2019-2020学年高中物理 第五章 交变电流 第4节 变压器课件 新人教版选修3-2

第五章交变电流第4节变压器学习目标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．通过探究得出理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系．3．明确理想变压器的输入与输出功率之间的关系，会推导原、副线圈中的电流关系．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、变压器的原理1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与1连接的线圈叫原线圈，与2连接的线圈叫副线圈．2．原理：3现象是变压器的工作基础．原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的4也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生5．3．作用：改变交变电流的6，不改变交变电流的7和8．电源负载互感磁场感应电动势电压周期频率二、电压与匝数的关系1．理想变压器：没有9的变压器．2．电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的10之比，即：U1U2＝11.能量损失匝数n1n23．两类变压器(1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫12变压器．(2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫13变压器．4．应用(1)远距离输电中，升压和降压后提供给用户．(2)满足各种不同电压要求的用电设备．降压升压|基础小题·做一做|1．正误判断(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压．()(2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率．()(3)理想变压器是客观存在的．()(4)U1U2＝n1n2适用于任何理想变压器．()√√××2．如图所示四个电路，能够实现升压的是()解析：选D变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故A、B错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以，C错误，只有D能实现升压．3．(2019·灵山县月考)如图所示，原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时()A．原、副线圈磁通量之比为1∶2B．原、副线圈电流之比为1∶2C．输入功率和输出功率之比为1∶2D．原、副线圈电压之比为1∶2解析：选B理想变压器是根据电磁感应现象工作的，通过原、副线圈的磁通量相等，A选项错误；根据理想变压器电流和匝数的关系可知，原、副线圈电流之比为1∶2，B选项正确；理想变压器的输入功率和输出功率相等，C选项错误；根据理想变压器电压和匝数的关系可知，原、副线圈电压之比为2∶1，D选项错误．4．变压器的原、副线圈连在一起吗？是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗？提示：变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，是利用互感现象在副线圈上感应出电流的，并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了．|核心知识·记一记|1．互感现象是变压器的工作基础，变压器工作时有能量损失，变压器的输出功率与输入功率之比叫做变压器的效率．理想变压器的效率为100%.2．理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为U1U2＝n1n2.3．如果理想变压器的副线圈只有一个，则P1＝P2，即U1I1＝U2I2，得出原、副线圈电流与匝数的关系为I1I2＝n2n1.4．所有变压器不改变交变电流的频率，理想变压器不改变功率．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一变压器的工作原理|要点梳理|1．工作原理2．变压器的作用改变交变电流的电压，而不改变交变电流的周期和频率．|例题展示|【例1】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12mA，则电流表A2的示数为()A．3mAB．0C．48mAD．与负载R的值有关[解析]当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流．[答案]B[易错提醒]变压器不能改变恒定电流的电压．因为变压器的变压原理是互感现象．若通过原线圈的电流为恒定电流，则在铁芯中激发的磁场为恒定磁场，副线圈中无感应电动势产生，所以变压器不能改变恒定电流的电压．|对点训练|1．(多选)(2018·遵义市红花岗区期中)下列关于变压器的说法正确的是()A．变压器可以增加输出功率B．变压器可以改变直流电压C．变压器只能升高电压D．变压器既能升压也能降压解析：选AD变压器是根据电磁感应规律工作的，不可以改变直流电压，B选项错误；根据理想变压器电压和匝数的关系可知，变压器可以升压也可以降压，C选项错误，D选项正确；变压器可以增大输出电压，进一步增加输出功率，A选项正确．2．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()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得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：选C通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的，故A错误；由于是理想变压器，穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等，故B错误；穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势，符合法拉第电磁感应定律，故C正确；变压器的工作原理是互感现象，原、副线圈并没有直接相连，故D错误．★要点二理想变压器各物理量间的关系|要点梳理|1．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ΔΦΔt，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1ΔΦΔt，E2＝n2ΔΦΔt，所以E1E2＝n1n2.2．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U1U2＝n1n2.当有n组线圈时，则有：U1n1＝U2n2＝U3n3…升压、降压变压器3．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入＝P出．4．电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得I1I2＝U2U1＝n2n1.当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…|例题展示|【例2】如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，V和A均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，A、B端电压u1＝122sin100πtV．下列说法正确的是()A．电流频率为100HzB．V的读数为24VC．A的读数为0.5AD．变压器输入功率为6W[解析]根据u1＝122sin100πtV及U＝Um2知，U1＝12V，f＝ω2π＝50Hz，选项A错误；根据U1U2＝n1n2得U2＝n2n1U1＝12×12V＝6V，即V的读数为6V，选项B错误；根据I2＝U2RL＝66A＝1A，即A的读数为1A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝U22RL＝626W＝6W，选项D正确．[答案]D【例3】如图所示为理想变压器，原线圈的匝数为1000匝，两个副线圈的匝数分别为n2＝50匝，n3＝100匝，L1是“6V2W”的小灯泡，L2是“12V4W”的小灯泡，当原线圈两端接上交流电压时，L1、L2都正常发光，那么原线圈中的电流为()A.160AB.130AC.120AD.110A[解析]由P入＝P出可知，I1U1＝6W，又U1U2＝n1n2，U1＝n1n2U2＝100050×6V＝120V，所以I1＝P入U1＝6120A＝120A.[答案]C[规律方法]对U1U2＝n1n2的理解(1)U1U2＝n1n2，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的．(2)输出电压U2由输入电压U1和原、副线圈的匝数比共同决定．由U1U2＝n1n2得，U1n1＝U2n2＝ΔΦΔt.(3)若变压器有多个副线圈，有U1U2＝n1n2，U1U3＝n1n3，…即电压关系仍成立．两个副线圈之间满足U2U3＝n2n3.|对点训练|1．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V6W”的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是()A．120V,0.10AB．240V,0.025AC．120V,0.05AD．240V,0.05A解析：选D由于灯泡正常发光，所以U2＝12V，根据U1U2＝n1n2解得U1＝240V；两个灯泡均正常发光，I2＝2PU2＝1A，根据I1I2＝n2n1解得I1＝0.05A，故D正确．2．一理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压U如图所示．副线圈仅接入一个10Ω的电阻，则()A．流过电阻的电流是20AB．与电阻并联的电压表的示数是1002VC．经过1分钟电阻发出的热量是6×103JD．变压器的输入功率是1×103W解析：选D由电压的有效值和最大值的关系得U1＝Um2＝220V.根据理想变压器电压与匝数的关系U1U2＝n1n2，得U2＝n2n1U1＝511×220V＝100V，故电压表的示数是100V，B错误；I2＝U2R＝10010A＝10A，A错误；1分钟内电阻发出的热量Q＝I2Rt＝102×10×60J＝6×104J，C错误；变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出＝U2I2＝100×10W＝1×103W，D正确．3.(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数比为9∶1B．原、副线圈匝数比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9解析：选AD设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为9∶1，选项A正确，选项B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据P＝UI，a、b灯泡的电功率之比为1∶9，选项C错误，选项D正确．★要点三理想变压器的动态分析问题|要点梳理|1．电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝n2U1n1.2．电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定，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＝n2I2n1.3．功率制约(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)总功率P入＝P出，即变压器的输入功率是由输出功率决定的．4．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.|例题展示|【例4】(多选)(2019·郑州模拟)如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，保持输入电压不变．开始时单刀双掷开关K接a；S断开时，小灯泡A发光较暗，要使小灯泡A亮度增加，下列操作可行的是()A．闭合开关SB．开关K接bC．把滑动变阻器滑片向左移动D．把滑动变阻器滑片向右移动[解析]闭合开关S，根据串联电路的规律可知，副线圈回路电阻变小，根据理想变压器电压和匝数的关系可知，输入电压不变，则输出电压不变，根据闭合电路欧姆定律可知，输出电流变大，滑动变阻器上的分压增大，灯A两端电压变小，灯泡A变暗，A选项错误；开关K接b，原线圈匝数减小，输出电压增大，灯泡A中电流增大，灯泡A变亮，B选项正确；把滑动变阻器滑片向左移动，副线圈回路总电阻变大，副线圈两端电压不变，总电流变小，灯泡A两端的电压变小，灯泡A变暗，C选项错误；把滑动变阻器滑片向右移动，副线圈回路总电阻变小，总电流变大，灯泡A两端的电压变大，灯泡A变亮，D选项正确．[答案]BD[规律方法]理想变压器动态问题的处理方法(1)首先抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1.(2)把副线圈当做电源，研究副线圈电路电阻变化．(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化．(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化．|对点