高中教育高中物理第二章交变电流第6节变压器学案粤教版选修3Word格式文档下载.docx
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(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.
1.变压器也可能改变恒定电压.(×
)
2.变压器的原理是一种电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流.(√)
3.变压器原线圈相对电源而言起负载作用,而副线圈相对负载而言起电源作用.(√)
原、副线圈是否通过铁芯导通?
【提示】 不是.都绕在同一绝缘铁芯上.
在课外,某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时,发现缺少电源,于是就用一种摩托车的蓄电池代替,按图261进行实验.
图261
探讨1:
闭合开关后,灯泡是否发光?
【提示】 因蓄电池是直流电源,向外输出恒定电压,故连接到副线圈上的小灯泡不会发光.
探讨2:
解释出现这种现象的原因.
【提示】 恒定电压加在原线圈上后,原线圈内的磁通量不发生变化,因而副线圈中的磁通量也不发生变化,所以E=n=0。
故副线圈中无感应电动势.
对变压器工作原理的理解
图262
1.变压器的变压原理是电磁感应.如图262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、副线圈中都要产生感应电动势.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.
1.(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
【解析】 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.
【答案】 ABC
2.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )
【导学号:
97192085】
A.通有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不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使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】 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,A错误;
因理想变压器无漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;
由互感现象知C正确;
原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈的电能,原、副线圈通过磁联系在一起,故D错误.
【答案】 C
3.(多选)如图263所示为汽油机中点火装置的示意图,它使用的是12V直流电源,在变压器的输出端却可得到高达10000V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( )
图263
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
【解析】 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。
【答案】 BC
变压器理解的四点注意
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.
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:
n2>
n1,能使电压升高的变压器叫做升压变压器;
n2<
n1,能使电压降低的变压器叫做降压变压器.
1.原线圈中输入的电流,随着副线圈中的输出电流的增大而增大.(√)
2.原线圈输入的电压,随着副线圈中的输出电流的增大而增大.(×
3.当副线圈空载(断路)时,原线圈中无电流.(√)
4.当副线圈空载时,原线圈上电压为零.(×
变压器线圈中的电流越大,应当用越粗的导线.在街上经常见到的往用户送电的变压器是降压变压器,它的原线圈和副线圈哪个应用较粗的导线?
为什么?
【提示】 副线圈应用较粗的导线.将该变压器视为理想变压器,输送功率保持不变,又由于是降压变压器,因此副线圈的电流要大于原线圈的电流.所以,副线圈应用较粗的导线.
实验仪器:
学生电源(低压交流12V),可拆变压器,多用表(交流电压挡),电路图如图264所示.
实验过程:
①保持原线圈的匝数n1和电压U1不变,改变副线圈的匝数n2,研究n2对副线圈的电压U2的影响,n1=200匝,U1=12V。
1
2
3
4
5
n2/匝
100
80
60
50
40
U2/V
5。
9
4。
7
3。
2。
图264
②保持副线圈的匝数n2和原线圈的电压U1不变时,改变原线圈的匝数n1,研究n1对副线圈电压U2的影响,n2=40匝,U1=12V。
n1/匝
120
U2/V
9。
7。
变压器线圈两端的电压U1、U2与原、副线圈的匝数n1、n2的关系.
【提示】 =。
对于理想变压器,只有一组副线圈的情况下,原线圈和副线圈的电流跟它们的匝数的关系.
因为P1=P2,即I1U1=I2U2,又=,所以推导出=。
1.理想变压器的变压(变流)规律
规律表示
依据
备注
变压规律
=
…
E=n
适于一个原线圈及多个副线圈的情况
功率关系
P入=P出
能量守恒
适于理想变压器
变流规律
U1I1=U2I2
适于一个原线圈,一个副线圈
n1I1=n2I2+
n3I3+…
+U3I3+…
适于一个原线圈,多个副线圈
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
R→I2→P2→P1→I1。
(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、n2→U2→I2→P2→P1→I1。
4.机床上的照明电灯用的电压是36V,是将220V电压经变压器降压得到的.若电灯功率是40W,可正常发光,则该变压器原、副线圈中的电流分别为
( )
A.5。
5A,0。
9AB.0。
18A,1。
1A
C.5。
5A,1。
1AD.0。
15A,0。
9A
【解析】 I2==A=1。
1A,又P1=P2,则I1==A=0。
18A,故B正确.
【答案】 B
如图265所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220V 60W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则( )
图265
A.电流表的示数为A
B.电源输出功率为1200W
C.电流表的示数为A
D.原线圈端电压为11V
【解析】 由灯泡正常发光,可知副线圈电压为220V,由=可知,原线圈电压U1=20×
220V=4400V,D错;
又因输入功率等于输出功率,P1=P2=60W,故B错;
电流表读数为有效值,原线圈中电流I1==A=A,故A错,C正确.
6.(多选)如图266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266
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,若U1增大,则U2也增大,即I2=增大,则P2增大,P1=P2,故I1也应增大,故D正确.
【答案】 ABD
7.一自耦变压器如图267所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈.在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2。
在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中( )
图267
A.U2>U1,U2降低B.U2>U1,U2升高
C.U2<U1,U2降低D.U2<U1,U2升高
【解析】 a、b间作为原线圈(匝数不变)接电压为U1的交变电流,在滑动触头由M点移动到N点的过程中,相当于副线圈的匝数变少,由变压器工作原理=知,U1>U2,且U2降低,选项C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.
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