2017-2018学年高中物理 第五章 交变电流 第节 变压器教学案

1、学必求其心得，业必贵于专精第4节 变压器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做变压器的效率。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。 一、变压器的原理 1变压器的构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图5。4.1所示。图5。41（1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈.(2）副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。2变压器的工作原理变压器工作的

2、基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈,由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3作用改变交变电流的电压.二、电压与匝数的关系1理想变压器没有能量损失的变压器，也是一个理想化模型.2电压与匝数的关系理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即:。3两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器.三、两种互感器1电压互感器把高电压变成低电压。它的原线圈并联在高压电路上，副线圈接入交流电压表,如图5.4.2甲所示。2电流互感器把大

3、电流变成小电流。原线圈串联在被测电路中，副线圈接入交流电流表，如图乙所示。图5。421自主思考-判一判(1）变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。(）（2）实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。（）(3）理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。()(4)理想变压器是客观存在的。（)(5)适用于任何理想变压器。（)2合作探究-议一议(1)如果把变压器接入直流电路，变压器能起到变压作用吗？提示：变压器是依据电磁感应工作的,因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路,原线圈中的电流不变，在铁芯中不会引起磁通量的变化，就没有互感现象出

4、现,变压器就起不到变压作用.(2）变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗？提示:不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线绕制而成；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线绕制而成。（3)变压器的铁芯为什么用薄硅钢片叠压而成?提示：为了减少损耗，变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样，涡流被限制在狭窄的薄片之中，回路的电阻很大，涡流大为减弱,从而减小了铁损。变压器的工作原理及规律1工作原理2基本规律（1)一原一副，p入p出,，（2)一原多副，p入p出，u1i1u2i2u3i3n1i1n2i2n3i3典例如图5。43所示,理想变压器原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 v

5、，6 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()图5。4.3a120 v，0.10 ab240 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:解析由于灯泡正常发光，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.答案d1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

6、副线圈，有，即电压关系仍成立。两个副线圈之间u满足. 1一理想变压器原、副线圈匝数之比n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图54.4所示.副线圈仅接入一个10 的电阻，则（）图5。44a流过电阻的电流是20 ab与电阻并联的电压表的示数是100 vc经过1 分钟电阻发出的热量是6103 jd变压器的输入功率是1103 w解析：选d由电压的有效值和最大值的关系得u1220 v。根据理想变压器电压与匝数的关系，得u2u1220 v100 v，故电压表的示数是100 v,b错误；i2 a10 a，a错误；1 分钟内电阻发出的热量qi2rt1021060 j6104 j，c错误；变压

7、器的输入功率等于输出功率，即p入p出u2i210010 w1103 w，故d正确.2（多选）(2016全国丙卷)如图5。4。5，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是()图5.4.5a原、副线圈匝数比为91b原、副线圈匝数比为19c此时a和b的电功率之比为91d此时a和b的电功率之比为19解析：选ad设灯泡的额定电压为u0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9u0，变压器原、副线圈的匝数比为91，选项a正确，选项b错误；由9u0iau0ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡

8、电流的9倍，根据pui，a、b灯泡的电功率之比为19,选项c错误，选项d正确。3。如图5。4.6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 v4 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（)图5。4。6a. a b。 ac。 a d。 a解析：选c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。理想变压器的动态变化 典例如图5。4。7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡l1和l2，输电线的等效电阻为r

9、。开始时，开关s断开。当开关s接通时，以下说法中不正确的是(）图54。7a副线圈两端m、n的输出电压减小b副线圈输电线等效电阻r上的电压增大c通过灯泡l1的电流减小d原线圈中的电流增大思路点拨 解析由于输入电压不变，所以当s接通时，理想变压器副线圈m、n两端输出电压不变。并联灯泡l2，总电阻变小，由欧姆定律i2知，流过r的电流增大，电阻上的电压urir增大。副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率i1u1i2u2得，i2增大，原线圈输入电流i1也增大。umn不变，ur变大，所以ul1变小,流过灯泡l1的电流减小。答案a理想变压器动态变化的两种情况(1）原、副线圈的匝数比不变，分析各物理量随

10、负载电阻的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是ri2p2p1i1.(2）负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈的匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2u2i2p2p1i1。 1。理想变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头q调节，在副线圈输出端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r，在原线圈上加一电压为u的交流电，如图5。4。8所示。下列情况可能出现的是()图5。4。8a若q位置不变，将p向上滑动，u变大b若q位置不变，将p向上滑动，电流表的读数变大c若p位置不变,将q向上滑动，电流表的读数变大d若p位置不变，将q向上滑动,变压器的输入功率不变解析：选c当理想变

11、压器的输入电压u,以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圈两端的电压也不变,a项错；由p出知r增大时，输出功率减小,又由p入p出得原线圈中的电流表读数要减小，b项错；q向上滑动时，u增大,而负载电阻不变，则输出功率要增大，即输入功率也要增大，原线圈中的电流就要增大，c项对，d项错.2。如图54。9所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使()图54。9a原线圈匝数n1增加b副线圈匝数n2减少c负载电阻r的阻值增大d负载电阻r的阻值减小解析：选d由，p出可得p出又因为p入p出,所以p入分析可得选项d正

12、确。3如图5。4。10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()图5。4。10a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的方向滑动解析：选d由于变压器原线圈的电压不变，因此电压表v1、v2的读数均不变，选项a、b均错误；由题意可知，该变压器起降压作用，选项c错误；由于副线圈的电压不变，电流表a2的示数增大,根据欧姆定律可知负载的电阻变小，所以滑动变阻器

13、连入电路的阻值变小,选项d正确。自耦变压器与互感器1自耦变压器图54。11甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈.如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。图5。4。11调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示.线圈ab绕在一个圆环形的铁芯上，ab之间加上输入电压u1,移动滑动触头p的位置就可以调节输出电压u2.2互感器(1)电压互感器：如图5。4。2甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表.互感器将高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压

14、。(2)电流互感器：如图5。42乙所示，原线圈串联在待测大电流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流。典例在变电所，经常要用交流电表去监测电网上的强电流,使用的仪器是电流互感器.如图所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是(）解析电流互感器是测电流的，应串联在火线上，故b、d错误.由变压器电流关系n1i1n2i2，要使i2i1，须n2n1，故a选项正确。答案a互感器的区分技巧(1）电压互感器是降压变压器，据，知n1n2。电流互感器是升压变压器，据，知n1n2.(2）区分电压互感器与电流互感器的三个标志测量仪器不同，前者后者。原

15、副线圈匝数关系不同。原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间,后者接在火线上。 1普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图5。4。12中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为icd,为了使电流表能正常工作,则()图54。12aab接mn、cd接pq,iabicdcab接pq、cd接mn，iabicd，电流表应接在电流较小的一侧，故选项b正确。2。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5。4。13所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1

16、900匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220 v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。0 kw。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（）图5.4。13a380 v和5.3 ab380 v和9。1 ac240 v和5.3 a d240 v和9。1 a解析：选b对理想变压器,原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流i1 a9.1 a,负载两端电压即为副线圈电压,由,即，可得u2380 v,故b对。1理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为()a每匝线圈中磁通量的变化率b交变电流的频率c原线圈的输入功

17、率和副线圈的输出功率d原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势解析：选d理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故a、c不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知,b不符合题意,选d。2将输入电压为220 v,输出电压为6 v的理想变压器改绕成输出电压为30 v的变压器，副线圈原来是30 匝，原线圈匝数不变，则副线圈新增匝数为（）a120 匝b150 匝c180 匝 d220 匝解析：选a由变压比，则，所以n11 100匝。当u230 v时，,所以n2150匝,故n2n2n2120匝。3在如图1所示的两电路中,当a、b两端与e、f两端分别加上2

18、20 v的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 v；若分别在c、d与g、h的两端加上110 v的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为（)图1a220 v,220 v b220 v,110 vc110 v,110 v d220 v，0解析：选b对变压器,根据可得uab220 v；对滑动变阻器来说,当gh间接上110 v电压时,ef间电压uef110 v，故b选项正确。4.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 v的正弦交流电源上，如图2所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为u，原、副线圈回路中电阻消耗的功率

19、的比值为k，则（）图2au66 v，k bu22 v，kc。 u66 v,k du22 v，k解析：选a设原线圈中电流为i1，原、副线圈电压比3，原、副线圈电流比，由欧姆定律可得，副线圈回路中电阻两端电压ui2r,联立解得u66 v.电阻消耗功率pi2r，由于,所以原、副线圈回路中电阻消耗功率的比值为，选项a正确。5.一输入电压为220 v，输出电压为36 v的变压器副线圈烧坏了，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3所示，然后将原来线圈接到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

20、分别为（）图3a1 100,360b1 100,180c2 200,180 d2 200，360解析：选b对新绕线圈的理想变压器,根据变压比公式得n11 100，变压器烧坏前,同理n2180，故b正确.6.如图4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(）图4au110 v，i0.2 abu110 v，i0。05 acu110 v，i0。2 adu110 v，i0。2 a解析：选a由于灯泡正常发光，故灯泡两端电压（即副

21、线圈两端电压）为u2220 v，通过灯泡的电流(即副线圈中的电流)为i20.1 a。根据理想变压器电压关系u1u2n1n2，得u1110 v，电流关系i1i2n2n1，得i0。2 a，则uu1110 v，ii10.2 a。故选项a正确。7.如图5所示,理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡l1和l2，输电线的等效电阻为r。开始时,开关s断开，当s闭合时，下列说法正确的是()图5a电压表示数变大 b灯泡l1更亮c电流表示数增大 d变压器的输出功率减小解析:选c当s闭合时，r中电流增大，电压表示数变小,灯泡l1变暗，变压器的输出功率增大，电流表示数增大,选项c正确，a、b、

22、d错误.8如图6所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为31，接在副线圈上的三只灯泡正常发光，则对于串联在原线图6圈上的灯泡l（)a比正常发光时的亮度更大b也能正常发光c比正常发光时的亮度更暗d无法判断其亮度变化情况解析：选b灯泡l的亮度如何,主要看灯泡l的实际功率多大,在本题中就是看通过灯泡l的电流如何变化.设每只灯泡的额定电流为i0,因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈中的电流i23i0,由得原线圈中的电流i1i2i0,恰为灯泡l的额定电流，因此灯泡l也正常发光。故b正确。9.如图7所示，变压器的输入电压u一定，两个副线圈的匝数是n2和n3.当把电热器接

23、a、b，让c、d空载时，电流表读数是i2；当把同一电热器接c、d，让a、b空载时，电流表读数是i3，则i2i3等于(）图7an2n3 bn3n2cn22n32 dn32n22解析:选c由变压比知，由p入p出知，当电热器接a、b，让c、d空载时，有ui2；当把同一电热器接c、d，让a、b空载时，有ui3,所以i2i3u22u32n22n32，故答案为c。10(多选)如图8甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定电压为u0的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为r,图中电压表为理想电表。下列说法正确的是(）图8a变压器输入电压的瞬时值为uumsin（v)b电压表的示数为 u0c变压器的输入功率为d变压器的匝数比为umu0解析：选ac由题图乙知，变压器输入电压的瞬时值为uumsin(v)，选项a正确；电压表的示数为u0，选项b错误；变压器的输入功率为，选项c正确；由变压器变压公式，变压器的匝数比为umu0，选项d错误.11.如图9所示，理想变压器b的原线圈跟副线圈的匝数比n1n221，交流电源电压u1311 sin 100t v，f为熔断电流为i01。0 a的保险丝，负载为一可变电阻。图9（1)当电阻r100