2018版高中物理 第4章 遠(yuǎn)距離輸電 4.2 變壓器學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

第2講變壓器目標(biāo)定位1.了解變壓器的構(gòu)造，理解變壓器的工作原理.2.理解變壓器的變壓規(guī)律和變流規(guī)律，并運(yùn)用此規(guī)律解決實(shí)際問題.3.了解自耦變壓器的工作原理一、變壓器的結(jié)構(gòu)1構(gòu)造：主要由閉合的鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈(繞組)組成2物理量：(1)與電源相連的線圈叫原線圈或初級(jí)線圈，與負(fù)載相連的線圈叫副線圈或次級(jí)線圈(2)原線圈兩端的電壓叫輸入電壓，用符號(hào)U1表示；副線圈兩端的電壓叫輸出電壓，用符號(hào)U2表示3分類：按輸出電壓的升降，變壓器分為升壓變壓器和降壓變壓器二、變壓器的工作原理1工作原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)2理想變壓器：在理想變壓器中，通過原、副線圈的變化磁通量相同，在原、副線圈上每匝產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相同三、變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.2.四、自耦變壓器1特點(diǎn)：是只有1個(gè)繞組的變壓器2作用：(1)這個(gè)繞組可以當(dāng)做原線圈接電源，而繞組的一部分當(dāng)做副線圈接負(fù)載，成為降壓變壓器(2)可以將繞組的一部分當(dāng)做原線圈接電源，而將整個(gè)繞組當(dāng)做副線圈接負(fù)載，成為升壓變壓器想一想1.把兩個(gè)沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線圈連接到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈連接到小燈泡上(如圖1所示)，小燈泡能發(fā)光嗎？為什么？圖1答案能當(dāng)左邊線圈加上交流電壓時(shí)，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁通量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在左、右線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，右線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會(huì)發(fā)光想一想2.若把交流電源改為蓄電池，小燈泡發(fā)光嗎？答案不發(fā)光.一、變壓器“變壓”的原理電壓與匝數(shù)的關(guān)系1變壓器的工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，由于互感作用，穿過原、副線圈的磁通量相等，磁通量的變化率相等，若原線圈匝數(shù)為n1，則U1n1，副線圈匝數(shù)為n2，則U2n2，所以.2變壓器的變壓關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈：.(2)有多個(gè)副線圈：3原、副線圈的地位(1)原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載(2)副線圈在其所處回路中充當(dāng)電源4變壓器不改變交流電的頻率例1關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是()A通過正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變B穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都相等C穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢D原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈答案BC解析I變化，則磁場變化，由于面積S不變，故變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無漏磁，故B、C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，故D錯(cuò)誤二、理想變壓器的功率關(guān)系和電流關(guān)系1理想變壓器的特點(diǎn)(1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，無發(fā)熱損失(2)原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即無能量損失2理想變壓器的功率關(guān)系從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，P入P出3電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)，有U1I1U2I2，得n1I1n2I2，即.(2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，由U1I1U2I2U3I3，得n1I1n2I2n3I34電壓、電流、功率的制約關(guān)系(1)電壓制約：輸入電壓U1決定輸出電壓U2.(2)功率制約：P出決定P入，這體現(xiàn)了能量守恒的特點(diǎn)(3)電流制約：輸出電流I2決定輸入電流I1.例2理想變壓器連接電路如圖2甲所示，已知原、副線圈匝數(shù)比為101，當(dāng)輸入電壓波形如圖乙時(shí)，電流表讀數(shù)為2 A，則()圖2A電壓表讀數(shù)為282 V B電壓表讀數(shù)為28.2 VC輸入功率為56.4 W D輸入功率為40 W答案D解析由題圖乙可知，Um282 V，則輸入電壓有效值U1200 V根據(jù)知，U220 V，再根據(jù)知，I10.2 A，輸入功率PU1I140 W，故A、B、C錯(cuò)，D正確答案A解析U2220V，根據(jù)U1U2n1n2得，U1110V.I20.1A，根據(jù)I1I2n2n1得I10.2A所以正確答案是A.例3如圖3所示，理想變壓器三個(gè)線圈的匝數(shù)之比為n1n2n31051，其中n1接到220V的交流電源上，n2和n3分別與電阻R2、R3組成閉合回路已知通過電阻R3的電流I32A，電阻R2110，求通過電阻R2的電流I2和通過原線圈的電流I1.圖3答案1A0.7A解析由變壓器原、副線圈電壓比等于其匝數(shù)比可得，加在R2上的電壓U2U1220V110V通過電阻R2的電流I2A1A加在R3上的電壓U3U1220V22V根據(jù)輸出功率等于輸入功率得：U1I1U2I2U3I3代入數(shù)據(jù)解得通過原線圈的電流為：I10.7A.三、幾種常見的變壓器1自耦變壓器如圖4所示，鐵芯上只繞一個(gè)線圈，低壓線圈是高壓線圈的一部分，既可以作為升壓變壓器使用，也可以作為降壓變壓器使用圖4規(guī)律：，.2電壓互感器(1)構(gòu)造：小型降壓變壓器，如圖5甲所示(2)接法：原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表，為了安全，外殼和副線圈應(yīng)接地(3)作用：將高電壓變?yōu)榈碗妷海ㄟ^測量低電壓，計(jì)算出高壓電路的電壓圖53電流互感器(1)構(gòu)造：小型升壓變壓器，如圖乙所示(2)接法：原線圈串聯(lián)在被測電路中，副線圈接電流表為了安全，外殼和副線圈應(yīng)接地(3)作用：將大電流變成小電流，通過測量小電流，計(jì)算出被測電路中的大電流例4普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流，通常要通過電流互感器來連接，如圖6所示，圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時(shí)電流為Iab，cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多，工作時(shí)電流為Icd，為了使電流表能正常工作，則()圖6Aab接MN、cd接PQ，IabIcdBab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcdDab接PQ、cd接MN，IabIcd答案B解析根據(jù)單一副線圈的理想變壓器原理，電流比值等于匝數(shù)比的倒數(shù)，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正確.變壓器原理分析1理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101，以下說法中正確的是()A穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是101B穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等C原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢瞬時(shí)值之比為101D正常工作時(shí)原、副線圈的輸入、輸出功率之比為11答案BD解析對于理想變壓器，認(rèn)為無磁通量損失，因而穿過兩個(gè)線圈每一匝的磁通量相同，磁通量的變化率相等，每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等，電壓與匝數(shù)成正比，故A、C錯(cuò)誤，B正確；理想變壓器沒有能量損失，故輸入功率等于輸出功率，故D正確理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用2理想變壓器正常工作時(shí)，原、副線圈中的電流為I1、I2，電壓為U1、U2，功率為P1、P2，關(guān)于它們之間的關(guān)系，下列說法中正確的是()AI1由I2決定BU2與負(fù)載有關(guān)CP1由P2決定D以上說法都不正確答案AC3.如圖7所示為一理想變壓器，原、副線圈匝數(shù)比為201，兩個(gè)標(biāo)有“12V,6W”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當(dāng)兩燈泡都正常工作時(shí)，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想電表)的示數(shù)分別是()圖7A120V,0.10A B240V,0.025AC120V,0.05A D240V,0.05A答案D解析燈泡正常工作，副線圈電壓U212V，副線圈電流I22A1A，根據(jù)匝數(shù)比得原線圈電流I1I20.05A，原線圈電壓U120U2240V，選項(xiàng)D正確互感器的應(yīng)用4如圖8所示，L1和L2是高壓輸電線，甲、乙是兩只互感器，若已知n1n210001，n3n41100，圖中電壓表示數(shù)為220V，電流表示數(shù)為10A，則高壓輸電線的送電功率為()圖8A2.2103W B2.2102WC2.2108W D2.2104W答案C解析由電流互感器知電壓輸電線中電流I1000A，由電壓互感器知電壓U220103V，則高壓輸電線功率PUI2.2108W.