高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊3 變壓器學(xué)案設(shè)計-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器，理解變壓器的工作原理.
2.掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系并能用它解決相關(guān)問題.
科學(xué)思維
1.掌握理想變壓器的功率關(guān)系，并能推導(dǎo)出原、副線圈的電流關(guān)系．
一、變壓器的原理
1．構(gòu)造：由和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作，與負(fù)載連接的線圈叫作．也叫 .
2．原理：現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中激發(fā)的也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生．
二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系
1．理想變壓器：沒有的變壓器叫作理想變壓器，它是一個理想化模型．
2. 基本關(guān)系式(假設(shè)只有一個副線圈)
(1)電壓比:U1U2=n1n2。
(2)能量關(guān)系:P入=P出。
(3)電流關(guān)系:I1I2=n2n1。
3．兩類變壓器
副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作變壓器．
三、變壓器中的能量轉(zhuǎn)化
原線圈中電場的能量轉(zhuǎn)變成的能量，變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈，在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場的能量轉(zhuǎn)化成了的能量．
1．判斷下列說法的正誤．
(1)理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比．( )
(2)輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高．( )
(3)變壓器能改變交變電流的電壓，也能改變恒定電流的電壓．( )
(4)理想變壓器不僅能改變交變電流的電壓和電流，也能改變交變電流的功率和頻率．( )
(5)理想變壓器的輸入和輸出功率相等．( )
2．一臺理想降壓變壓器從10 kV的線路中降壓并提供200 A的負(fù)載電流．已知兩個線圈的匝數(shù)比為40∶1，則副線圈中的輸出電壓為________，輸出功率為________，變壓器原線圈中的電流為________．
一、變壓器的原理
如圖所示,把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈連接到學(xué)生電源的兩端,另一個線圈連到小燈泡上。
請動手做一做,當(dāng)線圈接交流電源時,看看小燈泡能否發(fā)光。解釋一下你看到的現(xiàn)象。
變壓器的原理
1.構(gòu)造: 變壓器由閉合鐵芯、原線圈、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號分別如圖1甲、乙所示．
圖1
2.原理:互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)。原線圈中電流的大小、方向不斷變化,在鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變化,變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
3.作用:改變交變電流的電壓,不改變交變電流的周期和頻率。
注意(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率。
(2)變壓器只對變化的電流起作用,對恒定電流不起作用。
(3)變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起,兩個線圈間是絕緣的。
4. 原理圖解
例1 關(guān)于理想變壓器的工作原理,以下說法正確的是( )
A.通有正弦式交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等
C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
針對訓(xùn)練1 (多選)理想變壓器正常工作時,在其原、副線圈中一定相同的物理量是( )
A.交變電流的頻率
B.輸入、輸出功率
C.磁通量的變化率
D.電壓的最大值
二、變壓器的原理電壓與匝數(shù)的關(guān)系
1.變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)有何關(guān)系?下面我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。
器材:可拆變壓器、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干。
實(shí)驗(yàn)步驟:(1)按圖示連接電路。
(2)原線圈接低壓交流電源,保持原線圈匝數(shù)n1不變,改變副線圈匝數(shù)n2,用多用電表交流電壓擋分別測出每次n2改變后副線圈兩端的電壓,記入表格。
(3)原線圈接低壓交流電源,保持副線圈匝數(shù)n2不變,改變原線圈匝數(shù)n1,用多用電表交流電壓擋分別測出每次n1改變后副線圈兩端的電壓,記入表格。
(4)總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出結(jié)論。
2.閱讀教材回答下列三個問題：
(1)什么是理想變壓器？理想變壓器原、副線圈中的功率有什么關(guān)系？
(2)根據(jù)能量守恒推導(dǎo)只有一個副線圈時原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系．
(3)根據(jù)能量守恒推導(dǎo)有多個副線圈時原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系．
1.理想變壓器中的幾個關(guān)系
特別提示 (1)輸入功率等于輸出功率,即P1=P2。
(2)由能量守恒有P1=P2,即U1I1=U2I2,因?yàn)閁1U2=n1n2,所以I1I2=U2U1=n2n1。
(3)有多個副線圈時,輸入功率等于輸出功率,即P1=P2+P3。穿過原、副線圈的磁通量相等,磁通量的變化率ΔΦΔt相等,所以有U1=n1ΔΦΔt,U2=n2ΔΦΔt,U3=n3ΔΦΔt,故有U1n1=U2n2=U3n3。由能量守恒有P1=P2+P3,即U1I1=U2I2+U3I3,可得
例2 如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=2∶1,電壓表和電流表均為理想電表,燈泡電阻RL=6 Ω,A、B端電壓u1=122sin 100πt(V)。下列說法正確的是( )
A.燈泡中的電流頻率為100 Hz
B.電壓表的讀數(shù)為24 V
C.電流表的讀數(shù)為0.5 A
D.變壓器輸入功率為6 W
針對訓(xùn)練2 (2023山東濱州期末)理想變壓器與三個阻值相同的定值電阻R1、R2、R3組成如圖所示的電路,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2。在a、b間接入正弦式交變電流,則下列說法正確的是( )
A.R1、R2、R3兩端的電壓之比為2∶1∶2
B.R1、R2、R3消耗的功率之比為4∶1∶4
C.a、b間輸入功率與變壓器輸入功率之比為15∶2
D.a、b間輸入電壓與變壓器輸入電壓之比為3∶1
例3 (多選)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1,以下說法正確的是( )
A.穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1
B.穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等
C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為10∶1
D.正常工作時原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1
針對訓(xùn)練3 如圖所示,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( )
A.電流表的示數(shù)為3220 A
B.電流表的示數(shù)為32220 A
C.電源輸出功率為1 200 W
D.原線圈兩端電壓為11 V
三、理想變壓器的制約關(guān)系和動態(tài)分析
1．電壓、電流、功率的制約關(guān)系
(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq \f(n1,n2)一定時，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2＝eq \f(n2U1,n1).
(2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入增大；P出減小，P入減??；P出為0，P入為0.
(3)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq \f(n1,n2)一定，且輸入電壓U1確定時，副線圈中的輸出電流I2決定原線圈中的電流I1，即I1＝eq \f(n2I2,n1)(只有一個副線圈時)．
2．對理想變壓器進(jìn)行動態(tài)分析的兩種常見情況
(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是R→I2→P出→P入→I1.
(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.
例4 .(多選)(2023江蘇吳江高二月考)如圖所示,理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表,副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調(diào)節(jié),在副線圈兩端連接定阻電阻R0和滑動變阻器R,P為滑動變阻器的滑片。在原線圈上加一電壓為U的正弦式交變電流,則( )
A.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表讀數(shù)變大
B.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表讀數(shù)變小
C.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表讀數(shù)變大
D.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表讀數(shù)變小
針對訓(xùn)練4 如圖所示,理想變壓器原線圈輸入電壓u=Umsin ωt,副線圈電路中R0為定值電阻,R是滑動變阻器。V1和V2是理想交流電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示;A1和A2是理想交流電流表,示數(shù)分別用I1和I2表示。下列說法正確的是( )
A.I1和I2表示電流的瞬時值
B.U1和U2表示電壓的最大值
C.滑片P向下滑動過程中,U2不變、I1變大
D.滑片P向下滑動過程中,U2變小、I1變小
四、幾種常見的變壓器
如圖所示的兩個變壓器稱為自耦變壓器,(1)兩個變壓器中哪一個是升壓變壓器?(2)在輸入電壓U1一定的情況下,要提高輸出電壓,甲、乙兩圖中的滑片應(yīng)如何移動?
1.自耦變壓器
圖甲是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈,副線圈只取線圈的一部分,就可以降低電壓;如果把線圈的一部分作原線圈,整個線圈作副線圈,就可以升高電壓。
調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器,它的構(gòu)造如圖乙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上,AB之間加上輸入電壓U1,移動滑動觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。
2.互感器
注意(1)電壓互感器是降壓變壓器,據(jù)U1U2=n1n2,知n1>n2。
電流互感器是升壓變壓器,據(jù)I1I2=n2n1,知n1U1,U2降低
B.U2>U1,U2升高
C.U2

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