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1、2022-2023学年高中物理 第二章 交变电流 6 变压器学案 教科版选修3-2目标定位1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的功率关系.3.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.一、变压器的结构与原理1.变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号.图1(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副线圈(匝数用n2表示).输入电压是U1，输出电压是U2，两个线圈都绕在闭合铁芯上.(2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈.(3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈.2.变压器的工作
2、基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，若原线圈匝数为n1，则U1n1，副线圈匝数为n2，则U2n2，所以.3.原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载.(2)副线圈在其所处回路中充当电源.4.变压器不改变(填“改变”或“不改变”)交流电的频率.深度思考(1)把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？(2)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？图2答案(1)能.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通量，根据法
3、拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.(2)不发光.例1理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是()A.每匝线圈中磁通量的变化率B.交变电流的频率C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势答案ABC变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变功率和交变电流的频率.二、理想变压器的规律1.理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁；无发热损失.(2)原副线圈不计内阻，即也无能量损失.2.理想变压器的功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出.3.变压器的变压关系(1)
4、只有一个副线圈：.(2)有多个副线圈：4.电流关系(1)只有一个副线圈时，由U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即(2)当有多个副线圈时，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I35.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2.(填“U1”或“U2”)(2)功率制约：P出决定P入，这体现了能量守恒的特点.(填“P出”或“P入”)(3)电流制约：输出电流I2决定输入电流I1.(填“I1”或“I2”)深度思考变压器为什么不能改变交流电的频率？答案因为原、副线圈中的磁通量变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率.例2如图3所示，理想变压器原、副线圈匝数
5、比n1n221，和均为理想电表，灯泡电阻RL6，AB两端电压u112sin100t (V).下列说法正确的是()图3A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W解析根据u112sin100t (V)及U知U112V，f50Hz，选项A错误；根据得U2U112V6V，即的读数为6V，选项B错误；又I2A1A，即的读数为1A，选项C错误；根据P1P2及P2W6W，选项D正确.答案D(1)电压表、电流表示数均为有效值.(2)理想变压器P入P出.(3)变压器不改变频率，即原、副线圈电流频率相等.针对训练如图4所示，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接
6、在正弦交变电源上.闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A.以下判断正确的是()图4A.变压器输入功率为484WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2AD.变压器原、副线圈匝数比n1n2113答案BD解析变压器的输入功率P1P2I2U22.260W132W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I22.2A0.6A，选项B正确；根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI2A，选项C错误.例3如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1n2n31051，其中n1接到220V的交流电源上，n2和n3分别与
7、电阻R2、R3组成闭合回路.已知通过电阻R3的电流I32A，电阻R2110，求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.图5解析由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R2上的电压U2U1220V110V通过电阻R2的电流I2A1A加在R3上的电压U3U1220V22V根据输出功率等于输入功率得：U1I1U2I2U3I3代入数据解得通过原线圈的电流为：I10.7A.答案1A0.7A含多个副线圈的变压器，电压仍与匝数成正比，但电流关系只能通过功率关系来判断.三、电压互感器和电流互感器1.电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图6甲所示.(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压
8、表；为了安全，外壳和副线圈应接地.(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压.图62.电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示.(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地.(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流.例4普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图7所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()图7A.ab接MN、cd接PQ，IabIcdB.ab接
9、MN、cd接PQ，IabIcdC.ab接PQ、cd接MN，IabIcdD.ab接PQ、cd接MN，IabIcd解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正确.答案B(1)电压互感器U1U2，n1n2；(2)电流互感器I1I2，n1n2.(3)电压互感器应并联接入电路，电流互感器应串联接入电路.1.(变压器原理分析)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
10、线圈答案C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.2.(理想变压器基本规律的应用)如图8所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为201，两个标有“12V,6W”的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()图8A.120V,0.10AB.240V,0.025AC.120V,0.05AD.240V,0.05A答案D解析两灯泡正常工作，副线圈电压U212V，副线圈电
11、流I22A1A，根据匝数比得原线圈电流I1I20.05A，原线圈电压U120U2240V，选项D正确.3(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图9所示，一理想变压器的原线圈A、B两端接入电压为u3sin 314t V的交变电流原线圈匝数n1100匝，副线圈匝数n2200匝，则()图9A将击穿电压为6 V的电容器接在C、D两端，能正常工作B把电磁打点计时器接在C、D两端，打点周期为0.02 sC把额定电压为6 V的小灯泡接在C、D两端，小灯泡能正常工作D把交流电压表接在C、D两端时，电压表读数为8.48 V答案BC解析交变电流的周期T0.02 s，有效值U13 V，变压器不改变交变电流的频率，故
12、B正确；由，得U2U16 V，变压器输出电压的峰值为6 V，故大于电容器的击穿电压，A、D错误，C正确4.(互感器的应用)如图10所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n210001，n3n41100，图中电压表示数为220V，电流表示数为10A，则高压输电线的送电功率为()图10A.2.2103WB.2.2102WC.2.2108WD.2.2104W答案C解析由电流互感器知高压输电线中电流I1000A，由电压互感器知高压输电线的电压U220103V，则高压输电线的送电功率PUI2.2108W.题组一变压器原理分析1(多选)如图1，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同
13、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()图1A原、副线圈匝数比为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答案AD解析设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U19U0，副线圈两端电压为U2U0，故，根据，A正确，B错误；根据公式可得，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式PUI可得，灯泡a和b的电功率之比为19，C错误，D正确2.如图2甲、乙所示的电路中，当A、B接有效值为10V的交流电压时，C、D间电压的有效值为4V；当M、N接10V直流电压时，P、Q间的电压也为4V.现
14、把C、D接4V交流电压，P、Q接4V直流电压，下列表示A、B间和M、N间电压的是()图2A.10V,10VB.10V,4VC.4V,10VD.10V,0答案B解析题图甲是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个降压变压器，两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比.当C、D作为输入端，A、B作为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4V交流电压时，A、B间将得到10V交流电压.题图乙是一个分压电路，当M、N作为输入端时，上下两个电阻上的电压跟它们电阻的大小成正比.但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流通过，M、P两端也就没有电势差，即M、P两点的电势相等.所以当P、Q接4V直流电压时，M、N两端的电压也是4V.如果M、N或P、Q换成接交流电压，上述关系仍然成立，因为交流电在纯电阻电路中欧姆定律仍然适用.题组二变压器基本规律的应用3.如图3所示，一输入电压为220V、输出电压为36V的变压器副线圈烧坏.为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，然后将原线圈接到220V交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为1V，按理想变压器分析，该变
