2019-2020学年高中物理 第二章 交变电流 第6节 变压器学案 教科版选修3-2

第六节变压器1 .了解变压器的结构，了解变压器的工作原理.2.理解理想变压器原、副绕组中的电压与圈数的关系，并应用它来解决问题.重点难点)3.探讨理想变压器原、副绕组中的电流与圈数的关系，并应用它来解决问题.一、变压器的结构和原理1 .结构：一个铁心和两组线圈。 与电源连接的一组线圈称为初级线圈，也称为初级线圈的另一组接地负荷也称为次级线圈，也称为次级线圈。 如图甲、乙所示，分别表示变压器模型和符号2、工作原理：变压器工作的基础是电磁感应现象变压器能改变直流(恒流)电压吗？提示：没有。 变压器基于电磁感应工作，只能在交流电路上工作。 变压器一进入直流电路，初级线圈的电流就不变化，铁心不发生磁通的变化，不出现互感现象，变压器没有变压作用二、变压器电压与匝数的关系1 .理想变压器没有泄漏磁通(磁通集中在铁心内)和发热损失(没有原、副绕组及铁心上电流的热效应)的变压器，即没有能量损失的变压器称为理想变压器.2 .理想的变压器原理，副绕组两端的电压与它们的匝数成比例，即=三、电流与圈数的关系=(仅适用于一个副线圈)四、变压器和变流器1 .变压器：如图a所示，是降压变压器，初级线圈与高压电路并联连接，次级线圈与电压计连接，变压器将高压变为低压，利用电压计测定低电压，能够合并匝数比来计算高压电路电压.如图2所示，初级线圈与测量出高电流电路串联连接，次级线圈与电流计连接，变流器将大电流变为小电流，利用电流计测量小电流，能够合并匝数比来计算大电流电路的电流.变压器高电压线圈的匝数多、导线细、低电压线圈的匝数少、导线粗是区别高、低电压线圈的方法理想变压器工作时的几个关系1 .电压关系如果将理想变压器原、副绕组的匝数分别设为n1、n2，则在一次绕组的两端施加交变电压u1，将副绕组的输出电压设为u2 .同样，在存在几个副线圈的情况下，=2 .电力关系根据能量守恒定律，对于没有能量损耗的理想变压器，输入功率等于输出功率，即，p输入=p输出。 在只有一个副绕组情况下，p1=p2； 存在多个子线圈时p1=p2 p3 3 .电流关系根据电力关系，在次级线圈只有一组情况下，i1u1=i2u2得=。如果存在一些子线圈，则i1u1=i2u2 i3u3 根据耦合电压与圈数的关系，i1n1=i2n2 i3n3 (1)变压器能够改变交变电流的电压，不能改变交变电流的周期和频率(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最大值)之间的关系，对于某时刻的瞬时值，该关系不成立。命题视角一副绕组只有一个的变压器如图甲所示，理想变压器原、副绕组匝数比为n 1n2=21，功率计为理想功率计，两电阻值均为1，c为电容器，破坏电压为v .图乙是原线圈两端的输入电压与时间的关系图像.a .输入电压的频率为50 hz，通过变压器并通过电阻的交流电的频率为25 hzb.s关闭时电压表的显示数为1.41 v，电流表的显示数为0.35 ac.s关闭时电压表的显示数为1 v，电流表的显示数为0.25 ad .关闭开关s将导致电容器损坏问题解决的探索 (1)变压器能改变交流电的频率吗？(2)电显示数据是交流的有效值(3)电容器的破坏电压为最大值。如果从分析图中得知t=0.02 s，则f=50 hz，变压器不改变交流电的频率，因此输出交流电的频率保持50 hz，因此a错误。 在s断开时，从=可知，电压表显示数u2=u1=1 v、i2=0.5 a，另外=，电流计的显示数i1=i2=0.25 a，因此b项错误，c项正确.开关s闭合前右端电阻r的两端电压的最大值为v，开关s闭合后， 当电容器c和右端电阻r并联时，并联总电阻小于1，电容器两端的最大电压小于v，电容器的破坏电压为v，因此电容器不能破坏，d项错误.答案 c命题视角2多个副绕组的变压器如图所示，1台具有2个副绕组变压器是1次绕组的圈数n1=1 100圈，进入电压u1=220 v的电路.(1)对2个副绕组分别求出电压u2=6 v、u3=110 v，它们的圈数n2、n3分别是多少(2)两个副线圈分别连接“6 v、60 w”、“110 v、60 w”的2个电气设备，原线圈的输入电流是多少熟练地掌握理想变压器中存在多个副绕组时的基本关系(电压、电流、电力关系)是解决这样的问题的关键解析 (1)根据原、副线圈间的电压与圈数的关系，n2=n1=1 100圈=30圈n3=n1=1 100圈=550圈(2)设原线圈输入电流为i1，由p输入=p得到i1u1=i2u2 i3u3=p2 p3i1=a0.36 a(1) 30圈550圈(2)0.36 a无论有多少个副绕组，不管副绕组是否与电气设备连接，=，但是，=只有在副绕组为一个、n2有负载的情况下才成立，在多个副绕组有负载的情况下，必须应用能量保存p来解决问题1.(多回答)如图所示，将额定电压为60 v的电气设备通过理想变压器与正弦交变电源连接。 在关闭开关s之后，电气设备正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想功率表)的显示数量分别为220 v和2.2 a。 以下判断是正确的()a .变压器的输入功率为484 wb .通过原级线圈的电流有效值为0.6 ac .通过次线圈的电流最大值为2.2 ad .变压器原、副绕组匝数比n1n2=113分析：用bd .变压器的变压规则=、变流规则=、正弦交变电流有效值与峰值的关系i=、电力式p=iu和理想变压器的特征p1=p2解决问题。 变压器输入功率p1=p2=i2u2=2.260 w=132 w，选项a错误=因此=，选项d正确=因此i1=i2=2.2 a=0.6 a，选项b由正确的i=得到的次级线圈上的电流的最大值i2m=i2=2.2 a，选项c错误理想变压器的动态分析问题动态分析理想变压器的两种常见情况1 .分析原、副绕组的匝数比不变，各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，动态分析的顺序如下ri2p2p1i1。2 .负载电阻不变，分析各物理量随卷数比的变化而变化的情况，进行动态分析的步骤n1、n2u2i2p2p1i1命题视角一负荷变化引起的电路变化分析如图所示，在理想的变压器的副绕组上，经由输电线连接两根相同的灯泡l1和l2，向输电线的等效电阻为r、初级线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关s闭合时，如下正确a .原级线圈中电流减少b .副线圈输出电压减少c.r两端电压变大d .原级线圈的输入功率减少构想点拨号在解决本问题时，需要理解电路的结构，正确理解原子、副线圈的功率、电压、电流的关系原线圈输入电压恒定，次级线圈的输出电压恒定，当b误差开关s闭合时，电路中的总电阻减少，总电流和总功率变大，原线圈中的电流和输入功率都变大，r两端的电压变大，因此c正确，a、d错误.答案 c理想变压器动态问题的处理方法(1)首先，包含输入电压u1决定输出电压u2这三个决定原则输出电流i2决定输入电流i1的输出功率p2决定输入功率p1 .(2)以副线圈为电源，研究副线圈电路的电阻变化(3)根据闭合电路欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化.(4)根据理想的变压器变压规则、变流规则和功率规则，判断原线圈电流的变化和输入功率的变化命题视角2原、副线圈匝数比变化引起的电路变化分析如图所示，在变压器的初级线圈上连接电压恒定的交流电，能够通过以下的对策减少电流显示数()a .只把s 1从2拨到1b .只把s 2从4转到3c .仅关闭s 3，然后断开d .仅将压敏电阻r2的折动件向上移动分析如果仅将s 1从2转到1，则原线圈匝数减少，输出电压变大，因此输出电流变大，作为输入电流的电流表的显示数也变大，因此，如果仅将a误差s2从4转到3，则副线圈的匝数减少，输出电压变小，因此输出电流变小，输入电流变小b在仅闭合正确s3之后断开，至少一个支路、电压不变，总电阻变大，输出功率变小时，输入功率也变小，电流计的显示数减少，因此c在仅使正确的可变电阻r2的折动触头向上移动时，负载的总电阻变大，输出电流变小答案 bcd2 .如图所示，在理想变压器的初级线圈上连接理想交流电流计，次级线圈的匝数可以由折动触头q调节，在次级线圈的两端连接一定的电阻r0和折动电阻r，p是折动电阻器的折动触头。 对原级线圈施加电压u的正弦交流时()在a.q的位置不动的状态下，向上滑动p，则电流计的读取值变大在b.q的位置不动的状态下向上滑动p，电流计的读取值变小c .在p的位置不动的情况下，向上滑动q，电流计的读数就会变大如果在d.p的位置不动的状态下向上滑动q，则电流计的读取值变小解析：如果bc.q的位置不移动，则u2不变化，将p向上滑动时，r访问电路的电阻变大，i2=则i2变小，从=到i1也变小，即电流计的读取变小，选项a错误，选项b保持正确的p位置u2变大时，根据p2=副线圈输出变大，根据p1=p2，变压器原线圈输入功率p1变大，与此相对，在p1=i1u时，输入电压u一定，i1变大，即电流计的读取变大，选择项c正确，选择项d错误几种常见变压器1 .自耦变压器如图所示，在铁心上仅卷绕一个线圈，低压线圈是高压线圈一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用.规则：=，=.2 .变压器(1)结构：小型降压变压器，如图1所示.(2)连接法：初级线圈与高压电路并联连接，次级线圈与电压表连接。 为了安全起见，外壳和次级线圈必须接地(3)作用：通过将高电压变为低电压，测定低电压，计算高压电路电压.3 .电流互感器(1)结构：小型升压变压器，如图2所示.(2)连接法：原线圈与被测量电路串联连接，次级线圈与电流计连接，为了安全起见，壳体和次级线圈必须接地.(3)作用：将大电流变为小电流，测量小电流，由此计算出被测量电路中大电流.在图示的电路中，t是降压式自耦合调压变压器，最初灯l正常地发光，但是现在电源电压u稍微下降，为了使灯l能够正常地发光，可以采用()a .适当滑动自耦合调压变压器的滑块pb .适当降低自耦合调压变压器的滑块pc .适当增大滑动电阻器r2电阻值d .适当减小滑动电阻器r2电阻值解析仅通过将负载的总电阻保持为一定，并稍微降低电源电压u，将输出电压u2保持为一定，以使l能够正常发光，就能够得到变压比=、u2=u，因此应该增大n2，滑块p应该适当滑动，选择项a正确，选择项b发现错误的圈数施加到l两端的电压必须恒定，以便u2减小，l能够正常发光，施加到r1两端的电压必须减小，总电流必须减小，负载的总电阻必须增大，r2必须增大，选择c是正确的，选择d是错误的答案交流电(多回答)变流器和变流器如图所示。 在此，n1、n2、n3、n4分别为4组线圈的圈数，a、b为2个交流电表()a.a是电流互感器，且n1n2，a是电压表c.b是电流互感器，n3n4，b是电压表由问题图可知，a为变流器，b为变流器，因此a为电流计，b为电压计，a为i1n1=i2n2，为了使大电流变小，需要n2n1； 在b中，为了使=高电压成为低电压，需要n3n4； 由以上可知，选择项a、d是正确.答案ad如图所示，理想变压器有2个副绕组，l1、l2是“8 v、10 w”尺寸的灯泡，l3、l4是“6 v、12 w”尺寸的灯泡，在变压器的输入电压为u1=220 v的情况下，4个灯泡正常发光，如果初级线圈的匝数为n1=1 100匝(1)副线圈n2、n3卷数(2)电流计的读取值分析 (1)从变压器的原理可以看出n1:n2:n3=u1:u2:u3时，n2=n1=1 100圈=40圈n3=n1=1 100圈=60圈(2)从输入功率与输出功率相等可知i1u1=2pl2 2pl3i1=a=0.2 a .(1) 40回合60回合(2)0.2 a1.(多回答)理想的变压器正常工作时，原、副绕组必定有相同的物理量()a .每1匝线圈的磁通量变化率b .交变电流频率c .原级线圈的输入功率和次级线圈的输出功率d .原级线圈的感应电动势和次级线圈的感应电动势分析：选择abc .理想变压器，改变电压、电流，不改变频率、功率、磁通和磁通的变化率2 .一电器变压器可视为理想变压器，220 v交变电流改为110 v。 已知变压器的初级线圈匝数为800，副线圈匝数为()a.200b.400c.1 600d.3 200解析：选择b .理想变压器原子绕组电压与圈数的关系=、n2=400，选择b正确3 .如图所示，可提高电压供给家用电灯的变压器为()a .甲图b .乙图c .丙图d .丁图解析：由于向c .甲、丁图的中原线圈输入恒定电流，变压器不工作，因此在a、d错误的b图中，由于原线圈的匝数比次级线圈的匝数多，