2017-2018学年高中物理 第二章 交变电流 6 变压器学案 教科版选修3-2

6 变压器目标定位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.掌握理想变压器的功率关系.3.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.一、变压器的结构与原理1.变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号.图1(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副线圈(匝数用n2表示).输入电压是U1，输出电压是U2，两个线圈都绕在闭合铁芯上.(2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈.(3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈.2.变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，若原线圈匝数为n1，则U1n1，副线圈匝数为n2，则U2n2，所以.3.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电源.4.变压器不改变(填“改变”或“不改变”)交流电的频率.深度思考(1)把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？(2)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？图2答案(1)能.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通量，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.(2)不发光.例1理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是()A.每匝线圈中磁通量的变化率B.交变电流的频率C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势答案ABC变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变功率和交变电流的频率.二、理想变压器的规律1.理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁；无发热损失.(2)原副线圈不计内阻，即也无能量损失.2.理想变压器的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，即P入P出.3.变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：.(2)有多个副线圈：4.电流关系(1)只有一个副线圈时，由U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即(2)当有多个副线圈时，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I35.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2.(填“U1”或“U2”)(2)功率制约：P出决定P入，这体现了能量守恒的特点.(填“P出”或“P入”)(3)电流制约：输出电流I2决定输入电流I1.(填“I1”或“I2”)深度思考变压器为什么不能改变交流电的频率？答案因为原、副线圈中的磁通量变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率.例2如图3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u112sin100t (V).下列说法正确的是()图3A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W解析根据u112sin100t (V)及U知U112V，f50Hz，选项A错误；根据得U2U112V6V，即的读数为6V，选项B错误；又I2A1A，即的读数为1A，选项C错误；根据P1P2及P2W6W，选项D正确.答案D(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、副线圈电流频率相等.针对训练如图4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4A.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n1n2113答案BD解析变压器的输入功率P1P2I2U22.260W132W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I22.2A0.6A，选项B正确；根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI2A，选项C错误.例3如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1n2n31051，其中n1接到220V的交流电源上，n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路.已知通过电阻R3的电流I32A，电阻R2110，求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.图5解析由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R2上的电压U2U1220V110V通过电阻R2的电流I2A1A加在R3上的电压U3U1220V22V根据输出功率等于输入功率得：U1I1U2I2U3I3代入数据解得通过原线圈的电流为：I10.7A.答案1A0.7A含多个副线圈的变压器，电压仍与匝数成正比，但电流关系只能通过功率关系来判断.三、电压互感器和电流互感器1.电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图6甲所示.(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地.(3)作用：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.图62.电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示.(2)接法：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：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.例4普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图7所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()图7A.ab接MN、cd接PQ，IabIcdB.ab接MN、cd接PQ，IabIcdC.ab接PQ、cd接MN，IabIcdD.ab接PQ、cd接MN，IabIcd解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正确.答案B(1)电压互感器U1U2，n1n2；(2)电流互感器I1I2，n1U1，U2降低 BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低 DU2n2知U2U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，C项正确11.(多选)为了监测变电站向外输电情况，要在变电站安装互感器，其接线如图10所示，两变压器匝数分别为n1、n2和n3、n4，a和b是交流电表，则()图10A.n1n2B.n3n4C.a为交流电流表，b为交流电压表D.a为交流电压表，b为交流电流表答案AD解析由电路连接方式可知，左图是电压互感器，把高电压经过变压器降压后测量，所以n1n2，a为交流电压表，右图为电流互感器，把大电流经过变压器变为小电流再测量，所以n3n4，b为交流电流表.12.如图11所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n11100匝.接入电压U1220V的交流电路中.图11(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U26V，U3110V，它们的匝数n2、n3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6V,20W”、“110V，60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？答案(1)30匝550匝(2)A解析(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系：由得n2n11100匝30匝n3n11100匝550匝.(2)设原线圈输入电流为I1，由P入P出得U1I1U2I2U3I3P2P3所以I1AA.14