2018-2019版高中物理 第三章 电磁感应 第4讲 变压器学案 新人教版选修1 -1.doc

第4讲变压器目标定位1.了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交变电压.2.由实验探究总结变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系.3.了解几种常见的变压器类型以及应用.4.体验科学探究过程，培养实验设计与分析论证能力.一、变压器的结构1.变压器由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成.2.线圈(1)变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈.(2)另一线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈.想一想图341中的灯泡没有直接与电源连接，为什么能发光？电能从哪儿来的？图341答案变压器使电能转化为磁场能，又把磁场能转化为电能.二、变压器为什么能改变电压 原线圈中通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化.副线圈与原线圈是套在同一个铁芯上的，通过副线圈的磁场也在不断变化，于是就在副线圈内产生了感应电动势.在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高.想一想变压器能不能改变直流电的电压？答案不能.变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中.如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用.一、变压器的工作原理1.变压器工作的基本原理和发电机一样，也是电磁感应现象(如图342所示).图3422.当原线圈上加交变电压时，原线圈中就有交变电流，铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要引起感应电动势，如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生感应电流，它也要在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势，在原、副线圈中由于有交变电流而发生互感现象.3.穿过每匝线圈中的磁通量的变化率是一样的，因此每匝线圈中产生的感应电动势大小相等，匝数越多，总感应电动势越大.4.能量转换：变压器是把电能转化为磁场能，又把磁场能转化为电能的装置.例1下图中，属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是()答案C解析变压器不改变直流的电压，A、D错；升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少，B错，C对.针对训练1对一正在工作中的变压器，下列说法正确的是()A.副线圈中的电流是从原线圈中传过来的B.铁芯是用来导电的C.副线圈中电流变小，原线圈中的电流也一定减小D.副线圈相当于一个电源答案CD解析原、副线圈及铁芯间都是彼此绝缘的，铁芯是用来导磁的，故A、B错；由能量守恒知C正确；副线圈把磁场能转化为电能，给用电器提供电压电流，相当于一个电源，D正确.二、变压器的规律1.电压关系：设原线圈匝数n1，输入电压U1，副线圈匝数n2，输出电压U2，则.(1)n1n2，是降压变压器，用户附近的变电室内的变压器一般是降压变压器.(2)n1n2，是升压变压器，发电站出来的电压一般要先经过升压变压器升压.2.频率关系变压器输出电压与输入电压的频率相等.3.功率关系对于理想变压器，由于不考虑能量损失，由能量守恒得P入P出，即P1P2.4.电流关系由P1P2，即I1U1I2U2，又，所以(适用于只有一个原、副线圈的情况)例2一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1n2201，原线圈接入220 V的交流电压，副线圈向一电阻为110 的用电器供电，则副线圈中的电流为()A.2 A B.0.1 A C.0.5 A D.0.005 A答案B解析由于，故U2U1220 V11 V，故副线圈电流I20.1 A，B对.针对训练2如图343所示，一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1n2401，在副线圈两端接有“6 V40 W”的电灯泡.若灯泡正常发光，则下列说法中正确的是()图343A.在原、副线圈中，通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同B.通过原、副线圈的交变电流的频率相同C.变压器输入电压的最大值为240 VD.变压器的输入功率为40 W答案ABD解析由变压器基本原理可知，理想变压器原、副线圈中通过每匝线圈的磁通量都相等，通过原、副线圈的交变电流的频率相同，所以选项A、B正确；因为灯泡正常发光，所以变压器输出电压的有效值为6 V，由电压关系可知，原线圈输入电压的有效值为240 V，不是最大值，所以选项C错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，所以变压器的输入功率为40 W，选项D正确.对变压器原理的理解1.下列说法中不正确的是()A.变压器也可能改变恒定电压B.变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流C.变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成D.变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用答案A解析变压器可以改变交变电流的电压、电流，其工作原理是电磁感应现象.2.如图344所示，为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是()图344A.图中M是闭合的铁芯B.发电机应与线圈相连，升高后的电压由c、d两端输出C.电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈D.变压器是根据电磁感应原理工作的答案AD解析由题知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故为输入端即接发电机，为输出端，B错误；铁芯提供闭合的磁路，使电能先转化成磁场能，再在副线圈中转化成电能，所以C项错误，故A、D正确.变压器的规律及应用3.理想变压器原、副线圈匝数比为101，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101B.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101D.正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为11答案BD解析对理想变压器，无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生感应电动势相等，电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗，故输入功率等于输出功率.B、D正确.4.收音机中的变压器，原线圈有1 210匝，接在220 V的交流电源上.要得到5 V、6.3 V和350 V三种输出电压，三个副线圈的匝数各是多少？答案28匝35匝1 925匝解析根据变压比公式可得n副n原，5 V绕组匝数n1n原1 210匝28匝，6.3 V绕组匝数n2n原1 210匝35匝，350 V绕组匝数n3n原1 210匝1 925匝.(时间：60分钟)题组一、对变压器原理的理解1.下列关于变压器的说法中正确的是( )A.变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置B.变压器的原、副线圈组成闭合回路C.变压器的铁芯中产生交变电流D.变压器的副线圈中产生直流电答案A2.关于理想变压器，下面各说法中正确的是()A.它的输出功率可以大于它的输入功率B.它不仅可以改变交流电压还可以改变直流电压C.原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比D.原、副线圈的电流与它们的匝数成正比答案C解析理想变压器的输出功率等于输入功率，A错；变压器不能改变直流的电压，B错；原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比，通过原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，C正确，D错误.3.对变压器工作原理，下列说法正确的是()A.变压器只改变交流电压B.变压器可以改变交流电压，也可以改变直流电压C.变压器原、副线圈的磁通量变化率相同D.变压器副线圈匝数越多，副线圈上的电压越小答案AC解析根据变压器的工作原理，变压器只改变交流电压，选项A正确，B错误；原、副线圈磁通量的变化率相同，选项C正确；由En，可知D错误.4.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有()A.交流电的频率 B.磁通量的变化率C.功率 D.交流电的峰值答案ABC解析理想变压器原、副线圈的功率相等，频率相同，磁通量相同，磁通量变化率相同.5.把直流电源接到变压器的原线圈上，变压器却不能改变直流电压.其原因是()A.没有磁通量通过原线圈B.没有磁通量通过副线圈C.通过原、副线圈的磁通量没有变化D.通过原、副线圈的磁通量不相等答案C解析直流电的磁场是不变的，所以通过原、副线圈的磁通量就不变，也就没有在副线圈上产生感应电动势，故选项C正确.题组二、变压器的规律及应用6.将输入电压为220 V、输出电压为6 V的变压器改绕成输出电压为24 V的变压器.已知副线圈原来的匝数为36匝，现不改变原线圈的匝数，则副线圈应增绕的匝数为( )A.144匝 B.108匝 C.180匝 D.540匝答案B解析由得n1n236匝1 320匝，又得n2n11 320匝144匝，nn2n214436108(匝).7.一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为401，则变压器的输出电压及输出功率是()A.250 V，50 kW B.10 kV，200 kWC.250 V，200 kW D.10 kV，2103 kW答案A解析由得U2 V250 V，由理想变压器功率关系得P入P出U1I1U2I2200250 W50 kW.故选项A正确.8.如图345所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n214，在A、B端输入交流电压uAB15 sin (100 t) V，电流表的示数为1 A，电路中电流表和电压表均为理想电表，则()图345A.交流电的频率为100 HzB.电压表的示数为60 VC.灯泡L消耗的功率为15 WD.灯泡L的电阻为15 答案BC解析由交流电的瞬时表达式可知交流电的频率为f50 Hz，A项错误；根据变压比可知，副线圈输出电压为U2U115 V60 V，即电压表的示数为60 V，B项正确；由变流比可知副线圈中的电流I2I11 A A，因此灯泡消耗的功率为PU2I260 W15 W，C项正确；灯泡的电阻为R240 ，D项错误.9.一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，并接一个100 的负载电阻，如图346所示.图346(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为_V，电流表示数为_A.(2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为_V，电流表示数为_A，此时输入功率为_W.答案(1)00(2)440.4419.36解析(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零.(2)由得：U2U1220 V44 V(电压表读数)，I2 A0.44 A(电流表读数)，P入P出I2U20.4444 W19.36 W.10.为了安全，机床上照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把220 V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1 100匝，能量损失不计，副线圈应该是多少匝？答案180解析对于理想的变压器而言，由得，故副线圈的匝数应为n2180 匝.