3、器叫作降壓變壓器．
1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)我們所用的比較好的變壓器就是理想變壓器．(×)
(2)理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等．(√)
(3)輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高．(×)
(4)變壓器能改變所有電流的電壓．(×)
(5)我們可以根據(jù)變壓器線圈導(dǎo)線的粗細(xì)判斷其匝數(shù)的多少．(√)
2．(多選)理想變壓器的原、副線圈中一定相同的物理量有( )
A．交流電的頻率 B．磁通量的變化率
C．功率 D．交流電的峰值
ABC [理想變壓器沒有漏磁，沒有能量損失，所以原、副線圈中磁通量變化率相同，原、副線圈中功率相
4、同，B、C正確；變壓器能改變交流電的峰值但不改變交流電頻率，A正確，D錯誤．]
3．一臺理想變壓器的原線圈接220 V正弦交流電壓時(shí)，副線圈上僅接有阻值為10 Ω的電阻，電阻兩端的電壓為44 V．若將副線圈的匝數(shù)增加100匝，則通過副線圈上此電阻的電流增加1.1 A．由此可知該變壓器原線圈的匝數(shù)為( )
A．200 B．2 000
C．50 D．500
B [由題意知，當(dāng)副線圈匝數(shù)增加100匝時(shí)，電阻上的電壓U2′＝U2＋ΔIR＝44 V＋1.1×10 V＝55 V
又由＝，＝，可得，
＝，＝
解得n1＝2 000，故B正確．]
對變壓器原理的理解
5、
1.變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)．如圖所示，當(dāng)原線圈上加交流電壓U1時(shí)，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢．
2．由于互感現(xiàn)象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈．
3．能量轉(zhuǎn)換方式為原線圈電能→磁場能→副線圈電能．
【例1】 (多選)如圖所示為汽油機(jī)中點(diǎn)火裝置的示意圖，它使用的是12 V直流電源，在變壓器的輸出端卻可得到高達(dá)10 000 V的高壓，開關(guān)是自動控制的，欲使副線圈兩端得到一個高壓
6、，應(yīng)使( )
A．開關(guān)總處于接通狀態(tài) B．開關(guān)在接通時(shí)斷開
C．開關(guān)在斷開時(shí)接通 D．開關(guān)總處于斷開狀態(tài)
BC [欲使副線圈兩端得到一個高壓，必須使變壓器鐵芯中的磁通量發(fā)生變化，即原線圈中的電流必須發(fā)生變化，只有在開關(guān)閉合、斷開瞬間原線圈中電流才有變化，故選B、C.]
(1)變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用．
(2)變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的．
(3)變壓器不能改變交變電流的頻率．
(4)若直流電的電壓是隨時(shí)間變化的，也可以用變壓器改變電壓．
1．如圖所示，甲圖中兩導(dǎo)軌不平行，而乙圖中兩導(dǎo)軌平行，其余物理?xiàng)l件都相同
7、，金屬棒MN正在導(dǎo)軌上向右做勻速運(yùn)動，在金屬棒運(yùn)動過程中，將觀察到( )
甲 乙
A．L1、L2都發(fā)光，只是亮度不同
B．L1、L2都不發(fā)光
C．L2發(fā)光，L1不發(fā)光
D．L1發(fā)光，L2不發(fā)光
D [甲圖右側(cè)線圈中感應(yīng)電動勢的大小時(shí)刻變化，在甲圖的右側(cè)線圈中形成變化的電流，能發(fā)生電磁感應(yīng)，在左側(cè)線圈和燈L1中產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈L1發(fā)光．乙圖右側(cè)線圈中感應(yīng)電動勢恒定不變．在乙圖的右側(cè)線圈中形成恒定不變的電流，不能在左側(cè)線圈和燈L2回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈L2不發(fā)光．正確選項(xiàng)為D.]
理想變壓器的規(guī)律
1．電動勢關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中
8、每一匝線圈都具有相同的，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E1＝n1，E2＝n2，所以＝.
2．電壓關(guān)系：由于不計(jì)原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以＝.當(dāng)有n組線圈時(shí)，則有：＝＝…
3．功率關(guān)系：對于理想變壓器，不考慮能量損失，P入＝P出．
4．電流關(guān)系：由功率關(guān)系，當(dāng)只有一個副線圈時(shí)，I1U1＝I2U2，得＝＝.當(dāng)有多個副線圈時(shí)，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…得I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋…
5．升壓、降壓變壓器
n1n2
升壓變壓器 降壓變壓器
【例2】 如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為20∶1，兩
9、個標(biāo)有“12 V 6 W”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端．當(dāng)兩燈泡都正常工作時(shí)，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想的)的示數(shù)分別是 ( )
A．120 V,0.10 A B．240 V,0.025 A
C．120 V,0.05 A D．240 V,0.05 A
思路點(diǎn)撥：解答本題時(shí)可按以下思路分析：
D [由于燈泡正常發(fā)光，所以U2＝12 V，
根據(jù)＝解得U1＝240 V；
兩個燈泡均正常發(fā)光，I2＝2＝1 A，
根據(jù)＝解得I1＝0.05 A，故D正確．]
1．理想變壓器不改變交變電流的周期和頻率．
2．(1)＝，無論副線圈一端是空載還是有負(fù)載，都是適
10、用的．
(2)輸出電壓U2由輸入電壓U1和原、副線圈的匝數(shù)比共同決定．
由＝得，＝＝.
(3)若變壓器有多個副線圈，有＝，＝，…，即電壓關(guān)系仍成立．
訓(xùn)練角度1：理想變壓器規(guī)律的應(yīng)用
2．某理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55∶9，原線圈所接電源電壓的變化規(guī)律如圖所示，副線圈接有負(fù)載．下列判斷正確的是( )
A．輸出電壓的最大值為36 V
B．原、副線圈中電流之比為55∶9
C．該理想變壓器的輸入、輸出功率之比為55∶9
D．交流電源電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz
D [由圖象可知電源電壓的有效值U1＝＝220 V，頻率f＝＝50 Hz，D正確；輸出電壓的有效值
11、U2＝U1＝36 V，故輸出電壓的最大值U2max＝36 V，A錯誤；由于＝＝，B錯誤；理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，C錯誤．]
訓(xùn)練角度2：多個副線圈的理想變壓器
3．如圖所示，理想變壓器原線圈匝數(shù)為n1＝1 000匝，兩個副線圈匝數(shù)分別為n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6 V 2 W”的燈泡，L2是“12 V 4 W”的燈泡，當(dāng)原線圈接正弦交變電流時(shí)，兩燈泡均正常發(fā)光，那么原線圈中的電流為( )
A. A B. A
C. A D. A
C [由電壓關(guān)系＝＝
解得U1＝120 V，
原線圈的輸入功率為P入＝U1I1＝PL1＋PL2
解得I1＝ A，C正
12、確．]
理想變壓器動態(tài)問題分析
1．電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比()一定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝.
2．電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比()一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝.
3．負(fù)載制約：(1)變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2＝P負(fù)1＋P負(fù)2＋…
(2)變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定，I2＝；
(3)總功率P入＝P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的．
4．對理想變壓器進(jìn)行動態(tài)分析的兩種常見情況
(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而
13、變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1.
(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
【例3】 如圖所示電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器．現(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，則下列說法正確的是( )
A．電壓表V1示數(shù)增大
B．電壓表V2、V3示數(shù)均增大
C．該變壓器起升壓作用
D．變阻器滑片是沿c→d的方向滑動
思路點(diǎn)撥：①原副線
14、圈兩端電壓是否變化？②A2增大，說明電阻如何變化？③由＝＝得＝，求.④V3示數(shù)的變化根據(jù)U3＝U2－I2·R0判斷．
D [電壓表V1的示數(shù)和a、b間電壓的有效值相同，滑片滑動時(shí)V1示數(shù)不變，選項(xiàng)A錯誤；電壓表V2測量的電壓為副線圈兩端的電壓，原、副線圈匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故V2示數(shù)不變，V3示數(shù)為V2示數(shù)減去R0兩端電壓，副線圈中電流增大，易知R0兩端電壓升高，故V3示數(shù)減小，選項(xiàng)B錯誤；理想變壓器U1I1＝U2I2，則U1ΔI1＝U2ΔI2，ΔI2>ΔI1，故U2
15、變壓器動態(tài)問題的處理方法
(1)首先抓住三個制約關(guān)系：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出電流I2決定輸入電流I1；輸出功率P2決定輸入功率P1.
(2)把副線圈當(dāng)作電源，研究副線圈電路電阻變化．
(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判定副線圈電流的變化、功率的變化．
訓(xùn)練角度1：負(fù)載變化引起的電路變化分析
4．(多選)如圖所示，理想變壓器原線圈接一交流電源，副線圈回路中有一定值電阻R和兩個小燈泡L1、L2，最初開關(guān)S是斷開的，現(xiàn)閉合開關(guān)S，則( )
A．副線圈兩端電壓不變
B．燈泡L1變亮
C．電流表A1示數(shù)變大
D．電阻R中的電流變小
AC [閉合開關(guān)S，副線圈兩端電
16、壓不變，選項(xiàng)A正確；副線圈輸出電流增大，電阻R中的電流變大，燈泡L1兩端電壓降低，燈泡L1變暗，選項(xiàng)B、D錯誤；電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)C正確．]
訓(xùn)練角度2：原副線圈匝數(shù)比變化引起的電路動態(tài)問題
5．理想變壓器原線圈接如圖甲所示的正弦交變電壓，變壓器原線圈匝數(shù)n1＝270匝，P是副線圈上的滑片，當(dāng)P處于圖乙所示位置時(shí)，副線圈連入電路的匝數(shù)n2＝135匝，電容器C恰好不被擊穿，燈泡L恰能正常發(fā)光，R是滑動變阻器．以下判斷正確的是( )
甲 乙
A．若向下移動P，電容器的電荷量增加
B．若保持P不動，向下移動R的滑片，燈泡變暗
C．若保持R的滑片不動，向下移動P，燈
17、泡變亮
D．電容器的擊穿電壓為11 V
D [原線圈輸入電壓的有效值U1＝＝22 V，當(dāng)P位于題圖乙所示位置，副線圈電壓的有效值為U2＝U1＝11 V，電容器C恰好不被擊穿，若向下移動P，電容器C兩端的電壓減小，有Q＝CU可知，電容器所帶的電荷量減小，故A錯誤；若保持P不動，向下移動R的滑片，R接入電路的電阻減小，流過燈泡的電流增大，燈泡變亮，故B錯誤；若保持R的滑片不動，向下移動P，則副線圈的電壓變小，燈泡變暗，故C錯誤；電容器擊穿電壓的最大值U′m＝U1＝11 V，故D正確．]
課 堂 小 結(jié)
知 識 脈 絡(luò)
1.互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)，變壓器工作時(shí)有能量損失，變壓器的輸
18、出功率與輸入功率之比叫作變壓器的效率．理想變壓器的效率為100%.
2．理想變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系為＝.
3．如果理想變壓器的副線圈只有一個，則P1＝P2，即U1I1＝U2I2，得出原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系為＝.
4．所有變壓器不改變交變電流的頻率，理想變壓器不改變功率.
1．(多選)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1，以下說法中正確的是( )
A．穿過原、副線圈磁通量之比是10∶1
B．穿過原、副線圈磁通量的變化率相等
C．原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時(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 [對理想變壓
19、器無磁通量損漏，因而穿過兩個線圈的交變磁通量相同，磁通量變化率相同，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等，電壓與匝數(shù)成正比，選項(xiàng)B正確，A、C錯誤；對理想變壓器輸入功率等于輸出功率，D正確．]
2.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運(yùn)動切割磁感線時(shí)，電流表A1的示數(shù)是12 mA，則電流表A2的示數(shù)為( )
A．3 mA B．0
C．48 mA D．與負(fù)載R的值有關(guān)
B [變壓器只能工作于交流電路，不能工作于恒定電壓和恒定電源的電路，導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時(shí)，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量
20、變化，在副線圈n2上無感應(yīng)電動勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過．]
3．如圖為一與電源相接的理想變壓器，原線圈中的電流是I1，副線圈中的電流是I2，當(dāng)副線圈中的負(fù)載電阻變小時(shí) ( )
A．I2變小，I1變小 B．I2變小，I1增大
C．I2增大，I1增大 D．I2增大，I1變小
C [因?yàn)樵褦?shù)不變，所以副線圈電壓不變，當(dāng)電阻變小時(shí)，根據(jù)公式I2＝，I2增大，又因?yàn)椋剑蛔?，?dāng)I2增大時(shí)，I1也增大，所以C正確．]
4．(多選)如圖甲所示的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負(fù)載電路中R＝55 Ω，A、V為理想電流表和電壓表，若原線圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110 V，下列表述正確的是( )
甲 乙
A．電流表的示數(shù)為2 A
B．原、副線圈匝數(shù)比為1∶2
C．電壓表的示數(shù)為電壓的有效值
D．原線圈中交變電壓的頻率為50 Hz
ACD [由題意可知原線圈電壓為220 V，副線圈電壓為110 V，＝＝，故B選項(xiàng)錯誤；由圖乙可知原線圈中的電壓頻率為50 Hz，D選項(xiàng)正確；由副線圈電路可求得電流為2 A，故A選項(xiàng)正確．]
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2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第6節(jié) 變壓器學(xué)案 粵教版選修3-2
