2019-2020学年高中物理 第五章 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节变压器第五章交变电流1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理．2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题．(重点＋难点)3.了解电压互感器和电流互感器．【基础梳理】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，与交流电源连接的线圈叫_______，与负载连接的线圈叫_______．2．原理_____现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的_____也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生___________.原线圈副线圈互感磁场感应电动势二、电压与匝数的关系1．理想变压器：没有_________的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型．2．电压与匝数的关系原、副线圈的_______等于两个线圈的_______，即U1U2＝n1n2.3．理想变压器原、副线圈功率关系P1___P2.4．两类变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫_____变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫_____变压器．能量损失电压比匝数比＝降压升压【自我检测】判断正误(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．()(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率．()√××√探究思考如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？提示：不能．变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生．理想变压器的原理和基本规律的应用如图所示，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，AB两端电压u1＝122sin100πt(V)．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＝122sin100πt(V)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；又I2＝U2RL＝66A＝1A，即A的读数为1A，选项C错误；根据P入＝P出及P出＝U22RL＝626W＝6W，选项D正确．[答案]D关于理想变压器的五点说明(1)变压器不能改变直流电压．(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．(3)理想变压器本身不消耗能量．(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．(5)理想变压器的变压关系是一个普适关系，而电流比I1I2＝n2n1则不然，它只适用于副线圈仅有一个的情况．而对副线圈有多个的情况则应根据功率关系P入＝P出，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…来找出各线圈间的电流关系．【题组过关】1．(2019·成都高二检测)如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝1102V，I＝0.2AD．U＝1102V，I＝0.22A解析：选A.U2＝220V，根据U1∶U2＝n1∶n2得U1＝110V．I2＝PU2＝0.1A，根据I1∶I2＝n2∶n1得I1＝0.2A，所以正确答案是A.2．(多选)(2016·高考全国卷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、副线圈匝数之比为9∶1B．原、副线圈匝数之比为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.因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为9∶1，A项正确，B项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C项错误，D项正确．理想变压器的动态分析1．电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝n2U1n1.(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.(3)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，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝n2I2n1.2．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→P出→P入→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→P出→P入→I1.命题视角1负载变化(多选)(2019·山西阳高高二期末)如图所示，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小．理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝2202sin100πt(V)，则()A．电压表的示数为222VB．在天逐渐变黑的过程中，电流表A2的示数变小C．在天逐渐变黑的过程中，电流表A1的示数变大D．在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小[解析]根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为2202V，根据电压之比等于线圈匝数之比可知，副线圈的电压的最大值为222V，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为UV＝2222V＝22V，故A错误；在天变黑的过程中，光照变弱，R阻值增大；电路的总电阻增大，由于电压是由变压器决定的，输出的电压不变，所以电流变小，电流表A2的示数变小，故B正确；由于变压器的输入和输出的功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由P＝UI可知，输出的功率要减小，故输入的功率也要减小，因输入电压不变，故输入功率变小，故C错误，D正确．[答案]BD命题视角2匝数比变化(多选)(2019·成都七中高二月考)如图所示为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则()A．保持U1及P的位置不变，S由a合到b，I1将增大B．保持P的位置及U1不变，S由b合到a，R消耗的功率减小C．保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大[思路点拨][解析]S由a合到b，n1减小而U1不变，由U1U2＝n1n2可知副线圈上电压U2增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A项正确；同理S由b合到a时，P2减小，B项正确；P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2＝U2R可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由I1I2＝n2n1可知I1将减小，故C项错误；当U1增大时，由U1U2＝n1n2可知U2也增大，I2＝U2R增大，再由I1I2＝n2n1可知I1增大，故D项正确．[答案]ABD处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定，I1由I2和匝数比决定．(2016·高考天津卷)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是()A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大解析：选B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，变压器副线圈的总负载的等效电阻增大，R1中电流减小，R1两端电压减小，电压表示数变大，R1消耗的电功率变小，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，变压器副线圈输出电流减小，输出功率减小，根据变压器输入功率等于输出功率，变压器输入功率减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，变压器副线圈的总负载的等效电阻减小，则R1中电流增大，R1两端电压增大，电压表示数减小，电流表A2示数减小，电流表A1示数变大，选项D错误．自耦变压器和互感器1．自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图所示．2．互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流．互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器．(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压．(如图甲所示)(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流．(如图乙所示)(多选)如图甲、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()A．线圈匝数n1n2，n3n4B．线圈匝数n1n2，n3n4C．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[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，n1n2，其中的电表为电压表；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，n3n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确．[答案]CD(1)电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路．(2)电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2.(3)电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2.