2019高中物理 第二章 交变电流 6 变压器学案 教科版选修3-2.doc

16 6变压器变压器学 习 目 标知 识 脉 络1了解变压器的构造2理解变压器的工作原理3理解理想变压器以及电压和匝数、电流和匝数之间的关系(重点、难点)4应用理想变压器解决实际问题(难点)自 主 预 习·探 新 知知识梳理一、变压器的结构与原理1变压器的结构变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，变压器的模型与符号如图 2­6­1 所示图 2­6­1(1)原线圈：与电源相连接的线圈，也叫初级线圈(2)副线圈：与负载相连接的线圈，也叫次级线圈2变压器的原理：当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过原线圈也穿过副线圈，在原、副线圈中产生感应电动势3能量传递电能从原线圈通过磁场传输给副线圈二、理想变压器的原副线圈中物理量之间的关系1电压关系：理想变压器的电压跟它们的匝数成正比公式：.U1 U2n1 n2当n1>n2时，则有U1>U2，叫降压变压器当n1n1，故 A 选项正确，B 选项错误合 作 探 究·攻 重 难理想变压器基本关系的理解与应用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.n1 n2n2U1 n12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I2n1 n2决定原线圈中的电流I1，即I1.n2I2 n1一理想变压器的原、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在 220 V 的正弦交流电源上，如图 2­6­3 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的比值为k，则( )4图 2­6­3AU66 V，k BU22 V，k1 91 9CU66 V，k DU22 V，k1 31 3思路点拨：解答本题应注意以下两点：变压器的输入电压不等于电源电压 220 V原、副线圈中的电阻相同A A 设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则 ，故k .设原线圈两I1 I2n2 n11 3I2 1R I2 2R1 9端的电压为U1，则 ，故U13U，而原线圈回路中电阻分担的电压为U，故U1 Un1 n23 11 33U220 V，解得U66 V选项 A 正确U 3公式及中的电压和电流一般指有效值，但也可以是最大值，但必须要对U1 U2n1 n2I1 I2n2 n1应. 针对训练1如图 2­6­4 所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 201，两个标有“12 V 6 W”字样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 2­6­4A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 AD D 灯泡正常工作，副线圈两端的电压U212 V，副线圈中的电流I22× A1 6 12A，根据匝数比得原线圈中的电流I1I20.05 A，原线圈两端的电压U120U2240 1 20V，选项 D 正确2用 220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是 110 V，通过负载的电流图像如图 2­6­5 所示，则 ( )5图 2­6­5A变压器输入功率约为 3.9 WB输出电压的最大值是 110 VC变压器原、副线圈匝数比是 12D负载电流的函数表达式i0.05sin A(100t 2)A A 根据理想变压器的输入功率等于输出功率，则P入P出P负110× W3.9 0.052W，故 A 选项正确；由于题干中变压器输出电压的数值是有效值，则变压器的输出电压的最大值应是 110 V，故 B 选项错误；根据理想变压器的变压比关系式可得，变压器2U1 U2n1 n2原副线圈匝数比 ，故 C 选项错误；根据题图可得，负载电流的函数表达式为n1 n2U1 U22 1iImsin，解得i0.05sin 100t A故 D 选项错误(2 Tt0)理想变压器的动态分析变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循电路规律首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析一般分为以下两种情况：(1)原、副线圈匝数比不变分析原、副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，输出和输n1 n2入功率P2、P1随负载电阻变化而变化的情况将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为U1，副线圈两端电压U2为定值，流过副线圈的电流I2随负载电阻(U2n2 n1U1)(I2U2 R)的减小而增大，变压器输出功率P2(P2U2I2)也随着增大，不计变压器损失的能量，则变压器输入功率P1(P1P2)也增大，流过原线圈的电流I1也增大进行动态分析的(I1P1 U1)顺序是U1U2U1I2P2I2U2P1P2I1.n2 n1U2 R能量守恒P1 U1(2)负载不变上述物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况一般情况下，如果原线圈输入电压U1和匝数n1不变，当副线圈匝数n2增大时，副线圈两端电压U2增大，流过副线圈的电流I2增大，变压器输出功率P2(P2U2I2)增大，(U2n2 n1U1)(I2U2 R)6则变压器的输入功率P1增大，流过原线圈的电流I1增大，反之，变化情况则相反(多选)如图 2­6­6 所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则( )图 2­6­6A保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小思路点拨：保持Q的位置不动，则原、副线圈匝数比不变保持P的位置不动，则负载电阻不变BCBC 保持Q的位置不动，则U2不变，将P向上滑动时，R接入电路的电阻变大，根据I2知，I2变小，由得I1也变小，即电流表读数变小，选项 A 错误，选项 BU2 R0RI1 I2n2 n1正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，U2变大，则根据P2知副线圈输出功U2 2 R0R率变大，由P1P2知，变压器原线圈输入功率P1变大，而P1I1U，输入电压U一定，I1变大，即电流表读数变大，选项 C 正确，选项 D 错误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RI2P出P入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、n2U2I2P出P入I1. 针对训练3.如图 2­6­7 所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡 L 供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则( )7图 2­6­7A小灯泡变亮B小灯泡变暗C原、副线圈两端电压的比值不变D通过原、副线圈电流的比值不变B B 由于家庭电路上理想变压器为降压变压器，故n1>n2，当原、副线圈减少相同的匝数时，其变压比变大，根据，U1一定，U2变小，故小灯泡变暗，选项 A 错误，n1 n2U1 U2n1 n2选项 B 正确；由知，原、副线圈电压的比值变大，选项 C 错误；根据，U1 U2n1 n2I1 I2n2 n1则通过原、副线圈电流的比值变化，选项 D 错误4(多选)如图 2­6­8 所示为一理想变压器S 为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑片，U1为变压器原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则( )图 2­6­8A保持U1及P的位置不变，S 由a合到b上时，I1将减小B保持P的位置及U1不变，S 由b合到a上时，R消耗的功率减小C保持U1不变，S 合在a处，使P上滑，I1将增大D保持P的位置不变，S 合在a处，若U1增大，I2增大BDBD S 由a合到b时，n1减小而U1不变，由可知，副线圈上的电压增大，负载U1 U2n1 n2R的电流I2增大，P2增大，又由于P1P2U1I1，故I1增大，A 项错误；同理 S 由b合到a时，P2减小，B 项正确；P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2可知U2 RI2减小，又由于n1、n2均不变，由可知I1将减小，故 C 项错误；当U1增大时，由I1 I2n2 n1可知U2也增大，I2增大，再由可知I1增大，故 D 项正确U1 U2n1 n2U2 RI1 I2n2 n18几种常见的变压器1.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图 2­6­9 所示图 2­6­92互感器交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器(多选)如图 2­6­10 所示，L1和L2是远距离输电的两根高压线，在靠近用户端的某处用电压互感器和电流互感器监测输电参数，在用电高峰期，用户接入电路的用电器逐渐增多的时候( )图 2­6­10A甲电表的示数变小 B甲电表的示数变大C乙电表的示数变小 D乙电表的示数变大ADAD 由图可知：甲是电压表，乙是电流表，所以甲是电压互感器，乙是电流互感器；在用电高峰期，用户接入电路的用电器逐渐增多的时候，副线圈总电阻变小，副线圈总电流变大，所以输电导线电流变大，输电导线电阻R不变，由UIR可知，电压损失变大，根据高压线上输出电压变小，根据匝数比等于电压之比，所以甲电表的示数变小，故 A 正确，B 错误；输电导线电流变大，所以乙电表的示数变大，故 C 错误，D 正确(1)电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路(2)电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2.(3)电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2. 9针对训练5(多选)图 2­6­11 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 ( )甲 乙图 2­6­11A线圈匝数n1n2，n3>n4C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CDCD 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，题图甲中的电表为电压表；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，n3U1，U2降低BU2>U1，U2升高CU2n2知U2<U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U1 U2n1 n2U2降低，C 项正确当 堂 达 标·固 双 基1(多选)关于理想变压器，下列说法正确的是( )A变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压10B实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器C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频率D输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能ABDABD 易知 A、B 正确；理想变压器无能量损耗，改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率，C 错误；变压器工作的原理是互感现象，输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能，D 正确2对理想变压器可作出的判断是( )A高压线圈匝数多、电流大、导线粗B低压线圈匝数少、电流小、导线细C高压线圈匝数多、电流大、导线细D低压线圈匝数少、电流大、导线粗D D 理想变压器中有U1I1U2I2且有，变压器电压较高的一边电流小，匝数多，I1 I2n2 n1导线细；则电压较低的一边电流大，匝数少，导线粗3如图 2­6­13 所示，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.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示下列说法正确的是 ( ) 【导学号：24622076】图 2­6­13AI1和I2表示电流的平均值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、I2变大C C 电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项 A、B 错误；滑片P向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，U2不变、I1变大，故 C 正确，D 错误4(多选)如图 2­6­14(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为 41，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图 2­6­14(b)所示下列说法正确的是 ( )11(a) (b)图 2­6­14A变压器输入、输出功率之比为 41B变压器原、副线圈中的电流强度之比为 14Cu随t变化的规律为u51sin 50t VD若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大BD 由题意知，变压器是理想变压器，故变压器输入、输出功率之比为 11，故 A 错误；变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即 ，故选项 B 正确；由题图(b)可I1I2n2n114知交流电压最大值 Um51 V，周期 T0.02 s，可由周期求出角速度的值为100 rad/s，则可得交流电压 u 随 t 变化的规律为 u51sin 100t V，故选项 C 错误；RT温度升 高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项 D 正确