2019-2020学年高中物理 第5章 习题课 4 变压器的应用课件 新人教版选修3-2

习题课4变压器的应用[学习目标]1.会分析变压器的动态变化问题，掌握解答此类问题的思路．2.理解自耦变压器和互感器的原理．3.掌握变压器的原理，会解答具有多个副线圈的变压器问题．合作探究攻困难理想变压器的动态变化问题1.变压器的动态电路分析一是要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循欧姆定律．首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析．2．需要注意的几点(1)负载增多，不等于电阻变大．并联的负载增多对应用电器增多，消耗功率增大，其总电阻减小．(2)负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断：先要由U1U2＝n1n2判断U2是否变化，再根据U2及负载电阻变大或变小的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I2的变化情况，最后再由P入＝P出判断原线圈中电流的变化情况．3．动态问题的分析思路可表示为【例1】理想变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节，在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电，如图所示．下列情况可能出现的是()A．若Q位置不变，将P向上滑动，U′变大B．若Q位置不变，将P向上滑动，电流表的读数变大C．若P位置不变，将Q向上滑动，电流表的读数变大D．若P位置不变，将Q向上滑动，变压器的输入功率不变C[当理想变压器的输入电压U，以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圈两端的电压也不变，A项错误；由P出＝U′2R＋R0知R增大时，输出功率减小，又由P入＝P出得原线圈中的电流表读数要减小，B项错误；Q向上滑动时，U′增大，而负载电阻不变，则输出功率要增大，即输入功率也要增大，原线圈中的电流就要增大，C项正确，D项错误．]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.1．如图所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使()A．原线圈匝数n1增加B．副线圈匝数n2减少C．负载电阻R的阻值增大D．负载电阻R的阻值减小D[由U1U2＝n1n2，P出＝U22R可得P出＝U21n22n21R，又因为P入＝P出，所以P入＝U21n22n21R，分析可得选项D正确．]几种特殊的变压器1.自耦变压器图甲所示是自耦变压器的示意图．这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈．如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压．调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2.2．互感器电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测高流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的关系式U1U2＝n1n2I1n1＝I2n2(1)电压互感器是降压变压器，据U1U2＝n1n2，知n1＞n2.电流互感器是升压变压器，据I1I2＝n2n1，知n1＜n2.(2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志①测量仪器不同，前者后者；②原、副线圈匝数关系不同；③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上．(3)使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地．【例2】如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220V，电流表示数为10A，则高压输电线的送电功率为()A．2.2×103WB．2.2×10－2WC．2.2×108WD．2.2×104WC[根据题图甲可得，高压输电线的送电电压U＝n1n2U甲＝220kV；根据题图乙可得，送电电流I＝n4n3I乙＝1000A；所以高压输电线的送电功率P＝UI＝220kV×1000A＝2.2×108W，C正确．]【例3】调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图甲所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间输入交变电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压．图甲中两电表均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器．现在C、D两端输入图乙所示正弦式交流电，变压器视为理想变压器，那么()A．由乙图可知C、D两端输入交流电压u的表达式为u＝362sin100t(V)B．当滑动触头P逆时针转动时，M、N之间输出交流电压的频率变大C．当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数也变大D．当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电阻R2消耗的电功率变小D[由题图乙可知u＝362sin100πt(V)，A错误；M、N之间输出交流电压的频率由输入交流电压的频率决定，B错误；滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，R3减小，由“串反并同”可知电压表读数减小，电流表读数增大，R2消耗的电功率P2＝U2R2减小，C错误，D正确．]区别电压互感器和电流互感器的方法2．普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()A．ab接MN、cd接PQ，IabIcdB．ab接MN、cd接PQ，IabIcdC．ab接PQ、cd接MN，IabIcdD．ab接PQ、cd接MN，IabIcdB[电流互感器ab一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，根据电流关系得I1n1＝I2n2，所以IabIcd，电流表应接在电流较小的一侧，故选项B正确．]有多个副线圈的变压器副线圈有多个时，电压比等于匝数比仍然成立，电流比不再与匝数比成反比，而要用原、副线圈功率相等去推导．若原线圈中有用电器时，不要把电源电压与原线圈电压搞混，错误利用电源电压去寻找比例关系；而要把原线圈所在电路当作一回路处理，原线圈相当于一非纯电阻用电器，其两端电压与副线圈电压的比值等于匝数比．【例4】如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6V2W”的小灯泡，L2是“12V4W”的小灯泡．当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为()A.160AB.130AC.120AD.110AC[对多个副线圈，其电压关系有：U1n1＝U2n2＝U3n3，由于输入功率和输出功率相等，有n1I1＝n2I2＋n3I3.两灯正常发光，对L1必有U2＝6V，I2＝P2U2＝13A，对L2有U3＝12V，I3＝P3U3＝13A．原线圈上电压U1＝n1n2U2＝100050×6V＝120V，副线圈上总的输出功率P出＝PL1＋PL2＝2W＋4W＝6W，原线圈上输入功率P入＝P出＝6W．原线圈中的电流I1＝P入U1＝6120A＝120A，故选项C正确．]理想变压器的电压关系U1U2＝n1n2，对于一个或多个副线圈均适用，而电流关系I1I2＝n2n1，适用于只有一个副线圈的变压器.处理含有多个副线圈的变压器问题时，首选P入＝P出，从输出端的P出打开突破口.3．如图所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为()A．1∶1∶1B．3∶2∶1C．6∶2∶1D．2∶2∶1B[灯泡正常发光，可得UA＝UB＝UC＝UD，所以U2＝2U3.由变压器的电压比n2n3＝U2U3＝2U3U3＝21，所以n2＝2n3.同理，灯泡正常发光，功率相等，即PA＝PB＝PC＝PD.由P＝I2R，得IA＝IB＝IC＝ID，即I1＝I2＝I3.由U1I1＝U2I2＋U3I3得n1I1＝n2I2＋n3I3，即n1＝n2＋n3＝2n3＋n3＝3n3，所以n1∶n2∶n3＝3∶2∶1，故B正确．]当堂达标固双基1．(多选)电流互感器和电压互感器如图所示，其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数，a、b为两只交流电表，则()A．A为电流互感器，且n1＜n2，a是电流表B．A为电压互感器，且n1＞n2，a是电压表C．B为电流互感器，且n3＜n4，b是电流表D．B为电压互感器，且n3＞n4，b是电压表AD[由题图可知A为电流互感器，B为电压互感器，因此a是电流表，b是电压表，在A中，有I1n1＝I2n2，要把大电流变为小电流，有n2＞n1；在B中，有U3U4＝n3n4，要把高电压变成低电压，则有n3＞n4，综上可知，A、D正确．]2.如图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110WA[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；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I＝PU＝0.5A，热功率Pr＝I2r＝1W，输出功率为P－Pr＝(110－1)W＝109W，D错误；当没有达到额定功率时，热功率小于1W，C错误．]3．如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开．当开关S接通时，以下说法中不正确的是()A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大A[由于输入电压不变，所以当S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变．并联灯泡L2，总电阻变小，由欧姆定律I2＝U2R2知，流过R的电流增大，电压UR＝IR增大．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得，I2增大，原线圈输入电流I1也增大．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小，故B、C、D正确，A错误．]4．如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，其中B、C的匝数分别为n2、n3，电压表的示数为U，电流表的示数为I，L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件不能计算出的物理量是(忽略温度对电阻的影响)()A．线圈A的匝数B．灯L2两端的电压C．变压器的输入功率D．通过灯L1的电流A[由题意知线圈B两端的电压为U，设线圈C两端的电压为UC，则UCU＝n3n2，所以UC＝n3n2U；通过L2的电流为I，则可以求出L2的电阻，L2与L1的电阻相同，所以可求出通过L1的电流；根据以上数据可以求出L1、L2的功率，可得变压器总的输出功率，它也等于变压器的输入功率；根据题意无法求出线圈A的匝数，故选A.]