2019-2020學(xué)年高中物理 第3章 4 變壓器學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、四、變壓器 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道變壓器的基本構(gòu)造． 2．理解變壓器的工作原理．(難點(diǎn)) 3．學(xué)會(huì)用變壓器原、副線圈的電壓與兩線圈匝數(shù)的關(guān)系解決問(wèn)題．(重點(diǎn)) 4．知道常見(jiàn)的變壓器的類型及它們的應(yīng)用． 一、變壓器的結(jié)構(gòu) 1．結(jié)構(gòu) 如圖所示，實(shí)物是示教變壓器，它像各種變壓器一樣，主要由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈(也叫繞組)兩部分組成，鐵芯由硅鋼片疊合而成，線圈由漆包線繞成． 工作時(shí)，變壓器的一個(gè)線圈跟前一級(jí)電路連接，叫做原線圈，也叫初級(jí)線圈(初級(jí)繞組)；另一個(gè)線圈跟下一級(jí)電路連接，叫做副線圈，也叫次級(jí)線圈(次級(jí)繞組)． 2．作用 能改變交

2、變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率． 3．常用符號(hào) 如圖甲所示，是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原、副線圈構(gòu)成．圖乙是變壓器的符號(hào)． 甲　　　　　乙 二、變壓器為什么能改變電壓 1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)．當(dāng)原線圈通過(guò)電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向也都在不斷變化，通過(guò)鐵芯副線圈中的磁場(chǎng)也在不斷變化，于是副線圈內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 2．線圈的各匝導(dǎo)線之間是相互串聯(lián)的，每匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加在一起，就是整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．因此，在同一個(gè)鐵芯上，哪個(gè)線圈的匝數(shù)多，哪個(gè)線圈的電壓就高． 1．思考判斷 (1)變壓器主要由

3、鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成． (√) (2)變壓器不但能改變交流電壓，也能改變直流電壓． (×) (3)變壓器的原、副線圈是用導(dǎo)線連接在一起的，所以當(dāng)原線圈接交流電源時(shí)，副線圈有電流輸出． (×) (4)變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)． (√) (5)變壓器副線圈匝數(shù)多，則副線圈的電壓高． (√) (6)變壓器的輸入功率決定輸出功率，有P入＝P出． (×) 2．下面可以將電壓升高供給家用電燈的變壓器是(　　) C　[電壓升高，原線圈的匝數(shù)要少于副線圈的匝數(shù)，要接交流電，接直流電時(shí)變壓器不工作，故C正確．] 3．(多選)如圖所示為變壓器的示意圖，它被用來(lái)升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，下列

4、說(shuō)法中正確的是(　　) A．圖中M是閉合的鐵芯 B．發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈Ⅰ相連，升高后的電壓由c、d兩端輸出 C．電流以鐵芯為通路從一個(gè)線圈流到另一個(gè)線圈 D．變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 AD　[由題設(shè)知該變壓器為升壓變壓器，所以原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)，故Ⅱ?yàn)檩斎攵思唇影l(fā)電機(jī)，Ⅰ為輸出端，選項(xiàng)B錯(cuò)；鐵芯提供閉合的磁路，使電能先變成磁場(chǎng)能再在副線圈中變成電能，所以C項(xiàng)錯(cuò)．故選A、D.] 理想變壓器及其工作原理 1.理想變壓器的特點(diǎn) (1)變壓器變壓時(shí)不計(jì)能量損失，即輸入功率等于輸出功率． (2)原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻． 因?yàn)槔硐胱儔浩鞑挥?jì)一切電磁能量損失，因此，理

5、想變壓器的輸入功率等于輸出功率，一般實(shí)際變壓器都可以看成是理想變壓器． 2．變壓器的工作原理 電磁感應(yīng)現(xiàn)象．當(dāng)交變電流通過(guò)原線圈時(shí)，由于電流的大小和方向在不斷改變，所以鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化，這樣變化的磁場(chǎng)就在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于原、副線圈匝數(shù)不同，所以副線圈中輸出的電壓與原線圈中的電壓不同，這樣就達(dá)到了改變交流電壓的目的． 1．(多選)對(duì)一正在工作中的變壓器，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．副線圈中的電流是從原線圈中傳過(guò)來(lái)的 B．鐵芯是用來(lái)導(dǎo)電的 C．副線圈中電流變小，原線圈中的電流也一定減小 D．副線圈相當(dāng)于一個(gè)電源 CD　[原、副線圈及鐵芯間都是彼此絕緣的，鐵

6、芯是用來(lái)導(dǎo)磁的，故A、B錯(cuò)誤；由能量守恒知C正確；副線圈把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，給用電器提供電壓電流，相當(dāng)于一個(gè)電源，D正確．] 理想變壓器的規(guī)律 1.理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系 基本關(guān)系 功率關(guān)系 P入＝P出 電壓關(guān)系 ＝，與負(fù)載、副線圈的多少無(wú)關(guān) 頻率關(guān)系 f1＝f2(變壓器不改變交流電的頻率) 因果關(guān)系 (n1和n2 不變時(shí)) (1)由U2＝U1可知U1決定U2，即原線圈兩端電壓決定副線圈兩端的電壓 (2)由P入＝P出可知輸出功率決定輸入功率，功率按需分配 2.變壓器的種類 (1)升壓變壓器：n2＞n1時(shí)，U2＞U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器

7、叫升壓變壓器． (2)降壓變壓器：n2＜n1時(shí)，U2＜U1，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫降壓變壓器． 【例】　如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V　60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則(　　) A．電流表的示數(shù)為 A B．電源輸出功率為1 200 W C．電流表的示數(shù)為 A D．原線圈端電壓為11 V C　[由燈泡正常發(fā)光可知，副線圈電壓為220 V，由＝可知，原線圈電壓U1＝20×220 V＝4 400 V，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；又因輸入功率等于輸出功率，P1＝P2＝60 W，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電流表讀數(shù)為有效值，原線圈中電流

8、I1＝＝ A＝ A，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確．] [注意事項(xiàng)]　 (1)變壓器能改變交流電的電壓、電流，不能改變周期、頻率． (2)理想變壓器遵守能量守恒定律：P入＝P出． 2．如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表．現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光．若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則(　　) A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A C．U＝110 V，I＝0.2 A D．U＝110 V，I＝0.2 A A　[直接求出

9、副線圈中的電壓、電流分別為：220 V、0.1 A．故原線圈中的電壓、電流分別為110 V、0.2 A．] 1．下列關(guān)于變壓器的說(shuō)法中正確的是(　　) A．變壓器是把電能通過(guò)磁場(chǎng)能再次轉(zhuǎn)換成電能的裝置 B．變壓器的原、副線圈組成閉合回路 C．變壓器的鐵芯中產(chǎn)生交變電流 D．變壓器的副線圈中產(chǎn)生直流電 A　[變壓器就是將電能通過(guò)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，故A正確．變壓器是根據(jù)互感原理制成的，原、副線圈并不能構(gòu)成閉合回路，變壓器鐵芯中沒(méi)有電流但有磁通量的變化，在原、副線圈中的電流都是交流電，由此可知B、C、D錯(cuò)誤．] 2．一臺(tái)理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝20∶1，原線

10、圈接入220 V的交流電壓，副線圈向一電阻為110 Ω的用電器供電，則副線圈中的電流為(　　) A．2 A　　　　　 B．0.1 A C．0.5 A D．0.005 A B　[由＝得U2＝U1＝×220 V＝11 V，副線圈中電流為I2＝＝ A＝0.1 A，故選項(xiàng)B正確．] 3．(多選)理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為10∶1，以下說(shuō)法中正確的是(　　) A．穿過(guò)原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1 B．穿過(guò)原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等 C．原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之比為10∶1 D．正常工作時(shí)，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1 BD　[對(duì)理想變壓器，可以認(rèn)為無(wú)磁通量損漏，因而穿過(guò)兩個(gè)線圈的交變磁場(chǎng)相同，磁通量的變化率相同，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比；理想變壓器可以忽略熱損耗，故輸入功率等于輸出功率．故選B、D.] - 6 -