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2.6变压器 学案(2020年粤教版高中物理选修3-2)

1、第六节第六节 变压器变压器 学科素养与目标要求 物理观念:1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理,并能运用电 磁感应的规律进行解释 科学思维:1.理想化方法构建变压器模型.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系,并能用它 解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系,并能推导出原、副线圈的电流关系 科学探究:了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法,经历探究过程,分析现象 得出探究结果 一、认识变压器 1构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,与电源连接的线圈叫做原线圈,与负载 连接的线圈叫做副线圈 2原理:原线圈的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量,这个交变的磁

2、通量同时穿过原、副 线圈,在副线圈中产生感应电动势,若在副线圈两端接入负载,负载中就会有交变电流 二、电压与匝数的关系 1理想变压器:忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器 2电压与匝数的关系:原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比,即U1 U2 n1 n2. 3两类变压器:n2n1的变压器叫升压变压器;n2U1,U2降低 BU2U1,U2升高 CU2U1,U2降低 DU2n2知 U2U1;滑动触头从 M 点顺时针旋转至 N 点过程,n2 减小,n1不 变,U1不变,则 U2降低,C 项正确 例 4 (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( )

3、图 7 A线圈匝数 n1n2,n3n2,n3n4 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,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 三、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n1 n2一定时,输入电压 U1决定输出电压 U2,即 U2 n2U1 n1 . (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

4、;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n1 n2一定,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 I1n2I2 n1 (只有一个副线圈时) 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 RI2P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、 n2U2I2P出P入I1. 例 5 (多选)(2018 孝感市八校联盟高二下学期期末联考)理想变压器的原线圈连接一只理想 电流表,副线圈接入电路

5、的匝数可以通过滑动触头 Q 调节,如图 8 所示,在副线圈上连接了 定值电阻 R0和滑动变阻器 R,P 为滑动变阻器的滑片原线圈两端接在电压为 U 的交流电源 上则( ) 图 8 A保持 Q 的位置不动,将 P 向上滑动时,电流表的读数变小 B保持 Q 的位置不动,将 P 向上滑动时,电流表的读数变大 C保持 P 的位置不动,将 Q 向上滑动时,电流表的读数变大 D保持 P 的位置不动,将 Q 向上滑动时,电流表的读数变小 答案 AC 解析在原、副线圈匝数比一定的情况下,变压器的输出电压由输入电压决定因此 Q 位置 不动时,输出电压不变,此时 P 向上滑动,副线圈电路总电阻增大,则输出电流减小

6、,输入 电流也减小,故电流表的读数变小,故 A 正确,B 错误P 位置不动,将 Q 向上滑动,则输 出电压变大,输出电流变大,输入电流也变大,则电流表的读数变大,故 C 正确,D 错误 针对训练 (2018 三明市高二下学期期末联考)如图 9 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,以下说法正确的是( ) 图 9 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 上的电压减小 C通过灯泡 L1的电流增大 D原线圈中的电流增大 答案 D 解析输入电压和匝数比不变,由U1 U2 n1

7、n2知副线圈的输出电压不变,A 错误;当 S 接通时, 副线圈电路的总电阻减小,总电流 I2变大,电阻 R 上的电压增大,并联部分的电压减小,通 过灯泡 L1的电流减小,B、C 错误;由I1 I2 n2 n1知,电流 I2 变大,则 I1变大,D 正确 学科素养 通过改变原、副线圈的匝数、滑动变阻器滑片的位置、开关闭合等方式分析理 想变压器的动态问题,使学生进一步熟练掌握理想变压器的原理,熟练掌握理想变压器原、 副线圈中的电压、电流、功率关系:U1 U2 n1 n2, I1 I2 n2 n1(一组副线圈),P1P2,及 U1 决定 U2、 I2决定 I1、P2决定 P1等制约关系,培养了学生的

8、综合分析能力,较好地体现了“科学思维” 的学科素养. 1(变压器的工作原理)关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( ) A通有正弦式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不相等 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 C 解析 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积 S 不变,故磁通量 变 化,A 错误;因理想变压器无漏磁,故 B 错误;由互感现象知 C 正确;原线圈中的电能转化 为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故 D 错误 2(理想变压器基本关系的应用)如图 10

9、所示, 理想变压器原、副线圈匝数比 n1n221, 和均为理想电表,灯泡电阻 RL6 ,AB 两端电压 u112 2sin 100t(V)下列说法正确 的是( ) 图 10 A电流频率为 100 Hz B.的读数为 24 V C.的读数为 0.5 A D变压器输入功率为 6 W 答案 D 解析 根据 u112 2sin 100t (V)及 UUm 2知 U112 V,f 250 Hz,选项 A 错误;根据 U1 U2 n1 n2得 U2 n2 n1U1 1 212 V6 V, 即 的读数为 6 V, 选项 B 错误; 又 I2U2 RL 6 6 A1 A, 即的读数为 1 A,选项 C 错误;

10、根据 P入P出及 P出U2 2 RL 6 2 6 W6 W,选项 D 正确 3.(互感器)(多选)如图 11 所示, L1、 L2是高压输电线, 图中两电表示数分别是 220 V 和 10 A, 已知甲图中原、副线圈匝数比为 1001,乙图中原、副线圈匝数比为 110,则( ) 图 11 A甲图中的电表是电压表,输电电压为 22 000 V B甲图是电流互感器,输电电流是 100 A C乙图中的电表是电压表,输电电压为 22 000 V D图示高压输送电路输入的总功率为 2.2103 kW 答案 AD 解析 题图甲中的原线圈并联在电路中,是电压互感器,电表是电压表,故 B 错误;根据U1 U2

11、 n1 n2,有 U1 n1 n2U2 100 1 220 V22 000 V,故 A 正确;题图乙中的原线圈串联在电路中, 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, I1 I2 n4 n3, 有I1 n4 n3I2 10 1 10 A100 A, 根据PUI 得输入的总功率PU1I122 000100 W 2.2103 kW,故 D 正确 4 (理想变压器的动态分析)(2016 天津卷)如图 12 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( ) 图 12 A当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时,R1消

12、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 答案 B 解析 当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时,接入电路的阻值变大,变压器副线圈两端电 压不变, 副线圈中的电流减小, 则 R1消耗的功率及其两端电压均变小, 故电压表的示数变大, 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,副线圈中的电流减小,则原 线圈中的电流也减小,电流表 A1示数变小,选项 C 错误;若闭合开关 S,副线圈电路中总电 阻减小,副线圈中的电流变大,原线圈中的电流也变大,电流表 A1示数变大,R1两端电压 变大,R2两端电压减小,电流表 A2示数减小,选项 D 错误