河北省邢台市高中物理 第五章 交变电流

河北省邢台市高中物理 第五章 交变电流

‎5.4 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 ‎[问题设计]‎ 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示)．‎ 图1‎ ‎(1)小灯泡能发光吗？为什么？‎ ‎(2)若小灯泡发光，那么小灯泡两端电压与什么因素有关？‎ ‎(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论小灯泡亮或不亮的原因．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成．与 相连接的线圈叫原线圈(匝数用n1表示，又叫做 )，与负载相连的另一个线圈叫副线圈 (匝数用n2表示又叫做 )，两个线圈都绕在 上．‎ ‎2．变压器的工作基础是 ．因此变压器只对 的电流起作用，对 电流不起作用．(后两空选填“变化”或“恒定”)‎ ‎3．变压器中的电压关系：‎ ‎(1)只有一个副线圈：＝.‎ ‎(2)有多个副线圈：＝＝＝…….‎ ‎4．变压器 (填“能”或“不能”)改变交变电流的频率．‎ ‎5．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 ．‎ 二、理想变压器中的功率关系及电流关系 ‎[问题设计]‎ ‎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．若只有一个副线圈，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？‎ ‎3．若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．理想变压器的特点：‎ ‎(1)变压器铁芯内无 ；无 损失．‎ ‎(2)原、副线圈不计 ，即无能量损失．‎ 实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器．‎ ‎2．功率关系： ．‎ ‎3．电流关系：‎ ‎(1)若只有一个副线圈，有I1U1＝ ，即＝.‎ ‎(2)当有多个副线圈时I1U1＝ ＋ ＋……‎ 得I1n1＝ ＋ ＋……‎ 三、理想变压器中各量的制约关系和动态分析 ‎1．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()一定时，输入电压U1决定输出电压U ‎2，即U2＝.‎ ‎(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入 ；P出减小，P入 ，P出为0，P入为 .‎ ‎(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＝.‎ ‎2．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→P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、n2→U2→I2→P出→P入→I1.‎ 四、各种各样的变压器 ‎1．自耦变压器 如图2所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．‎ 图2‎ 规律：＝，＝.‎ ‎2．电压互感器、电流互感器 ‎(1)构造：小型变压器，如图3所示．‎ 图3‎ ‎(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表．为了安全，外壳和副线圈应接地．‎ ‎(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．‎ 一、对变压器原理的理解 例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 ( )‎ A．通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等 C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 二、理想变压器基本规律的应用 例2 理想变压器连接电路如图4甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为‎2 A，则( )‎ 图4‎ A．电压表读数为282 V B．电压表读数为28.2 V C．输入功率为56.4 W D．输入功率为40 W 三、理想变压器中的动态分析 例3 如图5所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则( )‎ 图5‎ A．保持U1及P的位置不变，K由a扳向b时，I1将增大 B．保持U1及P的位置不变，K由b扳向a时，R消耗功率减小 C．保持U1不变，K接在a处，使P上滑，I1将增大 D．保持P的位置不变，K接在a处，若U1增大，I1将增大 四、各种各样的变压器 例4 图6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6‎ A．线圈匝数n1n2，n3>n4‎ C．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 ‎1．(对变压器原理的理解)如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，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7‎ A．3 mA B．48 mA C．零 D．与R阻值有关 ‎2．(理想变压器基本规律的应用)如图8所示，将额定电压为60 V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(均为理想电表)的示数分别为220 V和‎2.2 A．以下判断正确的是( )‎ 图8‎ A．变压器输入功率为484 W B．通过原线圈的电流的有效值为‎0.6 A C．通过副线圈的电流的最大值为‎2.2 A D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3‎ ‎3．(理想变压器中的动态分析)如图9所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u，其瞬时值表达式为u＝220 sin (100πt) V，现把单刀双掷开关与a连接，则( )‎ 图9‎ A．电压表的示数为22 V B．流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次 C．在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大 D．若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电流表的示数变小 题组一 对理想变压器原理的理解 ‎1．如图所示四个电路，能够实现升压的是 ( )‎ ‎2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )‎ A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1‎ B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1‎ D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1‎ 题组二 理想变压器基本规律的应用 ‎3.如图1所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 100匝，接电压U1＝220 V的交流电，副线圈接“20 V 10 W”的灯泡，灯泡正常发光，可知 ( )‎ 图1‎ A．副线圈的匝数n2＝200匝 B．副线圈中的电流I2＝‎‎0.5 A C．原线圈中的输入功率为10 W D．原线圈中的电流I1＝‎‎0.1 A ‎4.如图2所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin (100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻．原、副线圈匝数之比为2∶1.电流表、电压表均为理想电表，下列说法中正确的是( )‎ 图2‎ A．原线圈中电流表的读数为‎1 A B．原线圈中的输入功率为220 W C．副线圈中电压表的读数为110 V D．副线圈中输出交流电的周期为50 s ‎5．一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40∶1，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是( )‎ A．‎5 A,250 V,50 kW B．‎5 A,10 kV,50 kW C．‎200 A,250 V,50 kW D．‎200 A,10 kV,2×103 kW ‎6.如图3所示为理想变压器，原线圈的匝数为1 000 匝，两个副线圈的匝数n2＝50 匝，n3＝100 匝，L1是“6 V,2 W”的小灯泡，L2是“12 V,4 W”的小灯泡，当原线圈接上交流电压时，L1、L2都正常发光，那么原线圈中的电流为( )‎ 图3‎ A. A B. A C. A D. A ‎7.如图4所示，一只理想变压器原线圈与频率为50 Hz的正弦交变电源相连，两个阻值均为20 Ω的电阻串联后接在副线圈的两端．图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原、副线圈分别为200匝和100匝，电压表的示数为5 V．则 ( )‎ 图4‎ A．电流表的读数为‎0.5 A B．流过电阻的交变电流的频率为100 Hz C．交变电源的输出电压的最大值为20 V D．交变电源的输出功率为2.5 W 题组三 理想变压器中的动态分析 ‎8．如图5所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开．当开关S接通时，以下说法中正确的是 ( )‎ 图5‎ A．副线圈两端M、N的输出电压减小 B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大 C．通过灯炮L1的电流减小 D．原线圈中的电流增大 ‎9．如图6所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )‎ 图6‎ A．原线圈匝数n1增加 B．副线圈匝数n2增加 C．负载电阻R的阻值增大 D．负载电阻R的阻值减小 题组四 各种各样的变压器 ‎10．如图7所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为‎10 A，则高压输电线的送电功率为( )‎ 图7‎ A．2.2×103 W B．2.2×10－2 W C．2.2×108 W D．2.2×104 W ‎11．理想自耦变压器的原线圈接有如图8乙所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是( )‎ 图8‎ A．交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos (100πt)‎ B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大 C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大 D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大