《2017-2018学年高中物理第二章交变电流第6节变压器教学案教科版选修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理第二章交变电流第6节变压器教学案教科版选修（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6节 变_压_器1.变压器由闭合铁芯和原、副线圈构成，它的工作原理是电磁感应。2理想变压器是忽略漏磁、原副线圈的电阻及变压器本身其他一切能量损耗的变压器。3理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为；电流与匝数的关系为。4电压互感器是一种降压变压器，它的主要作用是把高电压降为便于测量的低电压，应并联在被测电路上；而电流互感器是一种升压变压器，它的主要作用是把大电流变成小电流，应串联在被测电路中。一、变压器的结构与原理1变压器的结构变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，变压器的模型与符号如图261所示。图261(1)原线圈：与电源相连接的线圈，也叫初级线圈。(2)副线圈：与负载相连接的线圈，也
2、叫次级线圈。2变压器的原理变压器的工作原理是电磁感应。当原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过副线圈产生感应电动势。当副线圈闭合时，就会有交流电通过。3能量传递电能从原线圈通过磁场传输给副线圈。二、变压器的电压与匝数的关系1实验探究(1)实验目的：探究变压器原、副线圈匝数与电压的关系。(2)实验器材：原线圈、副线圈、变压器铁芯。(3)实验过程：如图262所示，连接好电路。可先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响，然后再保持副线圈匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超
3、过12 V。图262(4)实验结论：理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比。即。2升压变压器与降压变压器(1)升压变压器：当n2n1时，U2U1，变压器使电压升高。(2)降压变压器：当n2n1时，U2n1时，U2U1，这种变压器称为升压变压器；当n2n1时，U2U1，这种变压器称为降压变压器。(3)变压器原、副线圈匝数不同，对应的电流也不同，两线圈所用导线粗细也不相同，对降压变压器而言，哪个线圈所用导线粗些可以减少热损耗？为什么？提示：副线圈所用导线较粗，对降压变压器n1n2，由可知，I2I1，副线圈中电流大，用粗导线可以降低损耗。 理想变压器中基本关系的理解与应用1工作原理变压器的
4、变压原理是电磁感应。如图265所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能磁场能副线圈电能。图2652理想变压器的理想化条件(1)忽略原、副线圈的内阻即线圈不产生焦耳热(无能量损失)；(2)忽略原、副线圈磁通量的差别即变压器铁芯内无漏磁(磁通量全部集中在铁芯内)；(3)忽略变压器铁芯内的涡流，即铁芯不发热
5、。3理想变压器的基本关系(1)电动势关系由于互感现象，且没有漏磁，所以穿过原副线圈的磁通量的变化率相同，即原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，由法拉第电磁感应定律得E1n1，E2n2，所以。(2)电压关系由于理想变压器不计原、副线圈的电阻，因此线圈两端的电压U1E1，U2E2，所以。当有多个副线圈时，则有(3)功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失P1P2。当有多个副线圈时，有P1P2P3(4)电流关系由功率关系知，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得。当有多个副线圈时I1U1I2U2I3U3得I1n1I2n2I3n3典例一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，在原、副线圈的回路中分别接有
6、阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压在220 V的正弦交流电源上，如图266所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()图266AU66 V，kBU22 V，kCU66 V，k DU22 V，k思路点拨解答本题应注意以下两点：(1)变压器的输入电压不等于电源电压220 V。(2)原、副线圈中的电阻相同。解析设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则，故k。设原线圈两端的电压为U1，则，故U13U，而原线圈回路中电阻分担的电压为U，故3U220 V，解得U66 V。选项A正确。答案A公式及中的电压和电流一般指有效值，但也可以是最大值，但必须要对应。 1一电
7、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()A200B400C1 600 D3 200解析：选B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。2.用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图像如图267所示，则()图267A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈匝数比是12D负载电流的函数表达式i0.05 sin(100t)A解析：选A根据理想变压器的输入功率等于输出功率，则P入P出P负110 W3.9 W，故
8、A选项正确；由于题干中变压器输出电压的数值是有效值，则变压器的输出电压的最大值应是110 V，故B选项错误；根据理想变压器的变压比关系式可得，变压器原、副线圈匝数比，故C选项错误；根据题图可得，负载电流的函数表达式为iImsin，解得i0.05sin(100t)A，故D选项错误。3. (多选)如图268所示，一理想变压器原线圈匝数n11 000，副线圈匝数n2200，交流电源电动势为E311sin(100t)V，电阻R88 ，电流表和电压表对电路的影响可忽略不计，则()图268AA1的示数约为0.10 A BV1的示数约为311 VCA2的示数约为0.75 A DV2的示数约为44 V解析：选
9、AD交流电的有效值即原线圈两端的电压为U1 V220 V，即V1的示数约为220 V，根据公式可得副线圈两端电压，即V2的示数U244 V，B错误，D正确；副线圈中的电流为I20.5 A，根据公式，解得I10.1 A，即A1的示数约为0.10 A，A正确，C错误。理想变压器动态问题分析1理想变压器工作时的制约关系(1)电压：当变压器的原、副线圈的匝数比(n1n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2U1。(2)电流：当变压器的原、副线圈的匝数比(n1n2)一定，且输入电压U1一定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2决定，即I1I2。(3)功率：理想变压器的输入功率和输出功率相等
10、，即P1P2，输出功率P2决定输入功率P1。2含有变压器的动态电路分析变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循电路规律。首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析。一般分为以下两种情况：(1)原、副线圈匝数比不变。分析原、副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，输出和输入功率P2、P1随负载电阻变化而变化的情况。将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为U1，副线圈两端电压U2为定值，流过副线圈的电流I2随负载电阻的减小而增大，变压器输出功率P2(P2U2I2)也随着增大，不计变压器损失的能量，则变压器输入功率P1(P
11、1P2)也增大，流过原线圈的电流I1也增大。进行动态分析的顺序是U1U2U1I2P2I2U2P1P2I1。(2)负载不变。上述物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况。一般情况下，如果原线圈输入电压U1和匝数n1不变，当副线圈匝数n2增大时，副线圈两端电压U2增大，流过副线圈的电流I2增大，变压器输出功率P2(P2U2I2)增大，则变压器的输入功率P1增大，流过原线圈的电流I1增大，反之，变化情况则相反。典例(多选)如图269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
12、一电压为U的正弦交流电，则()图269A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，电流表读数变小思路点拨解答本题要明确以下两点：(1)保持Q的位置不动，则原、副线圈匝数比不变。(2)保持P的位置不动，则负载电阻不变。解析保持Q的位置不动，则U2不变，将P向上滑动时，R接入电路的电阻变大，根据I2知，I2变小，由得I1也变小，即电流表读数变小，选项A错误，选项B正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，U2变大，则根据P2知副线圈输出功率变大，由P1P2知，变压器原线圈输入功率P1变大，而P1I1U，输入电压U一定，I1变大，即电流表读数变大，
