2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第6節(jié) 變壓器學(xué)案 粵教版選修3-2

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1、 第六節(jié)　變壓器 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解變壓器的構(gòu)造，知道什么是理想變壓器． 2．理解變壓器的工作原理．(重點) 3．通過實驗探究，得到電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系．(重點) 4．能夠利用變壓比、變流比定性和定量分析有關(guān)變壓器的實際問題．(難點) 　　認(rèn) 識 變 壓 器 1．用途：改變交流電壓的設(shè)備． 2．構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成． (1)原線圈：跟電源相連的線圈(也叫初級線圈)． (2)副線圈：跟負(fù)載相連的線圈(也叫次級線圈)． 3．原理：原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個交變的磁通量不僅穿過原線圈

2、，也穿過副線圈，所以在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．如果在副線圈兩端接入負(fù)載，負(fù)載中就會有交變電流． 1．變壓器也可能改變恒定電壓．(×) 2．變壓器的原理是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，副線圈輸出的電流是原線圈電流的感應(yīng)電流．(√) 3．變壓器原線圈相對電源而言起負(fù)載作用，而副線圈相對負(fù)載而言起電源作用．(√) 原、副線圈是否通過鐵芯導(dǎo)通？ 【提示】　不是．都繞在同一絕緣鐵芯上． 在課外，某同學(xué)在進行低壓交流變壓器實驗的準(zhǔn)備工作時，發(fā)現(xiàn)缺少電源，于是就用一種摩托車的蓄電池代替，按圖2-6-1進行實驗． 圖2-6-1 探討1：閉合開關(guān)后，燈泡是否發(fā)光？ 【提示】　因蓄電池是

3、直流電源，向外輸出恒定電壓，故連接到副線圈上的小燈泡不會發(fā)光． 探討2：解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因． 【提示】　恒定電壓加在原線圈上后，原線圈內(nèi)的磁通量不發(fā)生變化，因而副線圈中的磁通量也不發(fā)生變化，所以E＝n＝0.故副線圈中無感應(yīng)電動勢． 對變壓器工作原理的理解 圖2-6-2 1．變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)．如圖2-6-2所示，當(dāng)原線圈上加交流電壓U1時，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、副線圈中都要產(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

4、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． 1．(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 【解析】　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． 【答案】　ABC 2．關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：97192085】 A．通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變 B．穿過

5、原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等 C．穿過副線圈磁通量的變化使副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 D．原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈 【解析】　通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的，由于面積S不變，故磁通量Φ變化，A錯誤；因理想變壓器無漏磁，原、副線圈的磁通量總相等，故B錯誤；由互感現(xiàn)象知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為副線圈的電能，原、副線圈通過磁聯(lián)系在一起，故D錯誤． 【答案】　C 3．(多選)如圖2-6-3所示為汽油機中點火裝置的示意圖，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，應(yīng)使(

6、　　) 圖2-6-3 A．開關(guān)總處于接通狀態(tài) B．開關(guān)在接通時斷開 C．開關(guān)在斷開時接通 D．開關(guān)總處于斷開狀態(tài) 【解析】　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. 【答案】　BC 變壓器理解的四點注意 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間變化的，也可以用變壓器改變電壓． 理想變壓器原、副線圈基本量

7、的關(guān)系 1．銅損和鐵損 (1)銅損：變壓器的線圈有內(nèi)阻，電流通過時發(fā)熱所損失的能量． (2)鐵損：鐵芯在交變磁場中反復(fù)磁化，產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱所損失的能量． 2．理想變壓器：忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器． 3．電壓與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈的電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比，即＝. 4．功率關(guān)系：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率． 5．電流與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比，即＝. 6．兩類變壓器：n2>n1，能使電壓升高的變壓器叫做升壓變壓器；n2

8、圈中的輸出電流的增大而增大．(√) 2．原線圈輸入的電壓，隨著副線圈中的輸出電流的增大而增大．(×) 3．當(dāng)副線圈空載(斷路)時，原線圈中無電流．(√) 4．當(dāng)副線圈空載時，原線圈上電壓為零．(×) 變壓器線圈中的電流越大，應(yīng)當(dāng)用越粗的導(dǎo)線．在街上經(jīng)常見到的往用戶送電的變壓器是降壓變壓器，它的原線圈和副線圈哪個應(yīng)用較粗的導(dǎo)線？為什么？ 【提示】　副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線．將該變壓器視為理想變壓器，輸送功率保持不變，又由于是降壓變壓器，因此副線圈的電流要大于原線圈的電流．所以，副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線． 實驗儀器：學(xué)生電源(低壓交流12 V)，可拆變壓器，多用表(交流電壓擋)，電

9、路圖如圖2-6-4所示． 實驗過程：①保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對副線圈的電壓U2的影響，n1＝200 匝，U1＝12 V. 1 2 3 4 5 n2/匝 100 80 60 50 40 U2/V 5.9 4.7 3.5 2.9 2.3 圖2-6-4 ②保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈的電壓U1不變時，改變原線圈的匝數(shù)n1，研究n1對副線圈電壓U2的影響，n2＝40匝，U1＝12 V. 1 2 3 4 5 n1/匝 50 60 80 100 120 U2/ V 9.5 7.9

10、5.9 4.7 3.9 探討1：變壓器線圈兩端的電壓U1、U2與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2的關(guān)系． 【提示】?。? 探討2：對于理想變壓器，只有一組副線圈的情況下，原線圈和副線圈的電流跟它們的匝數(shù)的關(guān)系． 【提示】?。?因為P1＝P2，即I1U1＝I2U2，又＝，所以推導(dǎo)出＝. 1．理想變壓器的變壓(變流)規(guī)律 規(guī)律表示 依據(jù) 備注 變壓規(guī)律 ＝＝… E＝n 適于一個原線圈及多個副線圈的情況　 功率關(guān)系 P入＝P出 能量守恒 適于理想變壓器　 變流規(guī)律 ＝ U1I1＝U2I2 適于一個原線圈，一個副線圈 n1I1＝n2I2＋ n3I3＋…

11、 U1I1＝U2I2 ＋U3I3＋… 適于一個原線圈，多個副線圈 2.對理想變壓器進行動態(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)載電阻變化而變化的情況，進行動態(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，進行動態(tài)分析的順序是 n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1. 4．機床上的照明電燈用的電壓是36 V，是將220 V電壓經(jīng)變壓器降壓得到的．若電燈功率是40 W，可正常發(fā)光，則該變壓器原、副線圈中的電流分別為 (　　) A．5.5 A,0.9 A B．0.18 A,1.1 A

12、 C．5.5 A,1.1 A D．0.15 A,0.9 A 【解析】　I2＝＝ A＝1.1 A，又P1＝P2，則I1＝＝ A＝0.18 A，故B正確． 【答案】　B 5.如圖2-6-5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(　　) 圖2-6-5 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 【解析】　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，D錯；又因輸入

13、功率等于輸出功率，P1＝P2＝60 W，故B錯；電流表讀數(shù)為有效值，原線圈中電流I1＝＝ A＝ A，故A錯，C正確． 【答案】　C 6．(多選)如圖2-6-6所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1為原線圈中的電流，則 (　　) 圖2-6-6 A．保持U1及P的位置不變，K由a扳向b時，I1將增大 B．保持U1及P的位置不變，K由b扳向a時，R消耗功率減小 C．保持U1不變，K接在a處，使P上滑，I1將增大 D．保持P的位置不變，K接在a處，若U1增大，I1將增大 【解析】　保持U1及P的位置不變，K由a扳向b時

14、，n1減小，增大，由U2＝U1知U2變大，則輸出電流I2增大，輸出功率增大，輸入功率也增大，由P1＝U1I1知，I1增大，A正確．同理，K若由b扳向a，R消耗功率將減小，B正確．U1不變，K接在a處，使P上滑時，I2減小，I1也減小，故C錯誤．保持P的位置不變，K接在a處，若U1增大，則U2也增大，即I2＝增大，則P2增大，P1＝P2，故I1也應(yīng)增大，故D正確． 【答案】　ABD 7．一自耦變壓器如圖2-6-7所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈．通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈．在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2.在將

15、滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中(　　) 圖2-6-7 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間作為原線圈(匝數(shù)不變)接電壓為U1的交變電流，在滑動觸頭由M點移動到N點的過程中，相當(dāng)于副線圈的匝數(shù)變少，由變壓器工作原理＝知，U1＞U2，且U2降低，選項C正確． 【答案】　C 理想變壓器動態(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． 7