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第六节变压器1.在无线电仪器中,常需要在距离较近处安装两个线圈,并要求当一个线圈中电流有变化时,对另一个线圈中的电流的影响尽量小.如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()课前·自主学习ABCD【答案】D【解析】两个相距较近的线圈,当其中的一个线圈中电流发生变化时,就在周围空间产生变化的磁场.这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,即发生互感现象.要使这种影响尽量小,应采用D选项所示的安装位置才符合要求.因为通电线圈的磁场分布与条形磁铁的类似,采用D选项所示的安装位置时,变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小.2.(多选)对于扼流圈的以下说法,正确的是()A.扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的B.低频扼流圈用来“通低频、阻高频”C.高频扼流圈用来“通直流、阻交流”D.高频扼流圈对低频交变电流阻碍作用较小,对高频交变电流的阻碍作用很大【答案】AD一、变压器1.用途:改变交变电流的______.2.构造:由__________和绕在铁芯上的线圈组成,与电源连接的线圈叫做_______,与负载连接的线圈叫做_______.3.工作原理:在原线圈上加交变电压,原线圈中的交变电流在铁芯中产生______________且也穿过副线圈,从而在副线圈中产生________________,如果副线圈两端接入负载,负载中就会有交变电流.电压闭合铁芯原线圈副线圈交变的磁通量感应电动势在课外,某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时,发现缺少电源,于是就用一种摩托车的蓄电池代替,按图进行实验.则闭合电键后,灯泡是否发光?并解释出现这种现象的原因.【答案】因蓄电池是直流电源,向外输出恒定电压,故连接到副线圈上的小灯泡不会发光.原因是恒定电压加在原线圈上后,线圈内的磁通量不发生变化,因而副线圈中的磁通量也不发生变化,所以E=nΔΦΔt=0.故副线圈中无感应电动势.二、理想变压器原、副线圈基本量的关系1.理想变压器:忽略原、副线圈的______和各种电磁能量损失的变压器.3.功率关系:原线圈的输入功率______副线圈的输出功率.电阻2.电压与匝数关系:原、副线圈的电压之比等于两个线圈的____________,即U1U2=__________.匝数之比n1n2等于4.电流与匝数关系:原、副线圈中的电流跟它们的匝数______,即I1I2=______.成反比n2n15.两类变压器:n2>n1,能使电压升高的变压器叫做______变压器;n2<n1,能使电压降低的变压器叫做______变压器.升压降压课堂·优化整合理想变压器的变压规律1.电压关系:原线圈中U1=E1=n1ΔΦΔt,副线圈中U2=E2=n2ΔΦΔt,因而电压关系满足:U1U2=n1n2.当有几组副线圈时,则有:U1n1=U2n2=U3n3=….2.功率关系:由于理想变压器没有各种能量损失,所以变压器输出功率等于输入功率,即:P2=P1.当有几组副线圈时,则有:P1=P2+P3+….3.电流关系:根据P=UI,由功率关系得:U2I2=U1I1,所以I1I2=U2U1,再由U1U2=n1n2得,电流关系为:I1I2=n2n1或n1I1=n2I2.若有多个副线圈时,有P1=P2+P3+…,即U1I1=U2I2+U3I3+….将U1∶U2∶U3∶…=n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1=n2I2+n3I3+….【特别提醒】(1)理想变压器变压比公式U1U2=n1n2,对有一个或n个副线圈的变压器均适用.而变流比公式I1I2=n2n1,只适用于有一个副线圈的变压器,若为两个以上副线圈的变压器,电流与匝数的关系要从P入=P出导出.(2)变压比公式中的电压值和变流比公式中的电流值均为有效值,不是瞬时值.(3)理想变压器变压比公式和变流比公式中的电压和电流均采用峰值时,公式仍成立.一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5.原线圈与正弦交变电源连接,输入电压U如下图所示.副线圈仅接入一个10Ω的电阻.则()例1A.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: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=6.0×104J,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,故D正确.答案:D►题后反思(1)由图象读出峰值并计算出有效值.(2)计算出输出电压U2.(3)计算出输出功率(等于输入功率)及R产生的热量.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芯流到了副线圈【答案】BC【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,D错.理想变压器各物理量变化的决定因素和变压器的动态分析问题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)总功率P入=P线+P2.即变压器的输入功率是由输出功率决定的.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=P2U2.4.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→I1.一理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,如下图所示,如果负载电阻的滑片向上移动,则图中所有交流电表的示数及输入功率变化情况正确的是()A.V1、V2不变,A1增大,A2减小,P增大B.V1、V2不变,A1、A2增大,P增大C.V1、V2不变,A1、A2减小,P减小D.V1不变,V2增大,A1减小,A2减小,P减小例2解析:理想变压器输入电压不变,则输出电压不变,故表V1、V2示数不变;滑片向上移,使负载电阻增大,因而,副线圈中的电流I2减小,由于变压比不变,故原线圈中的电流也将减小;输出功率P出=U2I2减小,P入=P出,因而输入功率也将减小.答案:C►题后反思理想变压器的动态问题分析,大致有两种情况:一是负载电阻不变,原、副线圈的电压U1、U2,电流I1、I2,输入和输出功率P1、P2随匝数比变化而变化的情况;另一类是匝数比不变,上述各量随负载电阻变化而变化的情况.不论哪种情况都要注意:(1)根据题意分清变量和不变量;(2)要弄清“谁决定谁”的制约关系.2.(2017·河南模拟)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示.现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光.下列说法正确的是()【答案】DA.输入电压u的表达式u=202sin(50πt)VB.只断开S2后,L1、L2均正常发光C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8W【解析】周期是0.02s,ω=2π0.02rad/s=100πrad/s,所以输入电压u的表达式应为u=202sin(100πt)V,A错误;只断开S2后,负载电阻变大为原来的2倍,电压不变,副线圈电流变小为原来的一半,L1、L2的功率均变为额定功率的四分之一,B错误;只断开S2后,原线圈的输入功率等于副线圈的功率,都减小,C错误;若S1换接到2后,电阻R电压有效值为4V,R消耗的电功率为U2R=0.8W,D正确.1.自耦变压器:铁芯上只绕有一个线圈,三个抽头,线圈既提供原线圈,又提供副线圈,自耦变压器变压规律与一般变压器相同.如调压变压器是一种自耦变压器.如下图所示.几种常见变压器2.互感器(1)电压互感器:用来把高电压变成低电压,副线圈比原线圈匝数少,它的原线圈并联在高压电路上,副线圈接入交流电压表,如图甲.甲乙(2)电流互感器:用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈匝数多,原线圈串联在被测电路中,副线圈接入交流电流表,如图乙.图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图,下列说法中不正确的是()例3甲乙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,输出端不可以短路D.乙图中的电表是电流表,输出端不可以断路解析:甲图中原线圈并联在电路中,应为电压互感器,为降压变压器,n1>n2,甲图中的电表为电压表;乙图中原线圈串联在电路中,为电流互感器,是升压变压器,n3<n4,乙图中电表为电流表,故选项B、C、D正确.答案:A►题后反思本题考查互感器的应用,理解原、副线圈匝数多少及在电路中连接方式是解题的关键.3.一个次级有两个不同副线圈的理想变压器,如图甲所示.图乙将两盏标有“6V0.9W”和一盏标有“3V0.9W”的三盏灯泡全部接入变压器的次级,且能够正常发光.已知U1=220V,匝数如图.甲乙(1)请在次级画出连接的示意图.(2)计算灯泡正常发光时变压器初级线圈中的电流大小.【答案】(1)见解析图(2)0.012A【解析】(1)由电压和匝数的关系知U1U2=n1n2,U1U3=n1n3,代入数据,得U2=2V,U3=7V,由U2、U3的结果知仅用两个副线圈中的一个时不能使三盏灯正常发光,若将两线圈的端点2与3连接,则有U1U14=n1n3-n2,解得U14=5V,仍不符合题目要求.若将两线圈的端点2与4连接,则有U1U13=n1n2+n3,解得U13=9V.由公式R=U2P知“6V0.9W”的灯泡电阻R=620.9Ω=40Ω,“3V0.9W”的灯泡电阻R′=320.9Ω=10Ω.由以上所求数据可知,当两盏“6V0.9W”的灯泡并联再与“3V,0.9W”灯泡串联接入U13时恰能正常发光,如下图所示.(2)利用P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3,则I1=I2U2+I3U3U1=0.9×3220A=0.012A.当变压器原线圈中接有用电器时由于原线圈中的用电器要分担一部分电压,因此原线圈两端电压不等于电源两端电压,但电压比、电流比的关系仍然成立.原线圈中接有用电器问题如图甲所示,变压器原副线圈的匝数比为3∶1,L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9V6W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,输入端交变电压的ut图象如图乙所示.则以下说法中正确的是()A.电压表的示数为36VB.电流表的示数为2A例4甲乙C.四只灯泡均能正常发光D.变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz解析:输入电压等于灯泡L1与原线圈电压之和,而电压表测量到的实际上是原线圈两端电压,故A错误;原副线圈变压比3∶1,原、副线圈电流之比为1∶3,设副线圈电压为U,则原线圈电压为3U,灯泡L1的电压也是U,故4U=36V,U=9V,故四个灯泡均正常工作.电流表的示数为I=3I额=3P额U额=2A,B、C正确;变压器原线圈的频率f=1T=50Hz,原副线圈的频率一样为50Hz,D正确.答案:BCD4.(2018·新课标Ⅰ卷)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上,如图所示.设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功
本文标题:2019-2020学年高中物理 第2章 交变电流 第6节 变压器课件 粤教版选修3-2
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