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2019-2020年高中物理第五章交变电流
5.4变压器
(1)学案新人教版选修3-2【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、变压器的原理及电压与匝数的关系[问题设计]把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈通过开关连到交流电源的两端,另一个线圈连到小灯泡上如图1所示.图11小灯泡能发光吗?为什么?2若小灯泡发光,那么小灯泡两端电压与什么因素有关?3若将原线圈接到恒定的直流电源上,小灯泡亮不亮?分析讨论小灯泡亮或不亮的原因.[要点提炼]1.变压器的构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.与相连接的线圈叫原线圈匝数用n1表示,又叫做,与负载相连的另一个线圈叫副线圈匝数用n2表示又叫做,两个线圈都绕在上.2.变压器的工作基础是.因此变压器只对的电流起作用,对电流不起作用.后两空选填“变化”或“恒定”3.变压器中的电压关系1只有一个副线圈=.2有多个副线圈===…….4.变压器填“能”或“不能”改变交变电流的频率.5.原、副线圈的地位1原线圈在其所处回路中充当负载.2副线圈在其所处回路中充当.
二、理想变压器中的功率关系及电流关系[问题设计]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.若只有一个副线圈,原、副线圈中的电流与匝数有什么关系?3.若有多个副线圈时,电流与匝数间的关系是什么?[要点提炼]1.理想变压器的特点1变压器铁芯内无;无损失.2原、副线圈不计,即无能量损失.实际变压器特别是大型变压器一般可以看成理想变压器.2.功率关系.3.电流关系1若只有一个副线圈,有I1U1=,即=.2当有多个副线圈时I1U1=++……得I1n1=++……
三、理想变压器中各量的制约关系和动态分析1.变压器工作时的制约关系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=.2功率制约P出决定P入,P出增大,P入;P出减小,P入,P出为0,P入为.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I2决定原线圈中的电流I1,即I1=.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R→I2→P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n
1、n2→U2→I2→P出→P入→I
1.
四、各种各样的变压器1.自耦变压器如图2所示,铁芯上只绕一个线圈,低压线圈是高压线圈的一部分,既可以作为升压变压器使用,也可以作为降压变压器使用.图2规律=,=.2.电压互感器、电流互感器1构造小型变压器,如图3所示.图32接法电压互感器原线圈并联在高压电路中,副线圈接电压表;电流互感器原线圈串联在被测电路中,副线圈接电流表.为了安全,外壳和副线圈应接地.3作用电压互感器可将高电压变为低电压,通过测量低电压,计算出高压电路的电压.电流互感器将大电流变成小电流,通过测量小电流,计算出被测电路中的大电流.
一、对变压器原理的理解例1关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是A.通过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
二、理想变压器基本规律的应用例2理想变压器连接电路如图4甲所示,已知原、副线圈匝数比为10∶1,当输入电压波形如图乙时,电流表读数为2A,则图4A.电压表读数为282VB.电压表读数为
28.2VC.输入功率为
56.4WD.输入功率为40W
三、理想变压器中的动态分析例3如图5所示为一理想变压器,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1为原线圈中的电流,则图5A.保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,I1将增大B.保持U1及P的位置不变,K由b扳向a时,R消耗功率减小C.保持U1不变,K接在a处,使P上滑,I1将增大D.保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,I1将增大
四、各种各样的变压器例4图6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图6A.线圈匝数n1n2,n3n4B.线圈匝数n1n2,n3n4C.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1.对变压器原理的理解如图7所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时,电流表的示数是12mA,则副线圈中电流表的示数是图7A.3mAB.48mAC.零D.与R阻值有关2.理想变压器基本规律的应用如图8所示,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表均为理想电表的示数分别为220V和
2.2A.以下判断正确的是图8A.变压器输入功率为484WB.通过原线圈的电流的有效值为
0.6AC.通过副线圈的电流的最大值为
2.2AD.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶33.理想变压器中的动态分析如图9所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u,其瞬时值表达式为u=220sin100πtV,现把单刀双掷开关与a连接,则图9A.电压表的示数为22VB.流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次C.在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变大D.若把单刀双掷开关由a扳向b时,保持滑动变阻器的触头P不动,电压表示数变大,电流表的示数变小题组一对理想变压器原理的理解1.如图所示四个电路,能够实现升压的是2.理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,以下说法中正确的是A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1题组二理想变压器基本规律的应用
3.如图1所示,一理想变压器的原线圈匝数为n1=1100匝,接电压U1=220V的交流电,副线圈接“20V10W”的灯泡,灯泡正常发光,可知图1A.副线圈的匝数n2=200匝B.副线圈中的电流I2=
0.5AC.原线圈中的输入功率为10WD.原线圈中的电流I1=
0.1A
4.如图2所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin100πtV的交流电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻.原、副线圈匝数之比为2∶
1.电流表、电压表均为理想电表,下列说法中正确的是图2A.原线圈中电流表的读数为1AB.原线圈中的输入功率为220WC.副线圈中电压表的读数为110VD.副线圈中输出交流电的周期为50s5.一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1,则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是A.5A250V50kWB.5A10kV50kWC.200A250V50kWD.200A10kV2×103kW
6.如图3所示为理想变压器,原线圈的匝数为1000匝,两个副线圈的匝数n2=50匝,n3=100匝,L1是“6V2W”的小灯泡,L2是“12V4W”的小灯泡,当原线圈接上交流电压时,L
1、L2都正常发光,那么原线圈中的电流为图3A.AB.AC.AD.A
7.如图4所示,一只理想变压器原线圈与频率为50Hz的正弦交变电源相连,两个阻值均为20Ω的电阻串联后接在副线圈的两端.图中的电流表、电压表均为理想交流电表,原、副线圈分别为200匝和100匝,电压表的示数为5V.则图4A.电流表的读数为
0.5AB.流过电阻的交变电流的频率为100HzC.交变电源的输出电压的最大值为20VD.交变电源的输出功率为
2.5W题组三理想变压器中的动态分析8.如图5所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R.开始时,开关S断开.当开关S接通时,以下说法中正确的是图5A.副线圈两端M、N的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C.通过灯炮L1的电流减小D.原线圈中的电流增大9.如图6所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电,在其他条件不变的情况下,为了使变压器输入功率增大,可使图6A.原线圈匝数n1增加B.副线圈匝数n2增加C.负载电阻R的阻值增大D.负载电阻R的阻值减小题组四各种各样的变压器10.如图7所示,L1和L2是高压输电线,甲、乙是两只互感器,若已知n1∶n2=1000∶1,n3∶n4=1∶100,图中电压表示数为220V,电流表示数为10A,则高压输电线的送电功率为图7A.
2.2×103WB.
2.2×10-2WC.
2.2×108WD.
2.2×104W11.理想自耦变压器的原线圈接有如图8乙所示的正弦式交变电压,副线圈接有可调电阻R,触头P与线圈始终接触良好,下列判断正确的是图8A.交变电源的电压u随时间t变化的规律是u=U0cos100πtB.若仅将触头P向A端滑动,则电阻R消耗的电功率增大C.若仅使电阻R增大,则原线圈的输入电功率增大D.若使电阻R增大的同时,将触头P向B端滑动,则通过A处的电流一定增大。