2018-2019版物理新导学笔记选修3-2江苏专用版讲义:第五章 交变电流 4 Word版含答案.docx
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1、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1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,与交流电源连接的线圈叫原线圈,与负载连接的线圈叫副线圈.2.原理互感现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势.二、电压与匝数的关系1.理想变压器:没有能量损失的变压器叫做理想变压器,它是一个理想化模型.2.电压与匝数的关系原、副线圈的电压之比等于两个线
2、圈的匝数之比,即.3.理想变压器原、副线圈功率关系P1P2(填“”“”或“”).4.两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器;副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器.即学即用1.判断下列说法的正误.(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比.()(2)输入交变电流的频率越高,输出交变电流的电压就越高.()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失.()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率.()2.一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401,则副线圈中的输出电压为_,输出功率为_,变压器原线圈
3、中的电流为_.答案250 V50 kW5 A解析由,得U2 V250 V;由理想变压器功率关系,得P入P出U1I1U2I2250200 W50 kW,同时得I1 A5 A.一、变压器的原理及电压与匝数的关系导学探究如图1所示,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(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上.连接电路,接通电源,小灯泡能发光.图1(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光?(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗?如果不相等,与什么因素有关?(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗?为什么?答案(1)当左边线圈加
4、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场,根据法拉第电磁感应定律知,在右线圈中会产生感应电动势,右线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光.(2)不考虑漏磁及线圈电阻,左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同,若左边匝数为n1,则U1E1n1.若右边匝数为n2,则U2E2n2,故有;又U1U电源,这样看来只要n1n2,小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等.小灯泡两端的电压,即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关.(3)不发光,因为无法在副线圈中产生感应电动势.知识深化1.变压器能改变交变电压、交变电流,但不能改变恒定电压、恒定电流.2.变压器不能改变交流电
5、的频率与功率.3.变压器原、副线圈中电压关系:.例1关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是()A.通有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不相等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答案C解析通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,面积S不变,故磁通量变化,A错误;因理想变压器无漏磁,故B错误;由互感现象知C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故D错误.二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系导学探究阅读教材回答下列三个问题:(1)什么是理想变压器?理想变
6、压器原、副线圈中的功率有什么关系?(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.答案(1)理想变压器的理想化条件一般指的是:忽略原、副线圈内阻上的分压,忽略原、副线圈磁通量的差别,忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入P出.(2)由能量守恒有P入P出,即U1I1U2I2.所以.知识深化1.电流关系只有一个副线圈时,U1I1U2I2,得:n1I1n2I2,即.2.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P入P出.例2如图2所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1n221,和均为理想交流电表,灯泡电阻RL6 ,AB两端电压u112s
7、in 100t(V).下列说法正确的是()图2A.电流频率为100 Hz B.的读数为24 VC.的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W答案D解析根据u112sin 100t(V)及U知U112 V,f50 Hz,选项A错误;根据得U2U112 V6 V,即的读数为6 V,选项B错误;又I2 A1 A,即的读数为1 A,选项C错误;根据P入P出及P出 W6 W,选项D正确.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.变压器不改变交变电流频率,即原、副线圈交变电流频率相等.三、理想变压器的动态分析1.电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比一
8、定时,输入电压U1决定输出电压U2,即U2.(2)功率制约:P出决定P入,P出增大,P入增大;P出减小,P入减小;P出为0,P入为0.(3)电流制约:只有一个副线圈时,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RI2P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、n2U2I2P出P入I1.例3(多选)(2017南通、扬州、泰州、淮安四市第三次模拟考
9、试)如图3所示,T为理想变压器,电流表、电压表均为理想交流电表.R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,L为电感线圈,A、B两点间接正弦交流电,则()图3A.只将滑片P1下移时,电流表示数变小B.只将滑片P2下移时,电压表示数变大C.只增大交流电的电压时,电流表示数变大D.只增大交流电的频率时,电压表示数不变答案AC解析只将滑片P1下移时,变压器副线圈输出电压U2减小,由U1I1可知,U1、R不变,I1减小,A正确;只将滑片P2下移时,副线圈电路中的总电阻减小,U2不变,因此副线圈电路中的电流增大,R1两端的电压增大,R3两端的电压减小,电压表的示数减小,B错误;只增大交流电的电压时,根据变压
10、器的变压比公式可知,副线圈两端的电压增大,因此副线圈的电流增大,根据变压器的变流比公式可知,原线圈的电流增大,故电流表示数增大,C正确;只增大交流电的频率时,电感线圈的感抗增大,副线圈电路中的总电阻增大,总电流减小,R1两端的电压减小,R3两端的电压增大,电压表示数增大,D错误.四、自耦变压器和互感器1.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,如果把整个线圈作为原线圈,副线圈只取线圈的一部分,就可以降低电压,反之则可以升高电压,如图4所示.图42.互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围,不能直接测量高电压和大电流.互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器.(1)电压互感器:实质是降压
11、变压器,可以把高电压变成低电压.(如图5所示)图5(2)电流互感器:实质是升压变压器,可以把大电流变成小电流.(如图6所示)图6例4(多选)图7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7A.线圈匝数n1n2,n3n2,n3n4C.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,输出端不可断路答案CD解析题图甲中的原线圈并联在电路中,为电压互感器,是降压变压器,n1n2,其中的电表为电压表;题图乙中的原线圈串联在电路中,为电流互感器,是升压变压器,n3U1,U2降低 B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低 D.U2n2知U2U1;滑动触头从M点顺时针旋
12、转至N点过程,n2减小,则U2降低,C项正确.1.(变压器的工作原理)(多选)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ABC2.(理想变压器基本关系的应用)(多选)如图9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9A.变压器输入功率为484 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈
13、的电流的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1n2113答案BD解析变压器的输入功率等于输出功率P1P2I2U22.260 W132 W,选项A错误;由得,选项D正确;由得I1I22.2 A0.6 A,选项B正确;根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI2 A,选项C错误.3.(理想变压器的动态分析)如图10所示,理想变压器原线圈输入电压uUmsin t,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.和是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;和是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是()图10A.I1和I2表示电流的平均值B.U1和U2表示电压的最大值C.滑片P
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