高中物理人教版2第五章交变电流4变压器 2023版第5章4变压器

4变压器学习目标知识脉络1.了解变压器的构造及几种常见的变压器．2．理解互感现象和变压器的工作原理．(重点)3．掌握理想变压器的电压与匝数的关系及应用．(重点)4．掌握理想变压器的功率关系，并导出原、副线圈中的电流关系及应用．(难点)理想变压器的原理及基本规律eq\o([先填空])1．构造变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈．2．原理互感现象是变压器的工作基础，由于原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生感应电动势．3．理想变压器没有能量损失的变压器．4．电压与匝数关系原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).5．两类变压器(1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器．(2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器．eq\o([再判断])1．变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化．(√)2．恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用．(×)3．变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成．(√)4．在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的．(√)5．理想变压器可以改变交变电流的频率．(×)6．电流通过铁芯从原线圈流到副线圈．(×)eq\o([后思考])理想变压器的原、副线圈的电压与匝数成正比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，试探究原、副线圈的瞬时电压与匝数是否也成正比．【提示】当原线圈电压最大时，电流最大，但电流的变化率为零，此时副线圈中磁场最强，但磁通量的变化率为零，故此时副线圈两端的电压为零，即U2＝0.可见，原、副线圈的瞬时电压与匝数不成正比．eq\o([合作探讨])如图5­4­1所示，为一变压器结构示意图．图5­4­1探讨1：当在a、b端接入恒定电源时，接在副线圈上的灯泡能否发光？【提示】当a、b接恒定电源时，原线圈中有恒定电流，穿过原、副线圈的磁通量不变，所以副线圈中没有感应电流，灯泡不发光．探讨2：变压器中闭合铁芯的作用是什么？【提示】闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量的变化与原线圈中磁通量的变化基本相同．eq\o([核心点击])1．变压器的工作原理2．理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁．(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热．3．电动势关系由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的eq\f(ΔΦ,Δt)，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)，E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)，所以eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1,n2).4．电压关系由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).当有多个副线圈时，则有：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…5．功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P入＝P出．6．电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1).当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…1．(多选)关于变压器，下列说法正确的是()A．变压器的工作原理是电磁感应B．所有变压器的工作基础都是互感现象C．各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作D．只有交变电流接入变压器的原线圈中，变压器才能持续正常工作【解析】变压器之所以能变压，是因为原线圈接交流电源时，有交变电流流过原线圈，引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，所以变压器的工作原理是电磁感应，选项A正确；有一种变压器叫自耦变压器，它只有一个线圈绕在铁芯上，但有三个抽头，可升压、也可降压，这种变压器的工作基础是自感，也就是说，当变压器是利用两个线圈变压时，其工作基础是互感，当变压器是利用一个线圈变压时，其工作基础是自感，所以选项B错误；变压器要想持续正常工作，原线圈必须接入交变电流，若接入直流电，原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势，变压器不能持续正常工作，所以选项C错误，D正确．【答案】AD2．在变电所，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，使用的仪器是电流互感器．如图所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是()【导学号：05002114】【解析】电流互感器是测电流的，应串联在火线上，故B、D错误．由变压器电流关系n1I1＝n2I2，要使I2＜I1，须n2＞n1，故A选项正确．【答案】A3．如图5­4­2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，eq\o\ac(○,V)和Ⓐ均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB端电压u1＝12eq\r(2)sin100πt(V)．下列说法正确的是()图5­4­2A．电流频率为100HzB．eq\o\ac(○,V)的读数为24VC．Ⓐ的读数为AD．变压器输入功率为6W【解析】根据u＝Umsinωt及U＝eq\f(Um,\r(2))、理想变压器的规律、欧姆定律和电功率公式解决问题．根据u1＝12eq\r(2)sin100πt(V)及U＝eq\f(Um,\r(2))知U1＝12V，f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，选项A错误；根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×12V＝6V，即eq\o\ac(○,V)的读数为6V，选项B错误；根据I2＝eq\f(U2,R)L＝eq\f(6,6)A＝1A，即Ⓐ的读数为1A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝eq\f(U\o\al(2,2),RL)＝eq\f(62,6)W＝6W，选项D正确．【答案】D关于变压器关系式的两点说明1．对于公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的．2．由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知，对于只有一个副线圈的变压器：电流与匝数成反比．因此，变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制．变压器工作时的制约关系及动态分析eq\o([合作探讨])如图5­4­3所示为理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表．从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，请探究以下几个问题：图5­4­3探讨1：保持滑动变阻器触头P的位置不变，当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？【提示】理想变压器副线圈输出电压变大，通过负载电阻的电流增大，电压表和电流表的示数均变大，变压器的输出功率变大．探讨2：单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？原线圈的电流、输入功率如何变化？【提示】对于理想变压器，输入电压一定时，输出电压也一定，当触头P向上移动过程中，变压器负载电阻变大，由I2＝eq\f(U2,R)知I2变小，故电压表示数不变，电流表示数变小，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知，原线圈中的电流I1也变小．而由P2＝U2I2，P1＝I1U1可知P1、P2均变小．故变压器的输入、输出功率变小．eq\o([核心点击])1．电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2U1/n1.2．电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.3．负载制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2；(3)总功率P入＝P线＋P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的．4．频率关系原、副线圈中电流的频率相同．5．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→P2→P1→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n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.4．(多选)如图5­4­4所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是()图5­4­4A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大【解析】由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L亮度不随P的滑动改变，故选项A错误，选项B正确；P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R总减小，由I2＝eq\f(U2,R总)知，通过副线圈的电流I2增大，输出功率P2＝U2I2增大，再由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知输入电流I1也增大，故选项C错误，D正确．【答案】BD5．如图5­4­5所示，一理想变压器接在电压为U的交流电源上，原线圈接入电路的匝数可以通过调节滑动触头P来改变．副线圈连接交流电流表、定值电阻R0和可变电阻R，则()【导学号：05002115】图5­4­5A．保持P的位置不动，将R的阻值增大，电流表的读数变小B．保持P的位置不动，将R的阻值增大，R0的电功率变大C．保持R的阻值不变，将P向上滑动，电流表的读数变大D．保持R的阻值不变，将P向上滑动，R0的电功率变大【解析】保持P的位置不动，即原、副线圈的匝数比eq\f(n1,n2)不变，故副线圈两端的电压U′恒定，将R的阻值增大时，由I＝eq\f(U′,R＋R0)可知，副线圈中的电流变小，故电流表的读数变小，A正确；由P0＝I2R0可知，R0的电功率减小，B错误；保持R的阻值不变，将P向上滑动时，原线圈的匝数n1增大，由U′＝eq\f(n2,n1)U可知，副线圈上的电压变小，由I＝eq\f(U′,R＋R0)可知，副线圈中的电流变小，C错误；由P0＝I2R0可知，R0的电功率减小，D错误．【答案】A6．如图5­4­6所示，T为理想变压器，A1、A2为交流电流表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时()图5­4­6A．A1的读数变大，A2的读数变大B．A1的读数变大，A2的读数变小C．A1的读数变小，A2的读数变大D．A1的读数变小，A2的读数变小【解析】