高中物理人教版2第五章交變電流4變壓器 2023版第5章4變壓器

4變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器．2．理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理．(重點(diǎn))3．掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系及應(yīng)用．(重點(diǎn))4．掌握理想變壓器的功率關(guān)系，并導(dǎo)出原、副線圈中的電流關(guān)系及應(yīng)用．(難點(diǎn))理想變壓器的原理及基本規(guī)律eq\o([先填空])1．構(gòu)造變壓器由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，與交流電源連接的線圈叫原線圈，與負(fù)載連接的線圈叫副線圈．2．原理互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)，由于原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化．變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．3．理想變壓器沒有能量損失的變壓器．4．電壓與匝數(shù)關(guān)系原、副線圈的電壓之比，等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比，即：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).5．兩類變壓器(1)降壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器．(2)升壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器．eq\o([再判斷])1．變壓器是利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化．(√)2．恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生互感現(xiàn)象，也可起到變壓作用．(×)3．變壓器的鐵芯由很薄的硅鋼片疊合而成．(√)4．在理想變壓器中原、副線圈的磁通量的變化率是一致的．(√)5．理想變壓器可以改變交變電流的頻率．(×)6．電流通過鐵芯從原線圈流到副線圈．(×)eq\o([后思考])理想變壓器的原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，試探究原、副線圈的瞬時(shí)電壓與匝數(shù)是否也成正比．【提示】當(dāng)原線圈電壓最大時(shí)，電流最大，但電流的變化率為零，此時(shí)副線圈中磁場最強(qiáng)，但磁通量的變化率為零，故此時(shí)副線圈兩端的電壓為零，即U2＝0.可見，原、副線圈的瞬時(shí)電壓與匝數(shù)不成正比．eq\o([合作探討])如圖5-4-1所示，為一變壓器結(jié)構(gòu)示意圖．圖5-4-1探討1：當(dāng)在a、b端接入恒定電源時(shí)，接在副線圈上的燈泡能否發(fā)光？【提示】當(dāng)a、b接恒定電源時(shí)，原線圈中有恒定電流，穿過原、副線圈的磁通量不變，所以副線圈中沒有感應(yīng)電流，燈泡不發(fā)光．探討2：變壓器中閉合鐵芯的作用是什么？【提示】閉合鐵芯的作用是形成一個(gè)閉合磁路，使副線圈中的磁通量的變化與原線圈中磁通量的變化基本相同．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．變壓器的工作原理2．理想變壓器的特點(diǎn)(1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁．(2)原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱．3．電動勢關(guān)系由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的eq\f(ΔΦ,Δt)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)，E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)，所以eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1,n2).4．電壓關(guān)系由于不計(jì)原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1＝E1，副線圈兩端的電壓U2＝E2，所以eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，則有：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…5．功率關(guān)系對于理想變壓器，不考慮能量損失，P入＝P出．6．電流關(guān)系由功率關(guān)系，當(dāng)只有一個(gè)副線圈時(shí)，I1U1＝I2U2，得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1).當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…得I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋…1．(多選)關(guān)于變壓器，下列說法正確的是()A．變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)B．所有變壓器的工作基礎(chǔ)都是互感現(xiàn)象C．各種電流接入變壓器的輸入端，變壓器都能持續(xù)正常工作D．只有交變電流接入變壓器的原線圈中，變壓器才能持續(xù)正常工作【解析】變壓器之所以能變壓，是因?yàn)樵€圈接交流電源時(shí)，有交變電流流過原線圈，引起穿過原、副線圈的磁通量發(fā)生變化，在原、副線圈中都產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，所以變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，選項(xiàng)A正確；有一種變壓器叫自耦變壓器，它只有一個(gè)線圈繞在鐵芯上，但有三個(gè)抽頭，可升壓、也可降壓，這種變壓器的工作基礎(chǔ)是自感，也就是說，當(dāng)變壓器是利用兩個(gè)線圈變壓時(shí)，其工作基礎(chǔ)是互感，當(dāng)變壓器是利用一個(gè)線圈變壓時(shí)，其工作基礎(chǔ)是自感，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；變壓器要想持續(xù)正常工作，原線圈必須接入交變電流，若接入直流電，原、副線圈中不可能出現(xiàn)持續(xù)的感應(yīng)電動勢，變壓器不能持續(xù)正常工作，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．【答案】AD2．在變電所，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，使用的儀器是電流互感器．如圖所示的四個(gè)圖中，能正確反映其工作原理的是()【導(dǎo)學(xué)號：05002114】【解析】電流互感器是測電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線上，故B、D錯(cuò)誤．由變壓器電流關(guān)系n1I1＝n2I2，要使I2＜I1，須n2＞n1，故A選項(xiàng)正確．【答案】A3．如圖5-4-2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，eq\o\ac(○,V)和?均為理想電表，燈泡電阻RL＝6Ω，AB端電壓u1＝12eq\r(2)sin100πt(V)．下列說法正確的是()圖5-4-2A．電流頻率為100HzB．eq\o\ac(○,V)的讀數(shù)為24VC．?的讀數(shù)為AD．變壓器輸入功率為6W【解析】根據(jù)u＝Umsinωt及U＝eq\f(Um,\r(2))、理想變壓器的規(guī)律、歐姆定律和電功率公式解決問題．根據(jù)u1＝12eq\r(2)sin100πt(V)及U＝eq\f(Um,\r(2))知U1＝12V，f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×12V＝6V，即eq\o\ac(○,V)的讀數(shù)為6V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)I2＝eq\f(U2,R)L＝eq\f(6,6)A＝1A，即?的讀數(shù)為1A，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)P1＝P2及P2＝eq\f(U\o\al(2,2),RL)＝eq\f(62,6)W＝6W，選項(xiàng)D正確．【答案】D關(guān)于變壓器關(guān)系式的兩點(diǎn)說明1．對于公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，無論副線圈一端是空載還是有負(fù)載，都是適用的．2．由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知，對于只有一個(gè)副線圈的變壓器：電流與匝數(shù)成反比．因此，變壓器高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制，低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)用較粗的導(dǎo)線繞制．變壓器工作時(shí)的制約關(guān)系及動態(tài)分析eq\o([合作探討])如圖5-4-3所示為理想變壓器，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表．從某時(shí)刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，請?zhí)骄恳韵聨讉€(gè)問題：圖5-4-3探討1：保持滑動變阻器觸頭P的位置不變，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？變壓器的輸出功率如何變化？【提示】理想變壓器副線圈輸出電壓變大，通過負(fù)載電阻的電流增大，電壓表和電流表的示數(shù)均變大，變壓器的輸出功率變大．探討2：單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？變壓器的輸出功率如何變化？原線圈的電流、輸入功率如何變化？【提示】對于理想變壓器，輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓也一定，當(dāng)觸頭P向上移動過程中，變壓器負(fù)載電阻變大，由I2＝eq\f(U2,R)知I2變小，故電壓表示數(shù)不變，電流表示數(shù)變小，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知，原線圈中的電流I1也變?。蒔2＝U2I2，P1＝I1U1可知P1、P2均變?。首儔浩鞯妮斎?、輸出功率變?。甧q\o([核心點(diǎn)擊])1．電壓制約當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2＝n2U1/n1.2．電流制約當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝n2I2/n1.3．負(fù)載制約(1)變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2＝P負(fù)1＋P負(fù)2＋…；(2)變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定，I2＝P2/U2；(3)總功率P入＝P線＋P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的．4．頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相同．5．對理想變壓器進(jìn)行動態(tài)分析的兩種常見情況(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)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.4．(多選)如圖5-4-4所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合開關(guān)S，下列說法正確的是()圖5-4-4A．P向下滑動時(shí)，燈L變亮B．P向下滑動時(shí)，變壓器的輸出電壓不變C．P向上滑動時(shí)，變壓器的輸入電流變小D．P向上滑動時(shí)，變壓器的輸出功率變大【解析】由于理想變壓器輸入電壓U1不變，原、副線圈匝數(shù)不變，所以輸出電壓U2也不變，燈L亮度不隨P的滑動改變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；P向上滑動時(shí)，滑動變阻器接入電路的電阻減小，負(fù)載總電阻R總減小，由I2＝eq\f(U2,R總)知，通過副線圈的電流I2增大，輸出功率P2＝U2I2增大，再由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知輸入電流I1也增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．【答案】BD5．如圖5-4-5所示，一理想變壓器接在電壓為U的交流電源上，原線圈接入電路的匝數(shù)可以通過調(diào)節(jié)滑動觸頭P來改變．副線圈連接交流電流表、定值電阻R0和可變電阻R，則()【導(dǎo)學(xué)號：05002115】圖5-4-5A．保持P的位置不動，將R的阻值增大，電流表的讀數(shù)變小B．保持P的位置不動，將R的阻值增大，R0的電功率變大C．保持R的阻值不變，將P向上滑動，電流表的讀數(shù)變大D．保持R的阻值不變，將P向上滑動，R0的電功率變大【解析】保持P的位置不動，即原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)不變，故副線圈兩端的電壓U′恒定，將R的阻值增大時(shí)，由I＝eq\f(U′,R＋R0)可知，副線圈中的電流變小，故電流表的讀數(shù)變小，A正確；由P0＝I2R0可知，R0的電功率減小，B錯(cuò)誤；保持R的阻值不變，將P向上滑動時(shí)，原線圈的匝數(shù)n1增大，由U′＝eq\f(n2,n1)U可知，副線圈上的電壓變小，由I＝eq\f(U′,R＋R0)可知，副線圈中的電流變小，C錯(cuò)誤；由P0＝I2R0可知，R0的電功率減小，D錯(cuò)誤．【答案】A6．如圖5-4-6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為滑動變阻器，原線圈兩端接恒壓交流電源，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向下滑動時(shí)()圖5-4-6A．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】