《高中物理第3章电能的输送与变压器3.2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用教师用书沪科选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第3章电能的输送与变压器3.2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用教师用书沪科选修3-2（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3.2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用学 习 目 标知 识 脉 络1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.掌握变压器的工作原理及互感现象.(难点)3.掌握理想变压器匝数与电压、电流的关系，并能用它解决基本问题.(重点)4.了解电能的优点及发展前景.变 压 器1.用途变压器是改变交流电压的设备.2.结构变压器主要由闭合的铁心和绕在铁心上的两个或两个以上的线圈组成，如图321所示.图3213.两组概念(1)原线圈与副线圈.原线圈：与电源相连的线圈(也叫初级线圈)，匝数用n1表示.副线圈：与负载相连的线圈(也叫次级线圈)，匝数用n2表示.(2)输入电压与输出电压.输入电压：原线圈两端
2、的电压，用符号U1表示.输出电压：副线圈两端的电压，用符号U2表示.4.常见的变压器(1)电力变压器：用于电能输送，有升压变压器，也有降压变压器，一般功率较大.(2)自耦变压器：只有一个线圈，线圈的起始端既是原线圈的一端，也是副线圈的一端.线圈上有一边刮去了绝缘漆，当金属触头沿此边滑动时，就改变了副线圈的匝数，从而改变了输出电压.(3)互感器：是一种变压器，有电压互感器和电流互感器，用于测量高电压和大电流.(4)电源变压器：用于将220 V电压转换成所需要的低压直流电.1.变压器的基本原理是电磁感应.()2.变压器不能改变恒定电流的电压.()能否去掉变压器的闭合铁心？【提示】不能.变压器的闭合
3、铁心起导磁作用，如果没有铁心，原线圈电流产生的磁通量只有少量通过副线圈，会有大量的能量损失，变压器效率会很低.故变压器的铁心不可缺少.如图322所示，是理想变压器的结构示意图和电路符号.结构示意图电路符号图322探讨1：由图可知，变压器的原、副线圈之间并没有导线相连，副线圈却能输出电流，这是什么原因？【提示】互感现象是变压器工作的基础.电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场.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，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流.恒定不变的电流不能产生变化的磁场，不满足产生感应电动势的条件，所以变压器不能够
4、改变恒定电流的电压.探讨2：变压器能改变交流电的频率吗？【提示】变压器在工作时，原、副线圈磁通量的变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率.1.理想变压器 (1)没有漏磁(磁感线全部集中在铁芯中).(2)没有能量损失，即铁芯中无内能产生，线圈中无内能产生(线圈电阻忽略不计). 2.理想变压器的“两不改变”与“两改变”.(1)两不改变： 不改变功率理想变压器不计铜损、铁损与漏磁，所以输入功率等于输出功率，P入P出.当副线圈为断路时，原线圈的输入功率为零.不改变频率在原线圈中接上周期性变化的电流，在副线圈中会激发出同频率的交变电源.(2)两改变：改变电压改变电流.2.两类互感器的特点及电路连接
5、方式(1)互感器本质上是变压器，互感现象在其工作原理的基础上，将互感器分为电压互感器和电流互感器.(2)电压互感器和电流互感器的比较 电压互感器电流互感器原线圈的连接原线圈并联在高压电路中原线圈串联在待测高电流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压 将大电流变为小电流 结合匝数比可计算出的结果高压电路的电压 大电流电路的电流 原理图1.一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等()A.交流电的频率B.电流的有效值C.电功率D.磁通量的变化率【解析】一个正常工作的理想变压器，原、副线圈的磁通量的变化率，交流电的频率、电功率均相等，而电流的有效
6、值不一定相等，故选B.【答案】B2.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【解析】通有正弦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.【答案】C3.在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器.如下四个图中，能正确反映工作原理的是
7、()ABCD【解析】电流互感器应串联在高压电路中，属于升压变压器，故A正确.【答案】A(1)理想变压器是一种理想化模型，自身不损耗任何能量.(2)电压互感器应并联在电路中，而电流互感器应串联在电路中.探究变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系1.电压与匝数的关系(1)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.(2)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.2.电流关系和功率关系(1)电流与匝数关系：原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即.(2)功率关系：变压器的输入功率等于输出功率，即P1P2.1.变
8、压器能改变交流电压、交流电流.()2.理想变压器原、副线圈电流之比等于匝数之比.()3.理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比.()根据变压器两个线圈匝数的多少，如何区分哪是高压线圈？哪是低压线圈？【提示】变压器的电压与原、副线圈匝数的关系可知，匝数多的为高压线圈，匝数少的为低压线圈.如图323所示，为一理想变压器、匝数分别为n1、n2.图323探讨1：若此变压器为一降压变压器，且n1为原线圈，则n1、n2的大小关系如何？【提示】n1n2探讨2：原、副线圈磁通量的变化率大小关系如何？原、副线圈感应电动势大小存在怎样的关系？【提示】原、副线圈磁通量的变化率大小相等，由E1n1，E2n2可知，.
9、1.理想变压器的电压、电流、功率关系规律表示依据备注电压关系En适用于一个原线圈、一个副线圈的情况；适用于一个原线圈和多个副线圈的情况功率关系P入P出能量守恒适用于理想变压器电流关系U1I1U2I2适用于一个原线圈、一个副线圈的情况n1I1n2I2n3I3U1I1U2I2U3I3适用于一个原线圈多个副线圈的情况2.变压器工作时的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比()一定时，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出增大时，P入也随之增大；P出减小时，P入也随之减小；P出为0，P入也为0.(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比()一定时，且输入电
10、压U1确定，副线圈中输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1.3.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，负载电阻变化，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1；(2)负载电阻不变，匝数比变化，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.4.(2015江苏高考)一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V.已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为()A.200B.400C.1 600D.3 200【解析】根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，得n2400，选项B正确.【答案】B5.(多选)如图324所示为一含理想变压器的电路
11、图，S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()图324A.保持U1及P的位置不变，S由a扳向b时，I1将增大B.保持U1及P的位置不变，S由b扳向a时，R消耗功率增大C.保持U1不变，S接在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，S接在a处，若U1增大，I1将增大【解析】保持U1及P的位置不变，S由a扳向b时，n1减小，增大，则U2U1，知U2变大，则输出电流I2增大，输出功率增大，输入功率也增大，由P1U1I1知，I1增大，A正确；同理，S若由b扳向a，R消耗功率将减小，B错误；U1不变，S接在a处，使P上滑时，I2减小，
12、I1也减小，故C错；保持P的位置不变，S接在a处，使若U1增大，则U2也增大，即I2增大，由I1I2知，I1也应增大，故D正确.【答案】AD6.收音机的变压器的初级线圈有1210匝，接在U1220 V的交流电源上，变压器有两个次级线圈.次级线圈的匝数为35匝，次级线圈的匝数是1 925匝.如果不计变压器自身的能量消耗，当变压器工作时，线圈的电流是0.3 A时，初级线圈的电流I10.114 A.求线圈中的电流和输出电压(电流的计算结果保留3位有效数字).【解析】U2U1220 V6.36 V.U3U1220 V350 V.不计变压器自身的能量消耗，由能量转化和守恒定律P1P2P3，I1U1I2U
13、2I3U3，I30.066 2 A【答案】0.066 2 A350 V理想变压器的两类动态问题(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.电 能 的 开 发 和 利 用1.电能能源家族的天之骄子(1)电能与其他形式的能之间容易转换.(2)可以集中生产，便于输送和分配，易于控制与管理.(3)电能的转换效率高.2.我国电能开发利用现状(1)火力发电为主，发电量占总发电量的71%；火力发电污染严重，而且所用煤是一次性能源，不能再
14、生；(2)水力发电占总发电量的24.1%；水力发电几乎没有污染，而且水力是可再生能源，但受地域限制.3.电能开发与利用的前景(1)目前，世界各国基本上是以火力发电和水力发电为主.火力发电要大量消耗煤炭等不可能再生能源，而且放出的二氧化碳和烟尘影响空气质量，形成的酸雨会损害生物的生长发育.(2)太阳能是一种理想的能源.利用太阳能发电卫生干净，不产生公害.目前利用太阳能发电的途径主要有两种：一是太阳光发电，二是太阳热发电.(3)核能发电是把核燃料的核能转化为电能.核能发电是一个备受争议的话题.究其原因，高成本和核污染是核电站的致命弱点，这影响了人们对核能发电发展前景的估计.(4)风力发电是把风的动能转换为电能.虽然现在风力发电量不到全世界发电量的1%，但随着风力发电技术的不断进步，人类环保意识的不断增强，风力发电将迎来一个非常繁荣的时代.(5)地热发电、海浪发电和潮汐发电都是获得电能的好途径.1.电能的转换效率要明显高于内能的转换效率.()2.风能、潮汐能、太阳能等是无污染的清洁能源，因而要大力开发.()电能有哪些优点？【提示】容易与其他形式的能相互转换，可以集中生产，便于输送和分
