人教版物理选修3-2 第5章第4节 变压器

人教版物理选修3-2 第5章第4节 变压器

第5章 第四节 变压器 课标定位 学习目标：1.知道变压器的构造． 2．理解变压器的工作原理． 3．理解变压器的原、副线圈中电压与匝数的关 系，能用它来分析解决基本问题． 4．知道互感器的原理及用处． 重点难点：1.变压器的工作原理． 2．推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系． 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 第 四 节 　 变 压 器 课前自主学案 一、变压器的原理 1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组 成． (1)原线圈：与__________相连的线圈． (2)副线圈：与_____相连的线圈． 2．原理：变压器工作的基础是__________现象． 3．作用：改变_____电流的电压． 交流电源 负载 电磁感应 交流 二、电压与匝数的关系 1．理想变压器：没有_____损失的变压器． 2．变压规律：_______. 3．变流规律：________(只适用于一个副线圈)． 能量 三、常用的变压器——互感器 1．分类：电压互感器(如图5－4－1甲)和电流互感 器(如图乙)． 图5－4－1 2．电压互感器：如图5－4－1甲所示,原线圈______ 在高压电路中，副线圈接电压表．互感器将_____变 为_____，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算 出高压电路的电压． 3．电流互感器：如图5－4－1乙所示,原线圈______ 在待测高电流电路中，副线圈接电流表．互感器将 _______变成_______，通过电流表测出小电流，结 合匝数比可计算出大电流电路的电流． 并联 高压 低压 串联 大电流 小电流 核心要点突破 图5－4－2 4．功率关系 理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率 等于输出功率．当副线圈为断路时，原线圈输入功 率为零．对有多个副线圈输出时，输入功率等于副 线圈上输出功率之和． 5．频率关系 变压器不能改变交变电流的频率． 在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发 出同频率的交流电． 特别提醒：(1)变压器只能改变交流电压，若初 级线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为 零． (2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系 是有效值间的关系，对最大值也适用，但对某 时刻的瞬时值其关系并不成立． 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量 有(　　) A．交流电的频率　　　B．磁通量的变化率 C．功率 D．交流电的峰值 解析：选ABC.理想变压器没有漏磁，没有能量损 失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、 副线圈中功率相同，B、C项正确，变压器的原理 是互感现象，其作用改变电压不改变频率，A项正 确，D项错误． 二、变压器工作时的制约关系 1．电压制约 当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出 电压U2由输入电压U1决定，即U2＝n2U1/n1. 2．电流制约 当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入 电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的 输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1. 3．负载制约 (1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2 ＝P负1＋P负2＋…； (2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2 确定，I2＝P2/U2； (3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是 “量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供 多少，因而输出功率决定输入功率，P1＝P2； 即变压器的输入功率是由输出功率决定的． 4．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 R→I2→P2→P1→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n 1、 n2→U2→I2→P2→P1→I1. 特别提醒：理想变压器的副线圈可看做给用户供 电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可 以参照直流电路动态分析的方法． 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．对理想变压器，下列说法中正确的是(　　) A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率 增大而增大 B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增 大而增大 C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化 而变化 D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为 零 解析：选AB.理想变压器的原线圈的输入功率等 于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的 变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的 输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电 流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B 正确，C、D错误． 课堂互动讲练 对变压器原理的理解 图5－4－3 【答案】　BC 变式训练1　(2011年高考浙江理综卷)如图5－4－4 所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝ 200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin 314t V的 交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则 交流电压表的读数可能是(　　) 图5－4－4 A．2.0 V　　　　　　　　B．9.0 V C．12.7 V D．144.0 V 如图5－4－5所示，一台有两 个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝ 1100 匝．接入电压U1＝220 V的电路 中． (1)要求在两个副线圈上分别得到电 压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝 数n2，n3分别为多少？ (2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的两个用电器，原 线圈的输入电流为多少？ 变压器基本规律的应用 图5－4－5 【思路点拨】　解题时应特别把握以下两点： (1)原、副线圈的电压与匝数的关系． (2)根据原、副线圈的功率关系确定电流关系． 【答案】　(1)30 匝　550匝　(2)0.36 A 【规律总结】　对于理想变压器来说，变压公式 和输入功率等于输出功率是普通适用的规律，对 于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能 使用了． 图5－4－6 变压器的动态分析 (2010年高考天津卷)为探究 理想变压器原、副线圈电压、电 流的关系，将原线圈接到电压有 效值不变的正弦交流电源上，副 线圈连接相同的灯泡L1、L2，电 路中分别接了理想交流电压表V1、 V2和理想交流电流表A1、A2，导 线电阻不计，如图 5－ 4－ 7所 示．当开关S闭合后(　　) 图5－4－7 A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变 B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大 C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大 D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变 【思路点拨】　解答本题时注意了解电路的结构, 并正确理解原、副线圈的功率、电压、电流之间 的关系． 【精讲精析】　电源电压有效值不变，所以V1示数 不变，原、副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数 之比不变，故V2示数不变，V1与V2示数的比值也 不变，所以C错误，D正确；当开关S闭合后，副线 圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈 电路中的电流增大，A2的示数增大，原、副线圈的 电流之比等于匝数反比，匝数之比不变，A1与A2 示数的比值不变，A1的示数也增大，所以A正确， B错误． 【答案】　AD 【规律总结】　处理这类问题的关键是要分清变 量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和 制约关系，在理想变压器中，U2由U1和匝数比 决定；I2由U2和负载电阻决定．I1由I2和匝数比 决定． 变式训练3　(2011年嘉兴高二检测)如图5－4－8所 示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交 流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻 R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光 照射电阻R2时，各电表的示数变化情况是(　　) 图5－4－8 A．电流表A1示数变大 B．电流表A2示数变小 C．电压表V1示数变小 D．电压表V1示数变大