2012高二物理课件：第二章 第六节 变压器 (粤教版选修3-2)

第六节变压器知识点1认识变压器1．变压器的构造闭合铁芯原线圈副线圈如图2－6－1为变压器的构造和符号图．其构造有：_______、________(初级线圈)n1匝、________(次级线圈)n2匝．图2－6－12．变压器的工作原理：U1为输入电压、I1为输入电流，U2为输出电压、I2为输出电流．变压器的工作原理是互感现象．原线圈中交变电流→铁芯中产生交变磁通量→副线圈中产生感应电动势E2→副线圈中交变电流→铁芯中产生交变磁通量→原线圈中产生感应电动势E1.3．注意：(1)记住变压器的符号，与原线圈对应的物理量U1、I1、n1，与副线圈对应的物理量U2、I2、n2.其中的电压、电流值U1、I1、U2、I2都是交变电流的有效值；(2)变压器只能在交变电流下工作，若输入的是恒定的直流电流，则变压器无输出，即U2＝0I2＝0.变压器能改变交变电压，但________________________．不能改变交变电流的频率知识点2几种常见的变压器1．自耦变压器：如图2－6－2所示，只有一个线圈，甲为自耦降压变压器，乙为自耦升压变压器．图2－6－22．调压变压器：属于自耦变压器，但电压可连续调节，如图2－6－2丙所示．3．互感器：它可以把不能直接测量的高电压、大电流变换成低电压、小电流进行测量．图2－6－3(1)电压互感器：把高电压变成低电压，并联在电路中，如图2－6－3甲所示．(2)电流互感器：把大电流变成小电流，串联在电路中，如图2－6－3乙所示．知识点3理想变压器中的电压与电流1．理想变压器(1)理想变压器是一种理想模型，本身无能量损耗．理想变压器的工作原理是互感现象，所以只有接入交变电流才能工作．(2)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(实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别)．，即对同一变压器的任意两个线圈，2．理想变压器中的电压(1)原、副线圈两端的电压之比等于这两个线圈的匝数之比．用公式表示为都有电压和匝数成正比．(2)当n2n1时，U2U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器．(3)当n2n1时，U2U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器．U1U2＝n1n23．理想变压器中的电流P入＝P出(1)理想变压器的输出功率与输入功率相等，有_________，____________，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和．U1I1＝U2I2(2)理想变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比．用公式表示为________.4．注意(1)只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：U1I1＝U2I2，I1I2＝n2n1I1I2＝n2n1；(2)变压器的输入功率由输出功率决定，常有：P1＝U1I1＝U22R＝n2U1n121R，即在输入电压确定以后，输入功率与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比．式中的R表示负载电阻的阻值．(3)当变压器有多个副线圈时，电流的反比关系就不适用了，由：U1I1＝U2I2＋U3I3＋U4I4＋…和U2＝n2n1U1，U3＝n3n1U1，U4＝n4n1U4…可得出：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋….(4)原、副线圈交变电流的周期T和频率f相同．【例题】(双选)用理想变压器给负载(所有负载都是并联的)供电，下列措施哪些可以增加变压器的输入功率()A．只增加原线圈的匝数C．只增加负载B．只减少负载D．只增加副线圈的匝数解析：变压器的输入功率由输出功率决定，只增加原线圈的匝数，或只减少副线圈的匝数，致使原、副线圈的匝数比增加，使副线圈的输出电压减少，输出功率减少，而使输入功率随之减少，A错D对；只减少负载，意味着总电阻增加，输出电流减小，输出功率减小，而使输入功率随之减小，C对B错．故选CD.答案：CD1．(双选)如图2－6－4所示为一理想变压器的电路图，图中S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑动头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法中正确的是()图2－6－4A．若保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大B．若保持U1及P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率将增大C．若保持U1不变，S接在a处，使P向上滑时，I1将增大D．若保持P位置不变，S接在a处，使U1增大时，I1将增大答案：AD解析：原线圈匝数n1变小，副线圈电压U2、电流I2都将变大，故原线圈电流I1变大，A正确．原线圈匝数n1变大，副线圈电压U2、电流I2都将变小，R消耗的功率减小，B错误．当P上滑时，电阻增大，电流I2变小，I1将变小，C错误．当U1增大时，副线圈电压U2将增大，I1将增大，D正确．题型1变压器与电路综合问题【例题】如图2－6－5中，降压变压器的变压系数是3，即初级线圈匝数与次级线圈的匝数之比是3.初级线圈的输入电压是660V，次级线圈的电阻为0.2Ω，这台变压器供给100盏“220V60W”的电灯用电．求：(1)空载时次级线圈的路端电压和输出功率．(2)接通时次级线圈的路端电压．(3)每盏灯的实际功率．图2－6－5解析：(1)将变压器视为理想变压器．设空载时次级线圈的路端电压为U2.因n1/n2＝3.故U2＝n2U1/n1＝220V．因为空载，次级线圈的负载电阻R2→∞，次级线圈中的电流为零，即I2＝0，P＝I2U2＝0.答案：见解析(2)接通电路后，100盏电灯并联的总电阻为R外＝R100＝U2额/P额100＝8.07Ω次级线圈中的路端电压为U2′＝I2R外＝2208.07＋0.2×8.07＝214.68(V)(3)每盏灯的实际功率P＝I2100U′2＝220×214.688.27×100W＝57.1W.规律总结：解决变压器问题的常用方法有：1．电压思路．变压器原、副线圈的电压之比为U1/U2＝n1/n2；当变压器有多个副绕组时U1/n1＝U2/n2＝U3/n3＝…2．功率思路．理想变压器的输入、输出功率为P入＝P出，即P1＝P2；当变压器有多个副绕组时P1＝P2＋P3＋…3．电流思路．由I＝P/U知，对只有一个副绕组的变压器有I1/I2＝n2/n1；当变压器有多个副绕组时n1I1＝n2I2＋n3I3＋…4．(变压器动态问题)制约思路．(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，可简述为“原制约副”．(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，可简述为“副制约原”．(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总＝P线＋P2.动态解析问题的思路程序可表示为：5．原理思路．变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦ/Δt相等；当遇到“自耦”型变压器时有：ΔΦ1/Δt＝ΔΦ2/Δt＋ΔΦ3/Δt，此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于稳压或恒定电流的情况．U11122UnUn决定U222121122()2UIRPPIUIUI负数决定决定I11111PIUP决定1．(双选，2010年肇庆模拟)用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题．如图2－6－6，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S)图2－6－6闭合时，以下说法正确的是(A．灯泡L1两端的电压减小B．电阻R两端的电压增大C．副线圈输出电压增大D．原线圈输入功率减小解析：开关S闭合后，用电器端的总电阻变小，因为输入电压不变，所以输出电压不变，用电器端电流增大，所以R两端电压增大，灯泡L1两端的电压减小，AB对；输出电压与用电器的状况无关，只与原线圈的输入电压和匝数有关，C错；因为P入＝P出，输出电压不变，用电器端电流增大，所以输出功率增大，则原线圈输入功率增大，D错．答案：AB题型2多个副线圈的变压器的计算【例题】如图2－6－7所示，理想变压器原线圈I接到220V的交流电源上，副线圈II的匝数为30，与一标有“12V12W”的灯泡连接，灯泡正常发光．副线圈III的输出电压为110V，电流为0.4A．求：(1)副线圈III的匝数．(2)原线圈I的匝数以及通过原线圈的电流．图2－6－7答案：(1)275匝(2)550匝，0.25A解析：(1)根据已知，U2＝12V，n2＝30；U3＝110V.由U2U3＝n2n3，得n3＝U3U2n2＝275匝．(2)因U1＝220V，根据U1U2＝n1n2，得n1＝U1U2n2＝550匝．由P1＝P2＋P3＝P2＋I3U3＝56W，得I1＝P1/U1＝0.25A.2．(双选)如图2－6－8所示为理想变压器，原线圈的匝数是n1，两个副线圈的匝数分别是n2、n3，当原线圈两端加上交变电压U1后，测得原线圈中的电流为I1，设两个副线圈两端的电压分别是U2、U3，其中的电流分别为I2、I3，则有()AC图2－6－8A.U1U2＝n1n2，U1U3＝n1n3B.I1I2＝n2n1，I1I3＝n3n1C．I1＝n2n1I2＋n3n1I3D.I1I2＋I3＝n2＋n3n1