高中物理第5章交变电流4变压器同步备课教学案新人教版选修32Word格式文档下载.docx
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①只有一个副线圈:
.
②有多个副线圈:
=…
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(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.( )
答案
(1)√
(2)×
(3)×
(4)√
二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系
[导学探究] 阅读教材回答下列三个问题:
(1)什么是理想变压器?
理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系?
(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.
(3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.
答案
(1)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.所以理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入=P出.
(2)由能量守恒有P入=P出,即U1I1=U2I2.
所以
(3)若有多个副线圈,则P1=P2+P3+…,
即U1I1=U2I2+U3I3+…
将U1∶U2∶U3∶…=n1∶n2∶n3∶…代入得
n1I1=n2I2+n3I3+…
[知识梳理] 变压器原、副线圈中功率关系和电流关系:
(1)功率关系:
P入=P出,即U1I1=U2I2.
(2)电流关系:
①只有一个副线圈时,
②有多个副线圈时:
[即学即用] 一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为40∶1,则变压器原线圈中的电流为________,副线圈中的输出电压为________,输出功率为________.
答案 5A 250V 50kW
解析 由
,得I1=
I2=
×
200A=5A;
由
,得U2=
V=
250V;
由理想变压器功率关系,得P入=P出=U1I1=U2I2=250×
200W=50kW.
一、理想变压器基本关系的应用
1.电压制约:
当变压器原、副线圈的匝数比
一定时,输入电压U1决定输出电压U2,即U2=
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:
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=
例1
如图2所示,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12V 6W”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(可视为理想电表)的示数分别是( )
图2
A.120V,0.10AB.240V,0.025A
C.120V,0.05AD.240V,0.05A
答案 D
解析 灯泡正常工作,副线圈两端的电压U2=12V,副线圈中的电流I2=2×
A=1A,根据匝数比得原线圈中的电流I1=
I2=0.05A,原线圈两端的电压U1=20U2=240V,选项D正确.
二、理想变压器的动态分析
例2
(多选)如图3所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( )
图3
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小
答案 BC
解析 Q位置不动,副线圈电压U2不变,当P上滑时,R增大,由P=
可知总功率减小,原线圈电压U1不变,由P=U1I1可知原线圈电流I1减小,故A错误,B正确;
当P位置不动,Q上滑时,由
知U2增大,同理分析知原线圈电流I1增大,故C正确,D错误.
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.
三、几种常见的变压器
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4所示.
图4
2.互感器
交流电压表和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5所示)
图5
(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6所示)
图6
例3
(多选)图7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( )
图7
A.线圈匝数n1<
n2,n3<
n4
B.线圈匝数n1>
n2,n3>
C.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
答案 CD
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,n1>
n2,题图甲中的电表为电压表;
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,n3<
n4,题图乙中的电表为电流表,故选项C、D正确.
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.
例4
一自耦变压器如图8所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈,在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2,在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中( )
图8
A.U2>
U1,U2降低B.U2>
U1,U2升高
C.U2<
U1,U2降低D.U2<
答案 C
,n1>
n2知U2<
U1;
滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程,n2减小,则U2降低,C项正确.
1.(多选)如图9所示,L1、L2是高压输电线,图中两电表示数分别是220V和10A,已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1,乙图中原、副线圈匝数比为1∶10,则( )
图9
A.甲图中的电表是电压表,输电电压为22000V
B.甲图是电流互感器,输电电流是100A
C.乙图中的电表是电压表,输电电压为22000V
D.乙图是电流互感器,输电电流是100A
答案 AD
解析 根据匝数比
,有U1=
U2=
220V=22000V,故A正确;
甲图是电压互感器,故B错误;
乙图是电流互感器,电表是电流表,故C错误;
只有一个副线圈的变压器,电流比等于匝数的反比
,有I1=
10A=100A,故D正确.
2.如图10所示,理想变压器原线圈输入电压u=Umsinωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.
和
是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;
是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是( )
图10
A.I1和I2表示电流的平均值
B.U1和U2表示电压的最大值
C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大
D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I2变大
解析 电路中的电压表和电流表表示的都是有效值,选项A、B错误.滑片P向下滑动过程中,接入电路中的电阻变小,U2不变、I1变大,故C正确,D错误.
3.(多选)如图11(a)中,理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1,RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化,如图(b)所示.下列说法正确的是( )
图11
A.变压器输入、输出功率之比为4∶1
B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4
C.u随t变化的规律为u=51sin(50πt)V
D.若热敏电阻RT的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大
答案 BD
解析 由题意,变压器是理想变压器,故变压器输入、输出功率之比为1∶1,故A错误;
变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比,即
,故选项B正确;
由题图(b)可知交流电压最大值Um=51V,周期T=0.02s,可由周期求出角速度的值为ω=100πrad/s,则可得交流电压u随t变化的规律为u=51sin(100πt)V,故选项C错误;
RT处温度升高时,阻值减小,电流表的示数变大,电压表示数不变,故选项D正确.
一、选择题(1~7题为单选题,8~11题为多选题)
1.如图所示的四个电路,能够实现升压的是( )
解析 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D能实现升压,C不能实现升压.
2.如图1所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时,电流表
的示数是12mA,则副线圈中电流表
的示数是( )
A.3mAB.48mA
C.零D.与R的阻值有关
解析 当导线在平行导轨上匀速运动时,产生的电流是恒定的,不会使副线圈的磁通量变化,因而副线圈中无感应电流,选项C正确.
3.如图2为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V.调节前后( )
A.副线圈中的电流比为1∶2
B.副线圈输出功率比为2∶1