高中物理第3章电能的输送与变压器3.2-3.3变压器为什么能改变电压电能的开发与利用讲义沪科版选修

3.2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用第3章

电能的输送与变压器[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.4.了解我国电能开发与利用的现状及前景.内容索引知识探究新知探究点点落实达标检测当堂检测巩固反馈知识探究把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁心上，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).连接电路，接通电源，小灯泡能发光.一、变压器的原理及电压与匝数的关系答案(1)电源和小灯泡并没有连接，小灯泡为什么会发光？答案当左边线圈加上交变电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁心中产生周期性变化的磁场，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.图1(2)小灯泡两端电压与学生电源两端的输出电压相等吗？如果不相等与什么因素有关？答案(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论原因.答案答案不亮.因为在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以小灯泡不亮.[要点总结]1.变压器的构造：闭合铁心、与

相连接的线圈叫原线圈(匝数用n1表示，又叫做

)、与

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.变压器的工作原理是

.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”)交流电源初级线圈负载次级线圈闭合铁心电磁感应变化恒定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

.特别提醒：变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流.不能电源典型例题例1

(多选)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心流到了副线圈答案√解析√解析B∝I，由于面积S不变，故Φ∝I，A错误.因理想变压器无漏磁，故B、C正确.原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D错.二、理想变压器中的功率及电流关系1.什么是理想变压器？理想变压器输入与输出功率有什么关系？答案答案理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出.2.若只有一个副线圈时，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？答案答案由能量守恒定律知P入＝P出，即U1I1＝U2I2.3.若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？答案答案若有多个副线圈P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…[要点总结]1.理想变压器的特点：(1)变压器铁心内无

；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)若只有一个副线圈时I1U1＝

，即

＝____.(2)若有多个副线圈时I1U1＝

＋

＋…得I1n1＝

＋

＋….漏磁发热内阻P入＝P出I2U2I2U2I3U3I2n2I3n3典型例题例2如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，

和

均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB两端电压u1＝12sin100πt(V).下列说法正确的是答案解析图2A.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√三、自耦变压器和互感器1.自耦变压器如图3所示，铁心上只绕有一个线圈，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32.电压互感器、电流互感器(1)构造：小型变压器，如图4所示.图4(2)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.典型例题例3

(多选)图5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答案解析A.线圈匝数n1<n2，n3<n4B.线圈匝数n1>n2，n3>n4C.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√图5√解析题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，题图甲中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，题图乙中的电表为电流表，故选项C、D正确.例4如图6所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0＝220V，n0＝2200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1100匝、2200匝.电动机M的内阻r＝4Ω，额定电压为U＝220V，额定功率P＝110W.下列判断正确的是A.当选择挡位3时，电动机两端电压为110VB.当挡位由3变换到2时，电动机的功率增大C.当选择挡位2时，电动机的热功率为1WD.当选择挡位4时，电动机的输出功率为110W答案解析√图6解析由电压与匝数的关系U0∶U3＝n0∶n3，解得U3＝110V，A正确；当挡位由3变换到2时，输出电压减小，电动机的功率减小，B错误；当没有达到额定功率时，热功率小于1W，C错误.达标检测1.(变压器的工作原理)(多选)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1234√√√2.(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图7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A.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∶3答案图71234解析√√解析变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60W＝132W，选项A错误；12343.(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u＝U0sinωt的交流电源，副线圈接一个R＝27.5Ω的负载电阻.若U0＝220V，ω＝100πrad/s，则下述结论正确的是1234图8A.副线圈中电压表的读数为55VB.副线圈中输出交变电流的周期为

sC.原线圈中电流表的读数为0.5AD.原线圈中的输入功率为110W答案√解析√123412344.(互感器)(多选)如图9所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V和10A，已知甲图中原、