2020-2021學(xué)年4 變壓器學(xué)案設(shè)計(jì)-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

5.4 變壓器學(xué)案（人教版選修3-2） 1．______現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，不僅穿過(guò)________也穿過(guò)________，則副線圈中就要產(chǎn)生______．盡管原、副線圈沒(méi)有導(dǎo)線相連，電能卻可以通過(guò)磁場(chǎng)從原線圈到達(dá)副線圈． 2．原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的__________，公式表示為_(kāi)_____________．如果原線圈的匝數(shù)大于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈低，這種變壓器稱為_(kāi)___________；如果原線圈的匝數(shù)小于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈高，這種變壓器稱為_(kāi)_________． 3．關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說(shuō)法正確的是( ) A．通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變 B．穿過(guò)原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等 C．穿過(guò)副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D．原線圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線圈 4．對(duì)理想變壓器，下列說(shuō)法中正確的是( ) A．原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大 B．原線圈的輸入電流，隨副線圈的輸出電流增大而增大 C．原線圈的電流，不隨副線圈的輸出電流變化而變化 D．當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈的電壓也為零 5．某變電站用原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2的變壓器，將遠(yuǎn)距離輸送的電能送給用戶，如圖1所示，將變壓器看作理想變壓器，當(dāng)變壓器正常工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是( ) 圖1 A．原、副線圈電壓比為n2∶n1 B．原、副線圈電流比為n1∶n2 C．原、副線圈電壓比為n1∶n2 D．變壓器的輸入功率與輸出功率的比為n1∶n2 【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一變壓器的基本規(guī)律 1．如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V,60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則( ) 圖2 A．電流表的示數(shù)為eq \f(3\r(2),220) A B．電源輸出功率為1 200 W C．電流表的示數(shù)為eq \f(3,220) A D．原線圈端電壓為11 V 2．某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55∶9，原線圈所接電源電壓按如圖3所示的規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載，下列判斷正確的是( ) 圖3 A．輸出電壓的最大值為36 V B．原、副線圈中電流之比為55∶9 C．變壓器輸入、輸出功率之比為55∶9 D．交流電源電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz 知識(shí)點(diǎn)二常見(jiàn)變壓器 3．如圖4所示，M、N為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說(shuō)法正確的是( ) 圖4 A．在乙圖中，線圈N4的導(dǎo)線一定比線圈N3的導(dǎo)線粗 B．甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表 C．甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表 D．甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表 4．如圖5所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值UAB＝100 V，R0＝40 Ω，當(dāng)滑動(dòng)片處于線圈中點(diǎn)位置時(shí)，C、D兩端電壓的有效值UCD為_(kāi)_______V，通過(guò)電阻R0的電流有效值為_(kāi)_______A. 圖5 【方法技巧練】一、變壓器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析方法 5．如圖6所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈的電壓，則( ) 圖6 A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大 B．保持P的位置及U1不變，K由b合到a時(shí)，R消耗功率將減小 C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大 D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大圖7 6．如圖7所示，理想變壓器的副線圈上通過(guò)輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)．當(dāng)S接通時(shí)，以下說(shuō)法中正確的是( ) A．副線圈兩端M、N的輸出電壓減小 B．副線圈輸電線等效電阻R上的電壓增大 C．通過(guò)燈泡L1的電流減小 D．原線圈中的電流增大二、有多個(gè)副線圈的理想變壓器問(wèn)題的分析方法 7．理想變壓器如圖8所示，原線圈匝數(shù)n1＝1 000匝，兩副線圈匝數(shù)分別為n2＝600匝，n3＝200匝，當(dāng)原線圈兩端接在220 V的交流電源上時(shí)，原線圈上電流為2 A，通過(guò)R2的電流為1 A，則通過(guò)R3的電流為( ) 圖8 A．10 A B．7 A C．3 A D．1 A 8．如圖9所示，一臺(tái)有兩個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1＝1 100匝，接入電壓U1＝220 V的電路中．圖9 (1)要求在兩個(gè)副線圈上分別得到電壓U2＝6 V，U3＝110 V，它們的匝數(shù)n2、n3分別為多少？ (2)若在兩副線圈上分別接上“6 V，20 W”、“110 V，60 W”的兩個(gè)用電器，原線圈的輸入電流為多少？參考答案課前預(yù)習(xí)練 1．互感原線圈副線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2．匝數(shù)之比 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2) 降壓變壓器升壓變壓器 3．C [通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的，由于面積S不變，故磁通量Φ變化，A錯(cuò)誤；因理想變壓器無(wú)漏磁，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能，原副線圈通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤．] 4．AB [理想變壓器的原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，且隨副線圈的輸出功率的變化而變化，原線圈的輸入電流取決于副線圈的輸出電流，當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈的電流也為零，但原線圈電壓并不一定為零，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤．] 5．C [電壓之比等于匝數(shù)之比，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，所以電流之比等于電壓之比的反比，也就等于線圈匝數(shù)比的反比．] 課堂探究練 1．C [因?yàn)闊襞菡０l(fā)光所以副線圈中的電流 I2＝eq \f(P出,U2)＝eq \f(60,220) A＝eq \f(3,11) A 根據(jù)公式eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)得I1＝eq \f(n2,n1)I2＝eq \f(1,20)×eq \f(3,11) A＝eq \f(3,220) A，即電流表的示數(shù)應(yīng)為eq \f(3,220) A，故A錯(cuò)，C對(duì)；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入＝P出可得電源的輸出功率為60 W，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得U1＝eq \f(n1,n2)U2＝eq \f(20,1)×220 V＝4 400 V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．] 點(diǎn)評(píng) 變壓器的基本規(guī)律 (1)電壓關(guān)系：①只有一個(gè)副線圈時(shí)eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)或eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2) ②當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝… (2)功率關(guān)系：P入＝P出：①只有一個(gè)副線圈時(shí)，P1＝P2 ②當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)P1＝P2＋P3＋… (3)電流關(guān)系：①只有一個(gè)副線圈時(shí)，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2，得eq \f(I1,I2)＝eq \f(U2,U1)＝eq \f(n2,n1)，即eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1) ②當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，由P1＝P2＋P3＋…知 I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋… 2．D [由題圖知原線圈電壓最大值為220eq \r(2) V，周期T＝2×10－2 s，故電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz；由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)得輸出電壓的最大值為36eq \r(2) V，原、副線圈電流之比為9∶55，輸入、輸出功率應(yīng)相等，所以正確答案為D.] 點(diǎn)評(píng) 變壓器的電壓關(guān)系、電流關(guān)系是各物理量的有效值(或最大值)間的關(guān)系，例如公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)中，若U1是有效值則U2就是有效值，若U1是最大值則U2就是最大值． 3．C [電壓互感器輸入端分別接在兩根線上，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)少；電流互感器輸入端只能串聯(lián)在電路中，次級(jí)匝數(shù)比初級(jí)匝數(shù)多．] 點(diǎn)評(píng) 甲圖是電壓互感器，乙圖是電流互感器，它們分別與電壓表和電流表的使用方法相同，即：電壓互感器測(cè)電壓時(shí)需并聯(lián)接入電路，電流互感器測(cè)電流時(shí)需串聯(lián)接入電路．它們利用變壓器的原理把高電壓、大電流變成低電壓、小電流，以方便測(cè)量． 4．200 5 解析由理想變壓器公式 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)得 UCD＝eq \f(n2,n1)UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝eq \f(UCD,R0)＝eq \f(200,40) A＝5 A. 點(diǎn)評(píng) 自耦變壓器鐵芯上只繞一個(gè)線圈，原、副線圈共用一個(gè)繞組，最大優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，缺點(diǎn)是低壓端和高壓端直接有電的聯(lián)系，使用不夠安全．變壓器的規(guī)律都適用于自耦變壓器． 5．ABD [K由a合到b時(shí)，n1減小而U1不變，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副線圈上電壓增大，負(fù)載R的電流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A項(xiàng)正確．同理K由b合到a時(shí)，P2減小，B項(xiàng)正確． P上滑時(shí)，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2＝eq \f(U2,R)可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知I1將減小，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．當(dāng)U1增大時(shí)，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知U2也增大，I2＝eq \f(U2,R)增大，再由eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知I1增大，故D項(xiàng)正確．] 方法總結(jié) 此類問(wèn)題大致有兩種情況：一是負(fù)載電阻不變，原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)，輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，如選項(xiàng)A、B；另一類是原、副線圈的匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負(fù)載電阻的變化而變化的情況，如選項(xiàng)C.處理此類問(wèn)題時(shí)，要根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系． 6．BCD [由于輸入電壓不變，所以S接通時(shí)，理想變壓器副線圈M、N兩端輸出電壓不變．并聯(lián)燈泡L2，負(fù)載總電阻變小，由歐姆定律I＝eq \f(U,R)知，流過(guò)R的電流增大，電阻R上的電壓UR＝IR增大．副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率I1U1＝I2U2得I2增大，則原線圈輸入電流I1也增大． UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過(guò)燈泡L1的電流減?。甝方法總結(jié) 變壓器動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為 7．B [由理想變壓器變壓比公式 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可得U2＝eq \f(U1n2,n1)＝eq \f(220×600,1 000) V＝132 V，由eq \f(U1,U3)＝eq \f(n1,n3)可得U3＝eq \f(n3,n1)U1＝eq \f(200×220,1 000) V＝44 V，根據(jù)輸入功率等于輸出功率有I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3 解得I3＝7 A，選B] 方法總結(jié) 理想變壓器變壓比公式 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，對(duì)有一個(gè)或n個(gè)副線圈的變壓器均適用，而變流比公式eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，只適用于有一個(gè)副線圈的變壓器，若為兩個(gè)以上副線圈的變壓器，必須用P入＝P出，即U1I1＝U2I2＋U3I3或n1I1＝n2I2＋n3I3來(lái)計(jì)算． 8．(1)30匝 550匝 (2)0.36 A 解析 (1)根據(jù)原、副線圈間電壓與匝數(shù)的關(guān)系，由 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(U1,U3)＝eq \f(n1,n3) 得n2＝eq \f(U2,U1)n1＝eq \f(6,220)×1 100匝＝30匝 n3＝eq \f(U3,U1)n1＝eq \f(110,220)×1 100匝＝550匝 (2)設(shè)原線圈輸入電流為I1，P入＝P出，即 I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＝P2＋P3，所以I1＝eq \f(P2＋P3,U1)＝eq \f(20＋60,220) A＝0.36 A 方法總結(jié) 第(1)問(wèn)中，也可根據(jù)原、副線圈每伏電壓分配到的匝數(shù)相等進(jìn)行計(jì)算．即由eq \f(n1,U1)＝eq \f(1 100匝,220 V)＝5 匝/V，得匝數(shù)n2＝5×6匝＝30匝，n3＝5×110匝＝550匝．

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