变压器导学案.docx
《变压器导学案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变压器导学案.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
变压器导学案
5.4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.掌握理想变压器的几种关系并能用它解决相关问题.
[学习重点]变压器工作原理及工作规律
[学习难点]应用变压器工作原理结合电路知识处理变压器相关问题
【自主学习】
1.变压器:
是改变______________的电器设备,由______________和两个绕在铁芯上的线圈组成,其中与电源连接的叫______________,与负载连接的叫______________.
2.变压器的工作原理:
变压器的工作基础是______________现象,原线圈中的交变电流所激发的磁场不仅穿过______________,也同时穿过______________.变化的磁场在______________中产生______________.
3.理想变压器:
没有______________损失的变压器叫做理想变压器.
4.电压与匝数的关系是:
原、副线圈的______________等于两个线圈的______________.
5.常见的变压器有_______变压器、________变压器、_______互感器、_______互感器.
[合作探究及要点分析]
探究一:
变压器结构及原理
1.变压器结构
观察变压器模型:
总结变压器基本构造:
______________________________
画出变压器在电路中的符号:
2.变压器工作原理
想一想
(1)把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到交流电源的两端,另一个线圈连接到小灯泡上(如图所示),小灯泡能发光吗?
为什么?
(2)若把交流电源改为蓄电池,小灯泡发光吗?
小结:
变压器的工作基础是________现象.因此变压器只对______的电流起作用,对_______电流不起作用.(后两空选填“变化”或“恒定”);变压器工作时能量转化:
_______________________________.
例1
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
探究二:
理想变压器的规律
1.理想变压器“理想”在哪些方面?
2.理想变压器的规律
(1)功率关系
(2)变压器原、副线圈电压与匝数关系
理想变压器的原、副线圈中具有磁通量,
磁通量的变化率
.
根据法拉第电磁感应定律:
E1=;E2=;
=;
对于理想变压器,导线电阻可以忽略,故U1=E1,U2=E2(副线圈看成一个电源,电动势等于路端电压)。
所以
=
如果n2<n1,则输出电压输入电压,称变压器;
如果n2>n1,则输出电压输入电压,称变压器。
可见,电压仅与匝数关,与负载关。
(3)原线圈与副线圈中的电流与匝数关系
对于理想变压器,P入______P出。
由P入=U1I1P出=U2I2即推出I1I2n1n2的关系__________________________
思考:
(多个副线圈)如果副线圈个数有两个,根据理想变压器的关系推导出电压、电流和匝数的关系:
电压和匝数的关系:
______________________________________
电流和匝数的关系:
______________________________________
例2
理想变压器正常工作时,原、副线圈中一定相同的物理量是( )
A.每匝线圈中磁通量的变化率
B.交变电流的频率
C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率
D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势
例3
理想变压器连接电路如图甲所示,已知原、副线圈匝数比为10∶1,当输入电压波形如图乙时,电流表读数为2A,则( )
A.电压表读数为282V
B.电压表读数为28.2V
C.输入功率为56.4W
D.输入功率为40W
探究三:
理想变压器中各量的制约关系
1.电压制约:
当变压器原、副线圈的匝数比(
)一定时,电压决定电压。
2.功率制约:
P出决定P入,P出增大,P入;P出减小,P入,P出为0,P入为.
3.电流制约:
当变压器原、副线圈的匝数比(
)一定,且输入电压U1确定时,
电流决定电流.
例4
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S接通时,以下说法中正确的是()
A、副线圈两端M、N的输出电压减小
B、原线圈中的电流增大
C、通过灯泡L1的电流减小
D、副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大
例5
如图所示为一理想变压器,K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交变电压,I1为原线圈中的电流,则( )
A.保持U1及P的位置不变,K由a扳向b时,I1将增大
B.保持U1及P的位置不变,K由b扳向a时,R消耗功率减小
C.保持U1不变,K接在a处,使P上滑,I1将增大
D.保持P的位置不变,K接在a处,若U1增大,I1将增大
提示:
对理想变压器进行动态分析问题的思路程序可表示为:
探究四:
几种常见的变压器
1.自耦变压器
如图所示,铁芯上只绕一个线圈,低压线圈是高压线圈的一部分,既可以作为升压变压器使用,也可以作为降压变压器使用.
规律:
=
,
=
.
2.电压互感器
(1)构造:
小型降压变压器,如图甲所示.
(2)接法:
原线圈并联在高压电路中,副线圈接电压表;为了安全,外壳和副线圈应接地.
(3)作用:
将高电压变为低电压,通过测量低电压,计算出高压电路的电压.
3.电流互感器
(1)构造:
小型升压变压器,如图乙所示.
(2)接法:
原线圈串联在被测电路中,副线圈接电流表.为了安全,外壳和副线圈应接地.
(3)作用:
将大电流变成小电流,通过测量小电流,计算出被测电路中的大电流.
随堂检测
1.对于理想变压器下,下列说法中正确的是()
A.原线圈的输入功率,随副线圈输出功率增大而增大
B.原线圈的输入电流随副线圈输出电流的减小而增大
C.原线圈的电压,不随副线圈输出电流变化而变化
D.当副线圈电流为零时,原线圈电压为零
2.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流
电源,副线圈接入“220V,60W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则( )
A.电流表的示数为
A
B.电源输出功率为1200W
C.电流表的示数为
A
D.原线圈端电压为11V
3.某变压器原、副线圈匝数比为55∶9,原线圈所接电源电压按如图所示的规律变化,副线圈接有负载,下列判断正确的是( )
A.输出电压的最大值为36V
B.原、副线圈中电流之比
为55∶9
C.变压器输入、输出功率
之比为55∶9
D.交流电源电压有效值为220V,频率为50Hz
4.一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的触头。
下列说法正确的是()
A.副线圈输出电压的频率为50Hz
B.副线圈输出电压的有效值为31V
C.P向右移动时,原、副线圈的电流比减小
D.P向右移动时,变压器的输出功率增加
5.如图所示,M、N为两条交流输电线,甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图,以下说法正确的是( )
A.甲、乙两图中的电表均为交流电压表
B.甲图中的电表是交流电流表,乙图中的电表是交流电压表
C.甲图中的电表是交流电压表,乙图中的电表是交流电流表
D.甲、乙两图中的电表均为交流电流表
6.如图所示,自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源,其电压有效值UAB=100V,R0=40Ω,当滑动片处于线圈中点位置时,C、D两端电压的有效值UCD为________V,通过电阻R0的电流有效值为____A.
7.如图所示,一台有两个副线圈的理想变压器,原线圈匝数n1=1100匝,接入电压U1=220V的电路中.
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2=6V,U3=110V,它们的匝数n2、n3分别为多少?
(2)若在两副线圈上分别接上“6V,20W”、“110V,60W”的两个用电器,原线圈的输入电流为多少?
拓展提升
1.对于理想变压器,下列说法中正确的是()
A.原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大
B.原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大
C.原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化
D.当副线圈的电流为零时,原线圈的电压也为零
2.如图所示,理想变压器原副线圈匝数之比n1:
n2=4:
1,当导体棒L在匀强磁场中向左做匀速直线运动时,电流表A1的示数12mA,则电流表A2的示数为()
A.3mAB.0
C.48mAD.与负载R的值有关
3.如图所示,一个理想变压器,初、次级线圈匝数比为10:
1,把初级线圈接入U=220
sin100πtV的交流电源,那么()
A.用交流电压表测量次级输出电压为220
V
B.次级交流电的频率为100Hz
C.次级接入R=22Ω的电阻,则初级线圈的电流为1A
D.次级接入,R=22Ω的负载,则变压器的输入功率为22W
4.将输入为220V,输出为6V的变压器,改绕成输出为30V的变压器.若副线圈原来的匝数为30匝,原线圈匝数不变,则副线圈应增加的匝数是()
A.150匝B.120匝C.130匝D.144匝
5.一台理想变压器的原、副线圈匝数比为4∶1,若原线圈加上u=1414sin100πt(V)的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是()
A、250VB、353.5V
C、499.8VD、200V
6.如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R开始时,开关S断开.当S接通时,以下说法中正确的是()
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上的电压降增大
C.通过灯泡L1的电流减小
D.原线圈中的电流增大
7.如图所示,一理想变压器的变压比为3∶1,图中四只灯泡完全相同.在L1、L2、L3正常发光的条件下,若断开L4,则()
A、L1、L2、L3变亮B、L1、L2、L3变暗
C、L1变亮,L2、L3变暗D、L1变暗,L2、L3亮度变亮
8.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,如图所示,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,Iab<Icd
B.ab接MN、cd接PQ,Iab>Icd
C.ab接PQ、cd接MN,Iab<Icd
D.ab接PQ、cd接MN,Iab>Icd
9.一单相变压器原副线圈匝数比为20:
1,原线圈两端电压U1=220V,副线圈电阻r2=1Ω,负载电阻R=19Ω.求副线圈输出电压U2、原线圈输人功率P1及变压器的效率.
10、如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。
变压器的输入电压是市区电网的电压,负载变化时输入电压不会有太大的波动。
输出电压通过输电线输送给用户,输电线的电阻用R0表示,变阻器R表示用户用电器的总电阻,当用电器增加时,相当于R的值减小(滑动片向下移)。
当用户的用电器增加时,图中各表的读数如何变化?
11.如图所示理想变压器原、副线圈的匝数比为N1:
N2=2:
1,原线圈接220V交流电源,副线圈接额定功率为20W的灯泡L,灯泡正常发光.当电源电压降为180V时,求:
(1)此时灯泡实际消耗的功率?
(2)此时灯泡中的电流是多少?
12.图甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的u—t图象如图乙所示,若只在ce间接一只Rce=400Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W.
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式;
(2)求只在ce间接400Ω电阻时,原线圈中的电流I1;
(3)求ce和de间线圈的匝数比
.