高中物理 第5章 交变电流 4 变压器同步备课教学案 新人教版选修

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散4变压器学习目标 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.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系一、变压器的原理及电压与匝数的关系导学探究如图1所示，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(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上连接电路，接通电源，小灯泡能发光图1(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？答案(1)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场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则U1E1n1.若右边匝数为n2，则U2E2n2，故有；若忽略左边线圈的电阻则有U1U电源，这样看来只要n1n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等知识梳理变压器的工作原理及电压与匝数的关系：(1)互感现象是变压器工作的基础因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用(后两空填“变化”或“恒定”)(2)变压器中的电压与匝数的关系：只有一个副线圈：.有多个副线圈：即学即用判断下列说法的正误(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比()(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率()答案(1)(2)×(3)×(4)二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系导学探究阅读教材回答下列三个问题：(1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系(3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系答案(1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出(2)由能量守恒有P入P出，即U1I1U2I2.所以.(3)若有多个副线圈，则P1P2P3，即U1I1U2I2U3I3将U1U2U3n1n2n3代入得n1I1n2I2n3I3知识梳理变压器原、副线圈中功率关系和电流关系：(1)功率关系：P入P出，即U1I1U2I2.(2)电流关系：只有一个副线圈时，.有多个副线圈时：n1I1n2I2n3I3即学即用一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流已知两个线圈的匝数比为401，则变压器原线圈中的电流为_，副线圈中的输出电压为_，输出功率为_答案5 A250 V50 kW解析由，得I1I2×200 A5 A；由，得U2 V250 V；由理想变压器功率关系，得P入P出U1I1U2I2250×200 W50 kW.一、理想变压器基本关系的应用1电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2.2功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0.3电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1.例1如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 V6 W”的小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2A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 A答案D解析灯泡正常工作，副线圈两端的电压U212 V，副线圈中的电流I22× A1 A，根据匝数比得原线圈中的电流I1I20.05 A，原线圈两端的电压U120U2240 V，选项D正确二、理想变压器的动态分析例2(多选)如图3所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()图3A保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小答案BC解析Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由PU1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故C正确，D错误对理想变压器进行动态分析的两种常见情况：(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.三、几种常见的变压器1自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图4所示图42互感器交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压(如图5所示)图5(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流(如图6所示)图6例3(多选)图7甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()图7A线圈匝数n1<n2，n3<n4B线圈匝数n1>n2，n3>n4C甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D乙图中的电表是电流表，输出端不可断路答案CD解析题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，题图甲中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，题图乙中的电表为电流表，故选项C、D正确1电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路2电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2.3电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2.例4一自耦变压器如图8所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中()图8AU2>U1，U2降低 BU2>U1，U2升高CU2<U1，U2降低 DU2<U1，U2升高答案C解析由，n1>n2知U2<U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，C项正确1(多选)如图9所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220 V和10 A，已知甲图中原、副线圈匝数比为1001，乙图中原、副线圈匝数比为110，则()图9A甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 VB甲图是电流互感器，输电电流是100 AC乙图中的电表是电压表，输电电压为22 000 VD乙图是电流互感器，输电电流是100 A答案AD解析根据匝数比，有U1U2×220 V22 000 V，故A正确；甲图是电压互感器，故B错误；乙图是电流互感器，电表是电流表，故C错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比，有I1I2×10 A100 A，故D正确2如图10所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsin t，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示下列说法正确的是()图10AI1和I2表示电流的平均值BU1和U2表示电压的最大值C滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D滑片P向下滑动过程中，U2变小、I2变大答案C解析电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A、B错误滑片P向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，U2不变、I1变大，故C正确，D错误3(多选)如图11(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为41，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示下列说法正确的是()图11A变压器输入、输出功率之比为41B变压器原、副线圈中的电流强度之比为14Cu随t变化的规律为u51sin (50t) VD若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大答案BD解析由题意，变压器是理想变压器，故变压器输入、输出功率之比为11，故A错误；变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即，故选项B正确；由题图(b)可知交流电压最大值Um51 V，周期T0.02 s，可由周期求出角速度的值为100 rad/s，则可得交流电压u随t变化的规律为u51sin (100t) V，故选项C错误；RT处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确一、选择题(17题为单选题，811题为多选题)1如图所示的四个电路，能够实现升压的是 ()答案D解析变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故A、B错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以D能实现升压，C不能实现升压2如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1n241，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表的示数是12 mA，则副线圈中电流表的示数是()图1A3 mA B48 mAC零 D与R的阻值有关答案C解析当导线在平行导轨上匀速运动时，产生的电流是恒定的，不会使副线圈的磁通量变化，因而副线圈中无感应电流，选项C正确3. 如图2为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220 V降至110 V调节前后()图2A副线圈中的电流比为12B副线圈输出功率比为21C副线圈的接入匝数比为21D原线圈输入功率比为12答案C解析在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况