最新教科版高中物理选修32第2章 第6节《变压器》学案Word文件下载.docx

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[要点提炼]

1．变压器的构造：

闭合铁芯、与交流电源相连接的线圈叫原线圈（匝数用n1表示,又叫做初级线圈）、与负载相连的另一个线圈叫副线圈（匝数用n2表示,又叫做次级线圈）,两个线圈都绕在闭合铁芯上．

2．变压器的工作原理是互感现象．因此变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用．（后两空填“变化”或“恒定”）

3．变压器中的电压关系

（1）只有一个副线圈：

＝.

（2）有多个副线圈：

＝＝＝….

4．变压器不能（填“能”或“不能”）改变交变电流的频率．

5．原、副线圈的地位

（1）原线圈在其所处回路中充当负载．

（2）副线圈在其所处回路中充当电源．

二、理想变压器中的功率关系及电流关系

1．什么是理想变压器？

理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？

答案　理想变压器的理想化条件一般指的是：

忽略原、副线圈内阻上的分压,忽略原、副线圈磁通量的差别,忽略变压器自身的能量损耗,所以理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入＝P出．

2．若只有一个副线圈,原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？

答案　由能量守恒定律,有P入＝P出,即U1I1＝U2I2,所以＝＝.

3．若有多个副线圈时,原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？

答案　若有多个副线圈P1＝P2＋P3＋…,即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…

将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入,得

n1I1＝n2I2＋n3I3＋…

1．理想变压器的特点：

（1）变压器铁芯内无漏磁,无发热损失．

（2）原、副线圈不计内阻,即无能量损失．

实际变压器（特别是大型变压器）一般可以看成理想变压器．

2．功率关系：

P入＝P出．

3．电流关系：

（1）若只有一个副线圈时,有I1U1＝I2U2,即＝；

（2）当有多个副线圈时,有I1U1＝I2U2＋I3U3＋…,

即I1n1＝I2n2＋I3n3＋…

三、理想变压器中各量的制约关系和动态分析

1．变压器工作时的制约关系

（1）电压制约：

当变压器原、副线圈的匝数比（）一定时,输入电压U1决定输出电压U2,即U2＝.

（2）功率制约：

P出决定P入,P出增大,P入增大；

P出减小,P入减小,P出为0,P入为0.

（3）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,副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1,即I1＝.

2．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,负载电阻变化,进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1；

（2）负载电阻不变,匝数比变化,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.

四、各种各样的变压器

1．自耦变压器

如图2所示,铁芯上只绕一个线圈,低压线圈是高压线圈的一部分,既可以作为升压变压器使用,也可以作为降压变压器使用．

图2

规律：

＝,＝.

2．电压互感器、电流互感器

（1）构造：

如图3甲、乙所示．

（2）接法：

电压互感器原线圈并联在高压交流电路中,副线圈接电压表；

电流互感器原线圈串联在被测交流电路中,副线圈接电流表．为了安全,外壳和副线圈应接地．

（3）作用：

电压互感器可将高电压变为低电压,通过测量低电压,计算出高压交流电路的电压．电流互感器将大电流变成小电流,通过测量小电流,计算出被测交流电路中的大电流．

图3

一、对变压器的原理的理解

例1　关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是（　　）

A．通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变

B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等

C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势

D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈

解析　I变化,则磁场变化,由于面积S不变,故Φ变化,A错误．因理想变压器无漏磁,故B、C正确．原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,故D错误．

答案　BC

二、理想变压器基本规律的应用

例2　理想变压器连接电路如图4甲所示,已知原、副线圈匝数比为10∶1,当输入电压波形如图乙时,电流表读数为2A,则（　　）

图4

A．电压表读数为282V

B．电压表读数为28.2V

C．输入功率为56.4W

D．输入功率为40W

解析　由题图乙可知,Um＝282V,则输入电压有效值U1＝≈200V．根据＝知,U2＝20V,再根据＝知,I1＝0.2A,输入功率P＝U1I1＝40W,故A、B、C错,D正确．

答案　D

三、理想变压器中的动态分析

例3　如图5所示为一理想变压器,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1为原线圈中的电流,则（　　）

图5

A．保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,I1将增大

B．保持U1及P的位置不变,K由b扳向a时,R消耗的功率减小

C．保持U1不变,K接在a处,使P上滑,I1将增大

D．保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,I1将增大

解析　保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,n1减小,增大,由U2＝U1知U2变大,则输出电流I2增大,输出功率增大,输入功率也增大,由P1＝U1I1知,I1增大,A正确．同理,K若由b扳向a,R消耗功率将减小,B正确．U1不变,K接在a处,使P上滑时,I2减小,I1也减小,故C错误．保持P的位置不变,K接在a处,使若

U1增大,则U2也增大,即I2＝增大,又＝,故I1也应增大,故D正确．

答案　ABD

例4　图6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图,下列说法中正确的是（　　）

图6

A．线圈匝数n1<

n2,n3<

n4

B．线圈匝数n1>

n2,n3>

C．甲图中的电表是电压表,输出端不可短路

D．乙图中的电表是电流表,输出端不可断路

解析　题图甲中的原线圈并联在电路中,为电压互感器,是降压变压器,n1>

n2,电表为电压表,输出端不可短路；

题图乙中的原线圈串联在电路中,为电流互感器,是升压变压器,n3<

n4,电表为电流表,输出端不可断路,故选项C、D正确．

答案　CD

1．（对变压器原理的理解）如图7所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时,电流表的示数是12mA,则副线圈中电流表的示数是（　　）

图7

A．3mAB．48mA

C．零D．与R阻值有关

答案　C

解析　当导线在平行导轨上匀速运动时,产生的电流是恒定的电流,不会使副线圈的磁通量发生变化,因而副线圈中无感应电流,选项C正确．

2．（理想变压器基本规律的应用）如图8所示,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（可视为理想电表）的示数分别是（　　）

图8

A．120V,0.10AB．240V,0.025A

C．120V,0.05AD．240V,0.05A

解析　灯泡正常工作,副线圈两端的电压U2＝12V,副线圈中电流I2＝2×

A＝1A,根据匝数比得原线圈中电流I1＝I2＝0.05A,原线圈两端的电压U1＝20U2＝240V,选项D正确．

3．（理想变压器中的动态分析）如图9所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u,其瞬时值表达式为u＝220sin（100πt）V,现把单刀双掷开关与a连接,则（　　）

图9

A．电压表的示数为22V

B．流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次

C．在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变大

D．若把单刀双掷开关由a扳向b时,保持滑动变阻器的触头P不动,电压表示数变大,电流表的示数变小

答案　AB

解析　理想变压器可以变压、变流,但不改变功率和频率,由交变电压的表达式可知,该交变电压的频率为50Hz,而产生交变电压的线圈每转一圈,其电流变向两次,故B正确；

电压表的读数是有效值,根据理想变压器的变压比等于匝数比可知,该电压表的读数为22V,A正确；

滑动变阻器的触头P向上移动,其接入电路的阻值减小,而变压器两端的电压不变,则电压表的读数不变,副线圈中的电流变大,则电流表的读数变大,C错误；

单刀双掷开关由a扳向b,变压器的原线圈的有效匝数减小,由＝可知,U2变大,变压器的输出功率和输入功率变大,故电压表和电流表的读数都变大,D错误.

题组一　对变压器原理的理解

1．如图所示四个电路,能够实现升压的是（　　）

解析　变压器只能对交变电流变压,不能对直流电流变压,故A、B错误；

由于电压与线圈匝数成正比,只有D能实现升压,故C错误,D正确．

2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,以下说法中正确的是（　　）

A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1

B．穿过原、副线圈每一匝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10∶1

D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1

答案　BD

解析　对于理想变压器,认为无磁通量损失,因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同,磁通量的变化率相等,每匝线圈产生的感应电动势相等,电压与匝数成正比,故A、C错误,B正确．理想变压器没有能量损失,故输入功率等于输出功率,故D正确．

题组二　理想变压器基本规律的应用

3.如图1所示,一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1100匝,接电压U1＝220V的交流电,副线圈接“20V　10W”的灯泡,灯泡正常发光,可知（　　）

A．副线圈的匝数n2＝200匝

B．副线圈中的电流I2＝0.5A

C．原线圈中的输入功率为10W

D．原线圈中的电流I1＝0.1A

解析　由于理想变压器的电压比等于匝数比,副线圈匝数n2＝100匝,A错误；

理想变压器的原、副线圈的功率相等,所以原线圈的输入功率为10W,C正确；

由功率P＝UI可得副线圈中的电流I2＝0.5A,原线圈中的电流I1＝I2≈0.045A,B正确,D错误．

4．