高中物理粤教版2第二章交变电流 第2章第6节变压器

第六节变压器学习目标知识脉络1.了解变压器的构造，知道什么是理想变压器．2．理解变压器的工作原理．3．通过实验探究，得到电压、电流与匝数的关系．(重点)4．能够利用变压比、变流比定性和定量分析有关变压器的实际问题．(难点)认识变压器eq\a\vs4\al([先填空])1．用途：改变交流电压的设备．2．构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成．(1)原线圈：跟电源相连的线圈(也叫初级线圈)．(2)副线圈：跟负载相连的线圈(也叫次级线圈)．3．原理：原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，所以在副线圈中产生感应电动势．如果在副线圈两端接入负载，负载中就会有交变电流．eq\a\vs4\al([再判断])1．变压器也可能改变恒定电压．(×)2．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．(√)3．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．(√)eq\a\vs4\al([后思考])原、副线圈是否通过铁芯导通？【提示】不是．都绕在同一绝缘铁芯上．eq\a\vs4\al([合作探讨])在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图2­6­1进行实验．图2­6­1探讨1：闭合开关后，灯泡是否发光？【提示】因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光．探讨2：解释出现这种现象的原因．【提示】原因是：恒定电压加在原线圈上后，原线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0.故副线圈中无感应电动势．eq\a\vs4\al([核心点击])对变压器工作原理的理解变压器的变压原理是电磁感应．如图2­6­2所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势．由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈．其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能．图2­6­21．(多选)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【解析】理想变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C正确；变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率，A正确，D错误．【答案】ABC2．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()【导学号：90270085】A．通有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不相等C．穿过副线圈磁通量的变化使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【解析】通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量总相等，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈的电能，原、副线圈通过磁联系在一起，故D错误．【答案】C3.(多选)如图2­6­3所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10000V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使()图2­6­3A．开关总处于接通状态B．开关在接通时断开C．开关在断开时接通D．开关总处于断开状态【解析】欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C.【答案】BC1．变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．2．变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的．3．变压器不能改变交变电流的频率．4．若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压．理想变压器原、副线圈基本量的关系eq\a\vs4\al([先填空])1．铜损和铁损(1)铜损：变压器的线圈有内阻，电流通过时发热所损失的能量．(2)铁损：铁芯在交变磁场中反复磁化，产生涡流，使铁芯发热所损失的能量．2．理想变压器：忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器．3．电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).4．功率关系：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率．5．电流与匝数关系：原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).6．两类变压器：n2>n1，能使电压升高的变压器叫做升压变压器；n2<n1，能使电压降低的变压器叫做降压变压器．eq\a\vs4\al([再判断])1．原线圈中输入的电流，随着副线圈中的输出电流的增大而增大．(√)2．原线圈输入的电压，随着副线圈中的输出电流的增大而增大．(×)3．当副线圈空载(断路)时，原线圈中无电流．(√)4．当副线圈空载时，原线圈上电压为零．(×)eq\a\vs4\al([后思考])变压器线圈中的电流越大，应当用越粗的导线．在街上经常见到的往用户送电的变压器是降压变压器，它的原线圈和副线圈哪个应用较粗的导线？为什么？【提示】副线圈应用较粗的导线．将该变压器视为理想变压器，输送功率保持不变，又由于是降压变压器，因此副线圈的电流要大于原线圈的电流．所以，副线圈应用较粗的导线．eq\a\vs4\al([合作探讨])实验仪器：学生电源(低压交流12V)，可拆变压器，多用表(交流电压挡)，电路图如图2­6­4所示．图2­6­4实验过程：①保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈的电压U2的影响，n1＝200匝，U1＝12V.12345n2/匝10080605040U2/V②保持副线圈的匝数n2和原线圈的电压U1不变时，改变原线圈的匝数n1，研究n1对副线圈电压U2的影响，n2＝40匝，U1＝12V.12345n1/匝506080100120U2/V探讨1：变压器线圈两端的电压U1、U2与原、副线圈的匝数n1、n2的关系．【提示】eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).探讨2：对于理想变压器，只有一组副线圈的情况下，原线圈和副线圈的电流跟它们的匝数的关系．【提示】eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).因为P1＝P2，即I1U1＝I2U2，又eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，所以推导出eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).eq\a\vs4\al([核心点击])1．理想变压器的变压(变流)规律规律表示依据备注变压规律eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)…E＝neq\f(ΔΦ,Δt)适于一个原线圈及多个副线圈的情况功率关系P入＝P出能量守恒适于理想变压器变流规律eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)U1I1＝U2I2适于一个原线圈，一个副线圈n1I1＝n2I2＋n3I3＋…U1I1＝U2I2＋U3I3＋…适于一个原线圈，多个副线圈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→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．机床上的照明电灯用的电压是36V，是将220V电压经变压器降压得到的．若电灯功率是40W，可正常发光，则该变压器原、副线圈中的电流分别为()A．A,A B．A,AC．A,A D．A,A【解析】I2＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(40,36)A＝A，又P1＝P2，则I1＝eq\f(P2,U1)＝eq\f(40,220)A＝A，故B正确．【答案】B5.如图2­6­5所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220V60W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()图2­6­5A．电流表的示数为eq\f(3\r(2),220)AB．电源输出功率为1200WC．电流表的示数为eq\f(3,220)AD．原线圈端电压为11V【解析】由灯泡正常发光，可知副线圈电压为220V，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，原线圈电压U1＝20×220V＝4400V，D错；又因输入功率等于输出功率，P1＝P2＝60W，故B错；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1＝eq\f(P1,U1)＝eq\f(60,4400)A＝eq\f(3,220)A，故A错，C正确．【答案】C6．如图2­6­6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()【导学号：90270086】图2­6­6A．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】当滑动触头下移时，R3变小，R总变小，I＝eq\f(U,R总)，U不变，I变大，U并＝U－UR1变小，通过R2的电流变小，IA2＝I－IR2变大，A2的示数变大，由原、副线圈电流与匝数成反比，可知A1的示数变大．【答案】A7．(2023·江苏高考)一自耦变压器如图2­6­7所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()图2­6­7A．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间作为原线圈(匝数不变)接