高中物理 第二章 交变电流 6 变压器学案 教科版选修3-2
13页1、6 变压器目标定位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.掌握理想变压器的功率关系.3.理解变压器的变压规律和变流规律,并运用此规律解决实际问题.一、变压器的结构与原理1.变压器的结构:如图1所示,为变压器的示意图和在电路图中的符号.图1(1)变压器的构造:闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副线圈(匝数用n2表示).输入电压是U1,输出电压是U2,两个线圈都绕在闭合铁芯上.(2)原线圈:与交流电源相连接的线圈,又叫做初级线圈.(3)副线圈:与负载相连的另一个线圈,又叫做次级线圈.2.变压器的工作基础是互感现象,由于互感作用,穿过原、副线圈的磁通量相等,磁通量的变化率相等,若原线圈匝数为n1,则U1n1,副线圈匝数为n2,则U2n2,所以.3.原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载.(2)副线圈在其所处回路中充当电源.4.变压器不改变(填“改变”或“不改变”)交流电的频率.深度思考(1)把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到交流电源的两端,另一个线圈连接到小灯泡上(如图2所示),小灯泡能发光吗?为什么?(2)若把交流电源改为蓄
2、电池,小灯泡发光吗?图2答案(1)能.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通量,根据法拉第电磁感应定律知,在左、右线圈中都要产生感应电动势,右线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光.(2)不发光.例1理想变压器正常工作时,原、副线圈中一定相同的物理量是()A.每匝线圈中磁通量的变化率B.交变电流的频率C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势答案ABC变压器能改变交变电压、交变电流,但不能改变功率和交变电流的频率.二、理想变压器的规律1.理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁;无发热损失.(2)原副线圈不计内阻,即也无能量损失.2.理想变压器的功率关系从能量守恒看,理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入P出.3.变压器的变压关系(1)只有一个副线圈:.(2)有多个副线圈:4.电流关系(1)只有一个副线圈时,由U1I1U2I2,得:n1I1n2I2,即(2)当有多个副线圈时,由I1U1I2U2I3U3得:n1I1n2I2n3I35.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约:输入电压U1决定输出电压U2.
3、(填“U1”或“U2”)(2)功率制约:P出决定P入,这体现了能量守恒的特点.(填“P出”或“P入”)(3)电流制约:输出电流I2决定输入电流I1.(填“I1”或“I2”)深度思考变压器为什么不能改变交流电的频率?答案因为原、副线圈中的磁通量变化情况相同,所以变压器不能改变交流电的频率.例2如图3所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1n221,和均为理想电表,灯泡电阻RL6,AB两端电压u112sin100t (V).下列说法正确的是()图3A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W解析根据u112sin100t (V)及U知U112V,f50Hz,选项A错误;根据得U2U112V6V,即的读数为6V,选项B错误;又I2A1A,即的读数为1A,选项C错误;根据P1P2及P2W6W,选项D正确.答案D(1)电压表、电流表示数均为有效值.(2)理想变压器P入P出.(3)变压器不改变频率,即原、副线圈电流频率相等.针对训练如图4所示,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(
4、均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A.以下判断正确的是()图4A.变压器输入功率为484WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2AD.变压器原、副线圈匝数比n1n2113答案BD解析变压器的输入功率P1P2I2U22.260W132W,选项A错误;由得,选项D正确;由得I1I22.2A0.6A,选项B正确;根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI2A,选项C错误.例3如图5所示,理想变压器三个线圈的匝数之比为n1n2n31051,其中n1接到220V的交流电源上,n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路.已知通过电阻R3的电流I32A,电阻R2110,求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.图5解析由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得,加在R2上的电压U2U1220V110V通过电阻R2的电流I2A1A加在R3上的电压U3U1220V22V根据输出功率等于输入功率得:U1I1U2I2U3I3代入数据解得通过原线圈的电流为:I10.7A.答案1A0.7A含多个副线圈的变压器,电压仍与匝数成正比,但电流关系只能通过功率关系来判断.三
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