(通用版)2018-2019版高中物理 第二章 交变电流 2.6 变压器学案 教科版选修3-2.pdf
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1、6 6变压器变压器学习目标1.了解变压器的构造及几种常见的变压器 ,理解变压器的工作原理。 2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系,并能用它解决相关问题 .3。掌握理想变压器的功率关系,并能推导出原、副线圈的电流关系.一、变压器的结构与原理1。变压器的结构:变压器包括三个基本组成部分 ,一个铁芯及两组线圈 .两组线圈中的一组与电源相连,称为原线圈,也叫初级线圈;另一组接负载,称为副线圈,也叫次级线圈.2.变压器工作原理: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、副线圈中都产生感应电动势.二、理想变压器的电压与匝数的关系1
2、。理想变压器:理想变压器中,原、副线圈电流产生磁场的磁感线都集中在铁芯内,且没有能量损耗。2.理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比,即错误错误! !错误错误! !.三、理想变压器的电流与匝数的关系1.理想变压器的输入功率(选填“”、“”或“)输出功率,即U1I1U2I2。2.理想变压器的电流与匝数关系:只有一个副线圈时,错误错误! !错误错误! !.四、电压互感器和电流互感器1.电压互感器是一种降压变压器,它的初级并联在高压交流线路上,次级与交流电压表相连.2.电流互感器是一种升压变压器,它的原线圈串联在被测交流电路中,副线圈与交流电流表相连。即学即用1.判断下列说法的正误。(1)
3、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。()(2)输入交变电流的频率越高,输出交变电流的电压就越高.()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失。()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率.()2.一台理想降压变压器从 10 kV 的线路中降压并提供 200 A 的负载电流。已知两个线圈的匝数比为 401,则副线圈中的输出电压为_,输出功率为_,变压器原线圈中的电流为_。答案250 V50 kW5 A解析由错误错误! !错误错误! !,得U2错误错误! !错误错误! ! V250 V;由理想变压器功率关系,得P入P出U1I1U2I2250200 W50 kW,同时得I1错
4、误错误! !错误错误! ! A5 A。一、变压器的原理及电压与匝数的关系导学探究如图 1 所示,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上 ,一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端 ,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路,接通电源,小灯泡能发光。图 1(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光?(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗?如果不相等,与什么因素有关?(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗?为什么?答案(1)当左边线圈加上交流电压时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右线圈中会产生感应电动势,
5、右线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光.(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率错误错误! !都相同,若左边匝数为n1,则U1E1n1错误错误! !。若右边匝数为n2,则U2E2n2错误错误! !,故有错误错误! !错误错误! !;若忽略左边线圈的电阻则有U1U电源,这样看来只要n1n2,小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等。小灯泡两端的电压,即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关.(3)不发光,因为无法在副线圈中产生感应电动势。知识深化1.变压器能改变交变电压、交变电流,但不能改变恒定电压、恒定电流。2.变压器不能改变交流电的频率与功率。3.变压器原、副线圈中电压关系(1)只有
6、一个副线圈:错误错误! !错误错误! !(2)有多个副线圈:错误错误! !错误错误! !错误错误! !例 1关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是()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答案C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,故磁通量变化,A 错误;因理想变压器无漏磁,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电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故 D 错误。二、理想变压器原、副线圈的功率关系
7、和电流关系导学探究阅读教材回答下列三个问题:(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?(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.(3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系。答案(1)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)由能量守恒有P入P出,即U1I1U2I2。所以 错误错误! !错误错误! !。(3)若有多个副线圈,则P1P2P3,即U1I1U2I2U3I3将U1U2U3n1n2n3代
8、入得I1I2n1I1n2I2n3I3知识深化1。电流关系(1)只有一个副线圈时,有U1I1U2I2,得:n1I1n2I2,即错误错误! !错误错误! !。(2)当有多个副线圈时,由I1U1I2U2I3U3得:n1I1n2I2n3I3.2。功率关系从能量守恒看,理想变压器的输入功率等于输出功率P入P出。例 2如图 2 所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1n221,和 均为理想电表,灯泡电阻RL6 ,AB两端电压u112错误错误! !sin 100t(V).下列说法正确的是()图 2A。电流频率为 100 HzC.的读数为 0.5 A答案D解析根据u112错误错误! !sin 100t(V)及U错
9、误错误! !知U112 V,f错误错误! !50 Hz,选项 A 错误;根据错误错误! !错误错误! !得U2错误错误! !U1错误错误! !12 V6 V,即的读数为 6 V,选项 B 错误;又B。 的读数为 24 VD。变压器输入功率为 6 WI2错误错误! !错误错误! ! A1 A,即的读数为 1 A,选项 C 错误;根据P入P出及P出错误错误! !错误错误! !W6 W,选项 D 正确。1。电压表、电流表示数均为有效值。2.理想变压器P入P出.3.变压器不改变频率,即原、副线圈交变电流频率相等.三、理想变压器的动态分析1.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约:输入电压U1决定输出
10、电压U2,当变压器原、副线圈的匝数比错误错误! !一定时,有U2错误错误! !。(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:副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1,当变压器原、副线圈的匝数比错误错误! !一定,且输入电压U1确定时,有I1错误错误! !。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,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.例 3(多选
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