高中物理粵教版2第二章交變電流 第2章第6節(jié)變壓器

第六節(jié)變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.了解變壓器的構(gòu)造，知道什么是理想變壓器．2．理解變壓器的工作原理．3．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，得到電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系．(重點(diǎn))4．能夠利用變壓比、變流比定性和定量分析有關(guān)變壓器的實(shí)際問(wèn)題．(難點(diǎn))認(rèn)識(shí)變壓器eq\a\vs4\al([先填空])1．用途：改變交流電壓的設(shè)備．2．構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成．(1)原線圈：跟電源相連的線圈(也叫初級(jí)線圈)．(2)副線圈：跟負(fù)載相連的線圈(也叫次級(jí)線圈)．3．原理：原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個(gè)交變的磁通量不僅穿過(guò)原線圈，也穿過(guò)副線圈，所以在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．如果在副線圈兩端接入負(fù)載，負(fù)載中就會(huì)有交變電流．eq\a\vs4\al([再判斷])1．變壓器也可能改變恒定電壓．(×)2．變壓器的原理是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，副線圈輸出的電流是原線圈電流的感應(yīng)電流．(√)3．變壓器原線圈相對(duì)電源而言起負(fù)載作用，而副線圈相對(duì)負(fù)載而言起電源作用．(√)eq\a\vs4\al([后思考])原、副線圈是否通過(guò)鐵芯導(dǎo)通？【提示】不是．都繞在同一絕緣鐵芯上．eq\a\vs4\al([合作探討])在課外，某同學(xué)在進(jìn)行低壓交流變壓器實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)缺少電源，于是就用一種摩托車(chē)的蓄電池代替，按圖2-6-1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．圖2-6-1探討1：閉合開(kāi)關(guān)后，燈泡是否發(fā)光？【提示】因蓄電池是直流電源，向外輸出恒定電壓，故連接到副線圈上的小燈泡不會(huì)發(fā)光．探討2：解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因．【提示】原因是：恒定電壓加在原線圈上后，原線圈內(nèi)的磁通量不發(fā)生變化，因而副線圈中的磁通量也不發(fā)生變化，所以E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0.故副線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])對(duì)變壓器工作原理的理解變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)．如圖2-6-2所示，當(dāng)原線圈上加交流電壓U1時(shí)，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．由于互感現(xiàn)象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過(guò)磁場(chǎng)從原線圈傳遞到副線圈．其能量轉(zhuǎn)換方式為原線圈電能→磁場(chǎng)能→副線圈電能．圖2-6-21．(多選)理想變壓器的原、副線圈中一定相同的物理量有()A．交流電的頻率 B．磁通量的變化率C．功率 D．交流電的峰值【解析】理想變壓器沒(méi)有漏磁，沒(méi)有能量損失，所以原、副線圈中磁通量變化率相同，原、副線圈中功率相同，B、C正確；變壓器能改變交流電的峰值但不改變交流電頻率，A正確，D錯(cuò)誤．【答案】ABC2．關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：90270085】A．通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變B．穿過(guò)原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等C．穿過(guò)副線圈磁通量的變化使副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D．原線圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線圈【解析】通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的，由于面積S不變，故磁通量Φ變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無(wú)漏磁，原、副線圈的磁通量總相等，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為副線圈的電能，原、副線圈通過(guò)磁聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤．【答案】C3.(多選)如圖2-6-3所示為汽油機(jī)中點(diǎn)火裝置的示意圖，它使用的是12V直流電源，在變壓器的輸出端卻可得到高達(dá)10000V的高壓，開(kāi)關(guān)是自動(dòng)控制的，欲使副線圈兩端得到一個(gè)高壓，應(yīng)使()圖2-6-3A．開(kāi)關(guān)總處于接通狀態(tài)B．開(kāi)關(guān)在接通時(shí)斷開(kāi)C．開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)接通D．開(kāi)關(guān)總處于斷開(kāi)狀態(tài)【解析】欲使副線圈兩端得到一個(gè)高壓，必須使變壓器鐵芯中的磁通量發(fā)生變化，即原線圈中的電流必須發(fā)生變化，只有在開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)瞬間原線圈中電流才有變化，故選B、C.【答案】BC1．變壓器只對(duì)變化的電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用．2．變壓器的兩個(gè)線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，兩個(gè)線圈間是絕緣的．3．變壓器不能改變交變電流的頻率．4．若直流電的電壓是隨時(shí)間變化的，也可以用變壓器改變電壓．理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系eq\a\vs4\al([先填空])1．銅損和鐵損(1)銅損：變壓器的線圈有內(nèi)阻，電流通過(guò)時(shí)發(fā)熱所損失的能量．(2)鐵損：鐵芯在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱所損失的能量．2．理想變壓器：忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器．3．電壓與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈的電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).4．功率關(guān)系：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率．5．電流與匝數(shù)關(guān)系：原、副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比，即eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).6．兩類(lèi)變壓器：n2>n1，能使電壓升高的變壓器叫做升壓變壓器；n2<n1，能使電壓降低的變壓器叫做降壓變壓器．eq\a\vs4\al([再判斷])1．原線圈中輸入的電流，隨著副線圈中的輸出電流的增大而增大．(√)2．原線圈輸入的電壓，隨著副線圈中的輸出電流的增大而增大．(×)3．當(dāng)副線圈空載(斷路)時(shí)，原線圈中無(wú)電流．(√)4．當(dāng)副線圈空載時(shí)，原線圈上電壓為零．(×)eq\a\vs4\al([后思考])變壓器線圈中的電流越大，應(yīng)當(dāng)用越粗的導(dǎo)線．在街上經(jīng)常見(jiàn)到的往用戶(hù)送電的變壓器是降壓變壓器，它的原線圈和副線圈哪個(gè)應(yīng)用較粗的導(dǎo)線？為什么？【提示】副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線．將該變壓器視為理想變壓器，輸送功率保持不變，又由于是降壓變壓器，因此副線圈的電流要大于原線圈的電流．所以，副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線．eq\a\vs4\al([合作探討])實(shí)驗(yàn)儀器：學(xué)生電源(低壓交流12V)，可拆變壓器，多用表(交流電壓擋)，電路圖如圖2-6-4所示．圖2-6-4實(shí)驗(yàn)過(guò)程：①保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈的電壓U2的影響，n1＝200匝，U1＝12V.12345n2/匝10080605040U2/V②保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈的電壓U1不變時(shí)，改變?cè)€圈的匝數(shù)n1，研究n1對(duì)副線圈電壓U2的影響，n2＝40匝，U1＝12V.12345n1/匝506080100120U2/V探討1：變壓器線圈兩端的電壓U1、U2與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2的關(guān)系．【提示】eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).探討2：對(duì)于理想變壓器，只有一組副線圈的情況下，原線圈和副線圈的電流跟它們的匝數(shù)的關(guān)系．【提示】eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).因?yàn)镻1＝P2，即I1U1＝I2U2，又eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，所以推導(dǎo)出eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．理想變壓器的變壓(變流)規(guī)律規(guī)律表示依據(jù)備注變壓規(guī)律eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)…E＝neq\f(ΔΦ,Δt)適于一個(gè)原線圈及多個(gè)副線圈的情況功率關(guān)系P入＝P出能量守恒適于理想變壓器變流規(guī)律eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)U1I1＝U2I2適于一個(gè)原線圈，一個(gè)副線圈n1I1＝n2I2＋n3I3＋…U1I1＝U2I2＋U3I3＋…適于一個(gè)原線圈，多個(gè)副線圈2.對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見(jiàn)情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1.(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.4．機(jī)床上的照明電燈用的電壓是36V，是將220V電壓經(jīng)變壓器降壓得到的．若電燈功率是40W，可正常發(fā)光，則該變壓器原、副線圈中的電流分別為()A．A,A B．A,AC．A,A D．A,A【解析】I2＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(40,36)A＝A，又P1＝P2，則I1＝eq\f(P2,U1)＝eq\f(40,220)A＝A，故B正確．【答案】B5.如圖2-6-5所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220V60W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則()圖2-6-5A．電流表的示數(shù)為eq\f(3\r(2),220)AB．電源輸出功率為1200WC．電流表的示數(shù)為eq\f(3,220)AD．原線圈端電壓為11V【解析】由燈泡正常發(fā)光，可知副線圈電壓為220V，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，原線圈電壓U1＝20×220V＝4400V，D錯(cuò)；又因輸入功率等于輸出功率，P1＝P2＝60W，故B錯(cuò)；電流表讀數(shù)為有效值，原線圈中電流I1＝eq\f(P1,U1)＝eq\f(60,4400)A＝eq\f(3,220)A，故A錯(cuò)，C正確．【答案】C6．如圖2-6-6所示，T為理想變壓器，A1、A2為交流電流表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，原線圈兩端接恒壓交流電源，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：90270086】圖2-6-6A．A1的讀數(shù)變大，A2的讀數(shù)變大B．A1的讀數(shù)變大，A2的讀數(shù)變小C．A1的讀數(shù)變小，A2的讀數(shù)變大D．A1的讀數(shù)變小，A2的讀數(shù)變小【解析】當(dāng)滑動(dòng)觸頭下移時(shí)，R3變小，R總變小，I＝eq\f(U,R總)，U不變，I變大，U并＝U－UR1變小，通過(guò)R2的電流變小，IA2＝I－IR2變大，A2的示數(shù)變大，由原、副線圈電流與匝數(shù)成反比，可知A1的示數(shù)變大．【答案】A7．(2023·江蘇高考)一自耦變壓器如圖2-6-7所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈．通過(guò)滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈．在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2.在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過(guò)程中()圖2-6-7A．U2＞U1，U2降低 B．U2＞U1，U2升高C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高【解析】a、b間作為原線圈(匝數(shù)不變)接