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1、第五章 交变电流,第4讲 变压器,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,1,一、变压器的原理及电压与匝数的关系,如图1所示，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(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上.连接电路，接通电源，小灯泡能发光.,图1,(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？,当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.,答案,(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？,图
2、1,答案,左边线圈的电阻则有U1U电源，这样看来只要n1n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等.,1.变压器的工作原理： 是变压器工作的基础.因此变压器只对 的电流起作用，对 电流不起作用.(后两空填“变化”或“恒定”),变化,恒定,互感现象,2.变压器中的电压与匝数的关系：,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.( ),二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系,阅读
3、教材回答下列两个问题： (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？,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.,答案,(2)根据能量守恒推导原、副线圈中的电流与匝数的关系.,答案,1.变压器原、副线圈中功率关系和电流关系：P入P出，即 . 2.电流关系： .,U1I1 U2I2,U2I2250200 W50 kW.,一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为401，则变压器原线圈中的电流为_，副线圈
4、中的输出电压为_，输出功率为_.,答案,解析,5 A,250 V,50 kW,1.实验目的： 理解理想变压器的原线圈、副线圈中电压与匝数的关系. 2.实验原理： 原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化.由于副线圈和原线圈是套在同一个铁芯上的，所以通过副线圈的磁场也在不断的变化，于是就在副线圈内产生了感应电动势，副线圈相当于电源对外供电.,三、实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系,3.实验器材： 电压表两只、可拆卸式变压器、学生电源、开关、导线若干(如图2所示),4.实验步骤： (1)按如图3所示电路图连接实物图,图3,
5、(2)保持原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响.,(3)保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响.,(4)将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表：,(5)由表格数据得出结论： 当原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成 比. 当副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成 比. 5.注意事项 (1)在改变学生电源电压，线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作. (2)学生电源的电压不要设置太高，一般不要超过12 V，以免发生危险.,正,反,2,题型探究,一、理想变压器基本关系的应用,例1 (2016温州高二期中)如图4所示，理想变压器原、副线圈
6、匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则,答案,解析,图4,A.电流表的示数为 A B.电源输出功率为1 200 W C.电流表的示数为 A D.原线圈两端电压为11 V,例2 (多选)如图5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,答案,解析,图5,二、理想变压器的动态分析,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
7、 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,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.,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6所示.,三、自耦变压器和互感器,图6,2.互感器 交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直
8、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7所示),图7,(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8所示),图8,答案,解析,例3 (多选)图9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9,A.线圈匝数n1n2，n3n4 C.甲图中的电表是电压表 D.乙图中的电表是电流表,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，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，n3n4，题图乙中的
9、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10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10,A.U2U1，U2降低 B.U2U1，U2升高 C.U2U1，U2降低 D.U2U1，U2升高,答案,解析
10、,例5 某同学选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压_(选填“交流电源”或“直流电源”).先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”).上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是_(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”).,交流电源,增大,减小,控制变量法,答案,四、探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系,达标检测,3,1.如图11所示，
11、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(可视为理想电表)的示数分别是,答案,解析,1,2,3,4,图11,A.120 V,0.10 A B.240 V,0.025 A C.120 V,0.05 A D.240 V,0.05 A,1,2,3,4,2.(多选)如图12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,答案,1,2,3,4,图12,A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V B.
12、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.乙图是电流互感器，输电电流是100 A,解析,1,2,3,4,3.如图13所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsin t，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； 和 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,答案,解析,1,2,3,4,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,图13,1,2,3,4,电路中的
13、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.,4.(多选)(2016杭州七县市区高二第一学期期终)如图14所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是,答案,1,2,3,4,图14,A.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的 电动势和内阻”实验中的电压表 B.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈 C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压 D.保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝 数对输出电压的影响,
