高中物理-選擇性必修2-第三章-3-變壓器

高中物理選擇性必修第二冊

人教版3變壓器1.知道變壓器的構(gòu)造以及幾種常見的變壓器,理解變壓器的工作原理。2.掌握變壓器原、副線圈中電壓、電流及功率的關(guān)系,并能用其解決基本問題。3.了解變壓器在實際中的應(yīng)用。1.構(gòu)造變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的,一個線圈與①

交流

電

源連接,叫作原線圈,也叫初級線圈;另一個線圈與②

負(fù)載

連接,叫作副線圈,也

叫次級線圈。兩個線圈都是由絕緣導(dǎo)線繞制而成的,鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片

疊壓而成。變壓器是用來改變交流電壓的裝置,變壓器的構(gòu)造示意圖及電路圖中

的符號分別如圖甲、乙所示。1|變壓器的原理2.工作原理變壓器的變壓原理是③

電磁感應(yīng)

。如圖所示,當(dāng)原線圈上加交流電壓U1時,原

線圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁場,在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)

電動勢。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。原、副線圈

間雖然不相連,電能卻可以通過④

磁場

從原線圈傳遞到副線圈。其能量轉(zhuǎn)化

方式為:原線圈的⑤

電能

→磁場能→副線圈的⑥

電能

。1.概念:沒有能量損失的變壓器叫理想變壓器,它也是一種理想化的模型。2.基本關(guān)系:(只有一個副線圈時)(1)電壓關(guān)系:

=⑦

。(2)電流關(guān)系:

=⑧

。(3)功率關(guān)系:P1=P2(即U1I1=U2I2)。2|理想變壓器1.某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶20,當(dāng)變壓器原線圈的電壓不變,用戶

增加負(fù)載,副線圈輸出電流增加2A時,輸入電流增加40A。(√)2.某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1,原線圈接入220V的正弦交變電壓。

當(dāng)副線圈接10Ω的電阻時,原線圈中電流大小約為5.5A。(√)3.理想變壓器線圈中的電流越大,所用的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)越粗。若某升壓變壓器只有一個

原線圈和一個副線圈,則原線圈的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)粗些,且原線圈的匝數(shù)多。

(

?)4.某理想變壓器接在正弦交變電源上,原線圈的電壓不隨副線圈的輸出電流的變化

而變化。(√)5.某理想變壓器接正弦交變電源,原線圈輸入電流隨著副線圈輸出電流的增大而增

大。

(√)6.理想變壓器的原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈。

(

?)判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“?”?；娟P(guān)系(1)電壓關(guān)系對于理想變壓器,原、副線圈兩端的電壓滿足

=

。對于有多個副線圈的變壓器,電壓與線圈匝數(shù)成正比依然成立,即

=

=

=…當(dāng)n2>n1時,U2>U1,這種變壓器使電壓升高,是升壓變壓器。當(dāng)n2<n1時,U2<U1,這種變壓器使電壓降低,是降壓變壓器。(2)功率關(guān)系對于理想變壓器,不考慮能量的損失,有P入=P出。1|理想變壓器的原理及基本關(guān)系(3)電流關(guān)系對于只有一個副線圈的理想變壓器,由于不計各種電磁能量的損失,輸入功率等于

輸出功率,即P1=P2。因為P1=U1I1,P2=U2I2,則U1I1=U2I2,所以

=

,由

=

,得

=。有多個副線圈時,有P1=P2+P3+…,故U1I1=U2I2+U3I3+…將U1∶U2∶U3∶…=n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1=n2I2+n3I3+…易錯警示變壓器的電動勢關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系是有效值(或最大值)間的

關(guān)系,對于某時刻的瞬時值不成立。制約關(guān)系(1)電壓制約輸入電壓U1決定輸出電壓U2。當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比

一定時,輸出電壓U2由輸入電壓U1決定,即U2=

。(2)電流制約輸出電流I2決定輸入電流I1。當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比

一定,且輸入電壓U1確定時,原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定,即I1=

。而變壓器副線圈中的電流I2由負(fù)載及電壓U2確定,I2=

。(3)功率制約①變壓器副線圈中的功率P2由負(fù)載決定,P2=

+

+…。②輸入功率P入=P2,即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的。2|變壓器與分壓器的比較

變壓器分壓器電路

相同點都可改變電壓不同點工作原理一種電感裝置,利用電磁感應(yīng)原理工作一種電阻裝置,根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作所改變電壓種類只改變交變電壓,不能改變恒定電壓交變電壓、恒定電壓均可改變電壓調(diào)節(jié)范圍可使交變電壓升高或降低不能使電壓升高,只能使電壓降低受負(fù)載影響U2不隨c、d間所接負(fù)載的改變而改變U2隨g、h間所接負(fù)載阻值的增大而增大遵循規(guī)律遵循法拉第電磁感應(yīng)定律遵循歐姆定律輸入功率理想變壓器的輸入功率隨輸出功率變化,二者保持相等,空載時輸入功率為零分壓器的輸入功率隨輸出功率變化,但二者不等,空載時輸入功率不為零,P入=I2R入能量損耗理想變壓器無能耗分壓器因焦耳熱而發(fā)生能耗,用在小功率電路中負(fù)載電阻發(fā)生變化的情況(如圖所示)

(1)根據(jù)

=

可知,不論負(fù)載電阻R如何變化,U2都不變;(2)因輸出電流I2決定輸入電流I1,當(dāng)I2變化時,將引起I1發(fā)生變化;(3)I2變化引起P2變化,因P1=P2,P1隨之發(fā)生變化。3|變壓器電路的動態(tài)分析負(fù)載電阻不變的情況(原線圈電壓不變,匝數(shù)比發(fā)生變化,如圖所示)

(1)根據(jù)

=

可知,U2將隨匝數(shù)比發(fā)生變化;(2)R不變,U2改變,則I2發(fā)生變化;(3)根據(jù)P2=

知P2發(fā)生變化,根據(jù)P1=P2知,P1隨之發(fā)生變化,因P1=U1I1且U1不變,故I1隨之發(fā)生變化。動態(tài)問題的分析思路U1

U2

I2

I1

P1

情境

如圖所示,鉗式電流表是由電流互感器和電流表組合而成的。按下手柄時,

電流互感器的鐵芯張開,把被測的載流導(dǎo)線放入,放開手柄,鐵芯閉合。導(dǎo)線中的交

流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場,電流表與套在鐵芯上的線圈相連,可以間接得知導(dǎo)線中

的電流。用鉗式電流表檢測電流時,一定要夾入一根被測導(dǎo)線(電線),若夾入兩根

(平行導(dǎo)線),則不能檢測電流。同時要注意不可用鉗式電流表直接去測量高壓電路

的電流,否則容易引起觸電事故。4|幾種常見的變壓器問題1.可以用鉗式電流表測恒定電流的大小嗎?提示:不能。2.將鉗式電流表的量程旋鈕旋到大量程時,接入電路的線圈匝數(shù)變多還是變少?提示:根據(jù)理想變壓器的變流比公式可得I1=

I2,n1和I2的最大值一定,則當(dāng)I1的最大值變大時,n2要增大,則量程旋鈕旋到大量程時,接入電路的線圈匝數(shù)變多。3.已知鐵芯上的線圈匝數(shù)為n,線圈中的感應(yīng)電流為I,那么被測導(dǎo)線中的電流一定

大于nI還是等于nI?提示:若是理想變壓器,根據(jù)

=

,可得被測導(dǎo)線中的電流等于nI;但實際的變壓器有能量損失,則被測導(dǎo)線中的電流一定大于nI。4.如果載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾圈,則鉗式電流表測得的電流會偏小、偏大還是不變?提示:根據(jù)n1I1=n2I2,若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾圈,即n1變大,I1、n2不變,則鉗式電

流表的示數(shù)I2將變大。自耦變壓器圖甲所示是自耦變壓器的示意圖,這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。

如果把整個線圈作為原線圈,副線圈只取線圈的一部分,就可以降低電壓;如果把線

圈的一部分作為原線圈,整個線圈作為副線圈,就可以升高電壓。

調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器,它的構(gòu)造如圖乙所示。線圈AB