，在副线圈中产生变化的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势审题指导 弄清变压器的变压原理是解答本题的关键解析副线圈发生电磁感应现象产生了感应电动势，选项a对；变压器的工作原理是电磁感应，只对变化的直流电和交变电流起作用，恒定电流不能在副线圈中产生感应电动势，选项b错误；副线圈中的磁通量应该与原线圈中的电流的变化规律相同，选项c错误；原线圈中的电流为恒定电流时，副线圈中的磁通量的大小应该是恒定不变的，选项d错误答案a1(多选)下列关于理想变压器的说法，正确的是()a输入功率等于输出功率b输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能c输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能d输送的电能经变压器的铁芯直接传输出去解析：选ab.从能量的转化来看，由于过程中有电磁感应现象出现，所以会存在“磁生电”的过程，这里的“磁”就是指原线圈中产生的变化磁场，这样在副线圈中就产生了电磁感应现象，从而副线圈产生电能所以a、b项正确理想变压器的基本规律学生用书p501理想变压器理想变压器是指工作时无能量损失的变压器，现实中的大型变压器的能量损失都很小，都可以看做理想变压器2理想变压器的规律(1)理想变压器的功率关系p出p入由于理想变压器不计一切能量损失，因此理想变压器的输出功率等于输入功率(2)理想变压器的电压关系(3)理想变压器的电流关系(1)无论副线圈一端是空载还是负载，理想变压器的电压关系都适用(2)，对多个副线圈输出的情况不适用如图所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 v，额定功率为22 w；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，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()au110 v，i0.2 abu110 v，i0.05 acu110 v，i0.2 adu110 v，i0.2 a关键提醒 解答本题的关键是弄清变压器原、副线圈的电压、电流与匝数的关系，并注意电表示数和功率计算时应用有效值解析主要考查理想变压器原副线圈电压、电流与匝数的关系u2220 v，根据u1u2n1n2得，u1110 vi2p/u20.1 a，根据i1i2n2n1得i10.2 a所以正确答案是a.答案a2.如图为一台理想变压器，当原线圈接到220 v交流电源上时，副线圈两端的电压为36 v，则此变压器()a输入功率稍大于输出功率b原线圈的匝数小于副线圈的匝数c根据电磁感应的原理制成d原线圈中的电流大于副线圈中的电流解析：选c.对于理想变压器，输入功率等于输出功率，u1i1u2i2，由于u1u2，所以i1i2，a、d均错；根据u1u2n1n2，可知原线圈的匝数大于副线圈的匝数，b错；理想变压器根据电磁感应的原理制成，c对含动态分析的变压器综合问题学生用书p50如图，理想变压器原线圈输入电压uumsin 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()ai1和i2表示电流的瞬时值bu1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变小解析交流电表的示数为有效值，故a、b两项均错误；p向下滑动过程中，r变小，由于交流电源、原副线圈匝数不变，u1、u2均不变，所以i2变大，由，得i1i2变大，故c项正确，d项错误答案c理想变压器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而变化的情况，进行动态分析的顺序是ri2p2i1.(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. 随堂检测 学生用书p511下列器件属于变压器的是()答案：d2一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中物理量不一定相等的是()a交流电的频率b电流的有效值c电功率 d磁通量的变化率解析：选b.因为理想变压器没有能量损失，所以原、副线圈中的交变电流的电功率不发生变化；因为没有漏磁，所以原、副线圈上的磁通量的变化率等大；交变电流的频率，由发电机转子的频率决定，和变压器没有关系；若变压器原、副线圈的匝数不同，原、副线圈上的交变电流的有效值就不同3.一输入电压为220 v，输出电压为36 v的变压器副线圈被烧坏，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匝线圈如图所示，然后将原线圈接到220 v交流电源上，测得新绕线圈的端电压为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()a1 100，360 b1 100，180c2 200，180 d2 200，360解析：选b.测得新绕线圈的端电压为1 v时，n1n22201，而n25，所以n11 100，而原来的原、副线圈匝数之比为22036，所以原来的副线圈匝数为180，答案为b.4如图所示，可以将电压升高供给电灯电压的变压器是()解析：选c.a、d两图中变压器不能工作；在b图中，n1n2，故u1u2；在c图中，n1n2，故u1u2.5如图为理想变压器，它的初级线圈接在交流电源上，次级线圈接在一个标有“12 v100 w”的灯泡上已知变压器初、次级线圈匝数之比为181，那么灯泡正常工作时，图中的电压表读数为_v，电流表读数为_a.解析：分析理想变压器问题时应注意正确应用电压关系和电流关系，特别是初、次级线圈功率相等的关系由公式，得u1u2216 v；因理想变压器的初、次级线圈功率相等，所以i10.46 a，即电压表、电流表读数分别为216 v、0.46 a.答案：2160.46课时作业 学生用书p101(单独成册)一、单项选择题1变压器是一种重要的电器设备，对变压器的认识正确的是()a变压器既能改变交流电压，又能改变直流电压b变压器既可用于提升电压，又可用于降低电压c变压器工作时，副线圈中的电流总是大于原线圈中的电流d变压器工作时，副线圈中的电流总是小于原线圈中的电流解析：选b.变压器不能改变直流电压，a错；变压器工作时，副线圈中的电流可以大于也可以小于原线圈中的电流，c、d均错2如图所示，一理想变压器原线圈两端所加的电压u11 100 v时，副线圈两端的电压u2220 v，若此变压器副线圈的匝数n2200，则原线圈的匝数n1为()a2 000b1 000c200 d100解析：选b.由公式u1u2n1n2，可解得n11 000，故选b.3一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1n2201，原线圈接入220 v的交流电压，副线圈向一电阻为110 的用电器供电，则副线圈中的电流为()a2 a b0.1 ac0.5 a d0.005 a解析：选b.根据，得u2u1 11 v，所以i2 a0.1 a.4如图所示，在闭合铁芯上绕着两个线圈m和p，线圈p与电流表构成闭合回路，若在t1至t2这段时间内，观察到通过电流表的电流，则可判断出线圈m两端的电势差uab随时间t的变化情况不可能是下图四个选项中的()解析：选a.选项a中的电压uab是恒定的，在线圈p中不会感应出电流，故a错；选项b、c、d中原线圈所加电压是变化的，根据电磁感应原理都能在副线圈中产生感应电流，都能使电流表有示数5如图所示，原、副线圈匝数比为21的理想变压器正常工作时()a原、副线圈磁通量之比为12b原、副线圈电流之比为12c输入功率和输出功率之比为12d原、副线圈电压之比为12解析：选b.理想变压器原、副线圈的磁通量总相等，a错；电流之比等于原、副线圈匝数的反比，b对；输入功率总等于输出功率，c错；电压与匝数满足，d错6如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比n1n212，电源电压u220sin t v，原线圈接入一个熔断电流i01 a的保险丝，副线圈中接入可变电阻r.为了使保险丝不被熔断，调节电阻r时最低不能小于()a440 b440 c880 d880 解析：选c.当原线圈电流达到i1i0时，副线圈中电流为：i2i1i01 a a，这也就是副线圈中的最大电流副线圈的输出电压有效值为：u2u1 v440 v.因此，副线圈电路中负载电阻的最小值为rmin 880 .7如图所示的变压器原线圈和副线圈之间是绝缘的原线圈中的电压u1是由发电机直接供给的，与变压器无关，u2是副线圈对应的电压如果将副线圈对应的电路中的开关s闭合，将使得电流表a2中的电流增大以下说法正确的是()au2的数值增大，a1的示数增大bu2的数值减小，a1的示数减小cu2的数值不变，a1的示数减小du2的数值不变，a1的示数增大解析：选d.由知，由于原、副线圈的匝数不变，原线圈的输入电压不变，因此副线圈的输出电压不变当s闭合后，由于a2中的电流增大，即i2增大，由得i1i2，因此i1即a1的示数增大二、多项选择题8如图所示为一台理想变压器，初、次级线圈的匝数分别为n1400匝，n2800匝，连接导线的电阻忽略不计，那么可以确定()a这是一台降压变压器b这是一台升压变压器c次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的2倍d次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的一半解析：选bc.据变压器公式，u1/u2n1/n21/2，u22u1，变压器为升压变压器9如图所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是()a图中m是闭合的铁芯b发电机应与线圈相连，升高后的电压由c、d两端输出c电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈d变压器是根据电磁感应原理工作的解析：选ad.由题知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故为输入端即接发电机，为输出端，b错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以c项错，故选a、d.10如图所示，利用一理想变压器给一个电灯供电，在其他条件不变时，若增加副线圈的匝数，则()a灯亮度减小b电流表示数增大c电压表示数增大d变压器的输入功率不变解析：选bc.若增加副线圈的匝数，次级电压升高，电压表的读数增大，电灯的亮度增加，输出电流增加，输入电流也随输出电流的增大而增大，所以a错，b、c对变压器的输出功率增加，d错三、非选择题11一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，并接一个100 的负载电阻，如图所示(1)当原线圈接在44 v直流电源上时，电压表示数为_ v，电流表示数为_ a.(2)当原线圈接在220 v交流电源上时，电压表示数为_ v，电流表示数为_ a此时输入功率为_ w，变压器效率为_解析：(1)由变压器的工作原理知，变压器不能改变直流电压，故电压表示数、电流表示数均为零(2)由得：u2u1220 v44 v.i2 a0.44 a.p入p出i2u20.4444 w19.36 w效率100%.答案：(1)00(2)440.4419.36100%12如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压u13 300 v，副线圈的输出电压u2220 v，绕过铁芯的导线所接的电压表