《山东省专用2018_2019学年高中物理第五章交变电流第4节变压器讲义含解析新人教版选修3_》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省专用2018_2019学年高中物理第五章交变电流第4节变压器讲义含解析新人教版选修3_（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节 变压器1互感现象是变压器的工作基础，变压器工作时有能量损失，变压器的输出功率与输入功率之比叫做变压器的效率。理想变压器的效率为100%。2理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为。3如果理想变压器的副线圈只有一个，则P1P2，即U1I1U2I2，得出原、副线圈电流与匝数的关系为。4所有变压器不改变交变电流的频率，理想变压器不改变功率。一、变压器的原理 1变压器的构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。2变压器的工作原理变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场
2、不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3作用改变交变电流的电压。二、电压与匝数的关系1理想变压器没有能量损失的变压器，也是一个理想化模型。2电压与匝数的关系理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即：。3两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。三、两种互感器1电压互感器把高电压变成低电压。它的原线圈并联在高压电路上，副线圈接入交流电压表，如图甲所示。2电流互感器把大电流变成小电流。原线圈串联在被测电路中，副线圈接入交流电流表
3、，如图乙所示。1自主思考判一判(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。()(2)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。()(3)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。()(4)理想变压器是客观存在的。()(5)适用于任何理想变压器。()2合作探究议一议(1)如果把变压器接入直流电路，变压器能起到变压作用吗？提示：变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不会引起磁通量的变化，就没有互感现象出现，变压器就起不到变压作用。(2)变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗？提
4、示：不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线绕制而成；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线绕制而成。(3)变压器的铁芯为什么用薄硅钢片叠压而成？提示：为了减少损耗，变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样，涡流被限制在狭窄的薄片之中，回路的电阻很大，涡流大为减弱，从而减小了铁损。变压器的工作原理及规律1工作原理2基本规律(1)电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1n1，E2n2，所以。(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1E1，副线圈两端的电压U2E2，所以。当有n组线圈时，则
5、有：。(3)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入P出。(4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得。当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3，得I1n1I2n2I3n3典例如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 V,6 W”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(可视为理想的)的示数分别是()A120 V,0.10 AB240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 A思路点拨解答本题时可按以下思路分析：解析由于灯泡正常发光，所以U212 V，根据 解得U1240 V；
6、两个灯泡均正常发光，I221 A，根据解得I10.05 A，故D正确。答案D理想变压器的三点提醒(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能在直流电路中使用。(2)原、副线圈的电压、电流发生变化，而频率不变。(3)当副线圈有多个线圈时，电压关系仍适用，而电流关系式不再适用。 1(2017北京高考)如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(V)的交流电源上，副线圈接有R55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为220 WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110 VD副线圈输出交流电的周期为50 s解析：选B由交
7、流电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为220 V，故有效值为U1220 V，由，故副线圈电压的有效值为U2110 V，故输出功率P2220 W，再由输入功率等于输出功率知，P1P2220 W，A项错误；根据欧姆定律知，I22 A，由，得I11 A，故电流表读数为1 A，所以B项正确；电压表的读数为有效值，即U2110 V，C项错误；由交流电压的表达式可知，100(rad/s)，又T，解得T0.02 s，所以D项错误。2多选(2016全国卷)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是()A原、副
8、线圈匝数比为91B原、副线圈匝数比为19C此时a和b的电功率之比为91D此时a和b的电功率之比为19解析：选AD设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为91，选项A正确，选项B错误；由9U0IaU0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据PUI，a、b灯泡的电功率之比为19，选项C错误，选项D正确。3.如图所示，理想变压器原线圈匝数为n11 000 匝，两个副线圈匝数分别为n250 匝和n3100 匝，L1是“6 V2 W”的灯泡，L2是“12 V4 W”的灯泡，当原线圈接正弦交变电流时，两灯泡均
9、正常发光，那么原线圈中的电流为()A. AB. AC. AD. A解析：选C由电压关系解得U1120 V，原线圈的输入功率为P入U1I1PL1PL2解得I1 A，C正确。理想变压器的动态变化1电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2。2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，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1。3功率制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2P负1P负2；(2)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。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
10、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RI2P2P1I1；(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、n2U2I2P2P1I1。典例如图所示，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思路点拨解析由于输入电压不变，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知，流过R
11、的电流增大，电阻上的电压URIR增大。副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1I2U2，且I2增大，得原线圈输入电流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。答案A理想变压器动态问题的处理方法(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。 1(2016天津高考)如图所示，理想变压器原线圈
12、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()A当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大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示数变大解析：选B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻R变大，则副线圈所在电路的总电阻R总变大，因原、副线圈两端的电压U1、U2不变，则通过R1的电流I2变小，R1消耗的功率PR1I22R1变小，选项A错误；R1两端的电压UR1I2R1变小，则电压表V的示数UVU2UR1变大，选项B正确；因通过原、副线圈的
13、电流关系，I2变小，则I1变小，即电流表A1的示数变小，选项C错误；若闭合开关S，则副线圈所在电路的总电阻R总变小，通过副线圈的电流I2变大，则通过原线圈的电流I1变大，电流表A1的示数变大，R1两端的电压UR1I2R1变大，则R2两端的电压UR2U2UR1变小，电流表A2的示数变小，选项D错误。2.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的阻值减小解析：选D由，P出可得P出又因为P入P出，所以P入分析可得选项D
14、正确。3.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220 sin 100t(V)，则()A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 VB当t s时，c、d间电压的瞬时值为110 VC单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小解析：选A当单刀双掷开关与a连接时，原、副线圈的匝数比为101，原线圈两端的电压有效值U1 V220 V，根据，代入数据得U222 V，故电压表的示数为22 V，A正确；当t s时，c、d间电压的瞬间值为u220 sinV110 V，故B错误；当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，电压不变，电流减小，即电压表示数不变，电流表示数减小，故C错误；当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈匝数减小，根据，所以U2变大，电压表和电流表的示数均变大，故D错误。自耦变压器与互感器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
