人教版選修11 變壓器 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

3.4變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)：1知道變壓器的基本構(gòu)造2理解變壓器的工作原理3學(xué)會(huì)用變壓器原、副線圈的電壓與兩線圈匝數(shù)的關(guān)系解決問(wèn)題會(huì)分析變壓器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題，掌握解答此類(lèi)問(wèn)題的思路4知道常見(jiàn)的變壓器的類(lèi)型及它們的應(yīng)用重點(diǎn)：學(xué)會(huì)用變壓器原、副線圈的電壓與兩線圈匝數(shù)的關(guān)系解決問(wèn)題難點(diǎn)：理解變壓器的工作原理，理解自耦變壓器和互感器的原理。預(yù)習(xí)新知：一、變壓器的結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)如圖341中的實(shí)物是示教變壓器，它像各種變壓器一樣，主要由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈(也叫繞組)兩部分組成，鐵芯由硅鋼片疊合而成，線圈由漆包線繞成圖341工作時(shí)，變壓器的一個(gè)線圈跟前一級(jí)電路連接，叫做原線圈，也叫初級(jí)線圈(初級(jí)繞組)；另一個(gè)線圈跟下一級(jí)電路連接，叫做副線圈，也叫次級(jí)線圈(次級(jí)繞組)2作用能改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率3常用符號(hào)如圖342甲所示，是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原、副線圈構(gòu)成圖342乙是變壓器的符號(hào)甲 乙圖342二、變壓器為什么能改變電壓1電磁感應(yīng)現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)當(dāng)原線圈通過(guò)電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向也都在不斷變化，通過(guò)鐵芯副線圈中的磁場(chǎng)也在不斷變化，于是副線圈內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2線圈的各匝導(dǎo)線之間是相互串聯(lián)的，每匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加在一起，就是整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因此，在同一個(gè)鐵芯上，哪個(gè)線圈的匝數(shù)多，哪個(gè)線圈的電壓就高例1下面可以將電壓升高供給家用電燈的變壓器是()答案：c電壓升高，原線圈的匝數(shù)要少于副線圈的匝數(shù)，要接交流電，接直流電時(shí)變壓器不工作，故c正確針對(duì)訓(xùn)練：(多選)如圖343所示為變壓器的示意圖，它被用來(lái)升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，下列說(shuō)法中正確的是()圖343a圖中m是閉合的鐵芯b發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈相連，升高后的電壓由c、d兩端輸出c電流以鐵芯為通路從一個(gè)線圈流到另一個(gè)線圈d變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的答案：ad由題設(shè)知該變壓器為升壓變壓器，所以原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)，故為輸入端即接發(fā)電機(jī)，為輸出端，選項(xiàng)b錯(cuò)；鐵芯提供閉合的磁路，使電能先變成磁場(chǎng)能再在副線圈中變成電能，所以c項(xiàng)錯(cuò)故選a、d.理想變壓器及其工作原理1.理想變壓器的特點(diǎn)(1)變壓器變壓時(shí)不計(jì)能量損失，即輸入功率等于輸出功率(2)原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻因?yàn)槔硐胱儔浩鞑挥?jì)一切電磁能量損失，因此，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，一般實(shí)際變壓器都可以看成是理想變壓器2變壓器的工作原理電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)交變電流通過(guò)原線圈時(shí)，由于電流的大小和方向在不斷改變，所以鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化，這樣變化的磁場(chǎng)就在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于原、副線圈匝數(shù)不同，所以副線圈中輸出的電壓與原線圈中的電壓不同，這樣就達(dá)到了改變交流電壓的目的針對(duì)訓(xùn)練1如圖344所示，變壓器原、副線圈匝數(shù)比為12，則副線圈中電壓表讀數(shù)為()圖344a0 vb2 vc4 v d8 va由于原線圈接的是直流電源，所以通過(guò)副線圈的磁場(chǎng)不變，因此副線圈中電壓表讀數(shù)為0，選項(xiàng)a正確理想變壓器的規(guī)律1.理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系基本關(guān)系功率關(guān)系p入p出電壓關(guān)系，與負(fù)載、副線圈的多少無(wú)關(guān)頻率關(guān)系f1f2(變壓器不改變交流電的頻率)因果關(guān)系(n1和n2不變時(shí))(1)由u2u1可知u1決定u2，即原線圈兩端電壓決定副線圈兩端的電壓(2)由p入p出可知輸出功率決定輸入功率，功率按需分配2.變壓器的種類(lèi)(1)升壓變壓器：n2n1時(shí)，u2u1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫升壓變壓器(2)降壓變壓器：n2n1時(shí)，u2u1，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫降壓變壓器例2：如圖345所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為201，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 v60 w”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則()圖345a電流表的示數(shù)為 ab電源輸出功率為1 200 wc電流表的示數(shù)為 ad原線圈端電壓為11 v【解析】由燈泡正常發(fā)光可知，副線圈電壓為220 v，由可知，原線圈電壓u120220 v4 400 v，選項(xiàng)d錯(cuò)誤；又因輸入功率等于輸出功率，p1p260 w，故選項(xiàng)b錯(cuò)誤；電流表讀數(shù)為有效值，原線圈中電流i1 a a，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤，選項(xiàng)c正確【答案】c注意事項(xiàng)(1)變壓器能改變交流電的電壓、電流，不能改變周期、頻率.(2)變壓器遵守能量守恒定律：p入p出.理想變壓器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題1變壓器的動(dòng)態(tài)電路分析一是要符合變壓器的基本規(guī)律(電壓、電流、功率關(guān)系)；二是要遵循歐姆定律首先確定是哪些量在變，哪些量不變，然后根據(jù)相應(yīng)的規(guī)律判斷，具體問(wèn)題具體分析2需要注意的幾點(diǎn)(1)負(fù)載增多，不等于電阻變大并聯(lián)的負(fù)載增多對(duì)應(yīng)用電器增多，消耗功率增大，其總電阻減小(2)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電流和電壓如何變化的判斷：先要由判斷u2是否變化，再根據(jù)u2及負(fù)載電阻變大或變小的情況，由歐姆定律確定線圈中的電流i2的變化情況，最后再由p入p出判斷原線圈中電流的變化情況3動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析思路可表示為例3：理想變壓器的原線圈連接電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過(guò)觸頭q調(diào)節(jié)，在副線圈輸出端連接了定值電阻r0和滑動(dòng)變阻器r，在原線圈上加一電壓為u的交流電，如圖1所示下列情況可能出現(xiàn)的是()圖1a若q位置不變，將p向上滑動(dòng)，u變大b若q位置不變，將p向上滑動(dòng)，電流表的讀數(shù)變大c若p位置不變，將q向上滑動(dòng)，電流表的讀數(shù)變大d若p位置不變，將q向上滑動(dòng)，變壓器的輸入功率不變【解析】當(dāng)理想變壓器的輸入電壓u，以及原、副線圈的匝數(shù)比不變時(shí)，副線圈兩端的電壓也不變，a項(xiàng)錯(cuò)誤；由p出知r增大時(shí)，輸出功率減小，又由p入p出得原線圈中的電流表讀數(shù)要減小，b項(xiàng)錯(cuò)誤；q向上滑動(dòng)時(shí)，u增大，而負(fù)載電阻不變，則輸出功率要增大，即輸入功率也要增大，原線圈中的電流就要增大，c項(xiàng)正確，d項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】c處理這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是要分清變量與不變量，弄清理想變壓器中各量間的聯(lián)系和制約關(guān)系.在理想變壓器中，u2由u1和匝數(shù)比決定；i2由u2和負(fù)載電阻決定；i1由i2和匝數(shù)比決定.針對(duì)訓(xùn)練1如圖2所示，某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線圈兩端電壓為一最大值不變的正弦交流電，在其他條件不變的情況下，為了使變壓器輸入功率增大，可使()圖2a原線圈匝數(shù)n1增加b副線圈匝數(shù)n2減少c負(fù)載電阻r的阻值增大d負(fù)載電阻r的阻值減小【解析】由，p出可得p出，又因?yàn)閜入p出，所以p入，分析可得選項(xiàng)d正確【答案】d幾種特殊的變壓器1自耦變壓器圖3甲所示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(gè)線圈如果把整個(gè)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(gè)線圈作副線圈，就可以升高電壓圖3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(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，ab之間加上輸入電壓u1，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭p的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓u2.2互感器電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在待測(cè)高流電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯兂尚‰娏骼玫年P(guān)系式i1n1i2n2(1)電壓互感器是降壓變壓器，據(jù)，知n1n2.電流互感器是升壓變壓器，據(jù)，知n1n2.(2)區(qū)分電壓互感器與電流互感器的三個(gè)標(biāo)志測(cè)量?jī)x器不同，前者后者；原副線圈匝數(shù)關(guān)系不同；原線圈接線方式不同，前者接在火線和零線間，后者接在火線上(3)使用互感器時(shí)，一定要將互感器的外殼和副線圈接地例4：如圖4所示，l1和l2是高壓輸電線，甲、乙是兩只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，圖中電壓表示數(shù)為220 v，電流表示數(shù)為10 a，則高壓輸電線的送電功率為()圖4a2.2103 wb2.2102 wc2.2108 w d2.2104 w【解析】根據(jù)題圖甲可得，高壓輸電線的送電電壓uu甲220 kv；根據(jù)題圖乙可得，送電電流ii乙1 000 a；所以高壓輸電線的送電功率pui220 kv1 000 a2.2108 w，c正確【答案】c例5：調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖5甲所示線圈ab繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，c、d之間輸入交變電壓，轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)觸頭p就可以調(diào)節(jié)輸出電壓圖甲中兩電表均為理想交流電表，r1、r2為定值電阻，r3為滑動(dòng)變阻器現(xiàn)在c、d兩端輸入圖乙所示正弦式交流電，變壓器視為理想變壓器，那么()圖5a由乙圖可知c、d兩端輸入交流電壓u的表達(dá)式為u36sin 100t(v)b當(dāng)滑動(dòng)觸頭p逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，m、n之間輸出交流電壓的頻率變大c當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)也變大d當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)，電阻r2消耗的電功率變小【解析】由題圖乙可知u36sin 100t(v)，a錯(cuò)誤；m、n之間輸出交流電壓的頻率由輸入交流電壓的頻率決定，b錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)，r3減小，由“串反并同”可知電壓表讀數(shù)減小，電流表讀數(shù)增大，r2消耗的電功率p2減小，c錯(cuò)誤，d正確【答案】d區(qū)別電壓互感器和電流互感器的方法針對(duì)訓(xùn)練2普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測(cè)量電流，通常要通過(guò)電流互感器來(lái)連接，圖6中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時(shí)電流為iab，cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多，工作時(shí)電流為icd，為了使電流表能正常工作，則()圖6aab接mn、cd接pq，iabicdcab接pq、cd接mn，iabicd【解析】電流互感器ab一側(cè)線圈匝數(shù)比cd一側(cè)線圈匝數(shù)少，根據(jù)電流關(guān)系得i1n1i2n2，所以iabicd，電流表應(yīng)接在電流較小的一側(cè)，故選項(xiàng)b正確【答案】b有多個(gè)副線圈的變壓器副線圈有多個(gè)時(shí)，電壓比等于匝數(shù)比仍然成立，電流比不再與匝數(shù)比成反比，而要用原、副線圈功率相等去推導(dǎo)若原線圈中有用電器時(shí)，不要把電源電壓與原線圈電壓搞混，錯(cuò)誤利用電源電壓去尋找比例關(guān)系；而要把原線圈所在電路當(dāng)做一回路處理，原線圈相當(dāng)于一非純電阻用電器，其兩端電壓與副線圈電壓的比值等于匝數(shù)比例5：如圖7所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)為1 000，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n250和n3100，l1是“6 v2 w”的小燈泡，l2是“12 v4 w”的小燈泡當(dāng)原線圈接上交變電壓時(shí)，l1、l2都正常發(fā)光，那么，原線圈中的電流為()a. ab. ac. a d. a圖7【解析】對(duì)多個(gè)副線圈，其電壓關(guān)系有：，由于輸入功率和輸出功率相等，有n1i1n2i2n3i3.兩燈正常發(fā)光，對(duì)l1必有u26 v，i2 a，對(duì)l2有u312 v，i3 a原線圈上電壓u1u26 v120 v，副線圈上總的輸出功率p出pl1pl22 w4 w6 w，原線圈上輸入功率p入p出6 w原線圈中的電流i1 a a，故選項(xiàng)c正確【答案】c理想變壓器的電壓關(guān)系，對(duì)于一個(gè)或多個(gè)副線圈均適用，而電流關(guān)系，適用于只有一個(gè)副線圈的變壓器.處理含有多個(gè)副線圈的變壓器問(wèn)題時(shí)，首選p入p出，從輸出端的p出打開(kāi)突破口.針對(duì)訓(xùn)練3如圖8所示，接于理想變壓器中的四個(gè)規(guī)格相同的燈泡都正常發(fā)光，那么，理想變壓器的匝數(shù)比n1n2n3為()圖8a111b321c621 d221【解析】燈泡正常發(fā)光，可得uaubucud，所以u(píng)22u3.由變壓器的電壓比，所以n22n3.同理，燈泡正常發(fā)光，功率相等，即papbpcpd.由pi2r，得iaibicid，即i1i2i3.由u1i1u2i2u3i3得n1i1n2i2n3i3，即n1n2n32n3n33n3，所以n1n2n3321，故b正確【答案】b作業(yè)：1(多選)電流互感器和電壓互感器如圖9所示，其中n1、n2、n3、n4分別為四組線圈的匝數(shù)，a、b為兩只交流電表，則()圖9aa為電流互感器，且n1n2, a是電流表ba為電壓互感器，且n1n2, a是電壓表cb為電流互感器，且n3n4，b是電流表db為電壓互感器，且n3n4，b是電壓表【解析】由題圖可知a為電流互感器，b為電壓互感器，因此a是電流表，b是電壓表，在a中，有i1n1i2n2，要把大電流變?yōu)樾‰娏?，有n2n1；在b中，有，要把高電壓變成低電壓，則有n3n4，綜上可知，a、d正確【答案】ad2自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖10所示，其副線圈匝數(shù)可調(diào)已知變壓器線圈總匝數(shù)為1 900 匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 v的交流電源上當(dāng)變壓器輸出電壓調(diào)至最大時(shí)，負(fù)載r上的功率為2.0 kw.設(shè)此時(shí)原線圈中電流有效值為i1，負(fù)載兩端電壓的有效值為u2，且變壓器是理想變壓器，則u2和i1分別約為()a380 v和5.3 ab380 v和9.1 ac240 v和5.3 a d240 v和9.1 a圖10【解析】對(duì)理想變壓器，原、副線圈功率相同，故通過(guò)原線圈的電流i1 a9.1 a，負(fù)載兩端電壓即為副線圈電壓，由，即，可得u2380 v，故b正確【答案】b3如圖11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，輸電線的等效電阻為r.開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)s斷開(kāi)當(dāng)開(kāi)關(guān)s接通時(shí)，以下說(shuō)法中不正確的是()圖11a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【解析】由于輸入電壓不變，所以當(dāng)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，總電阻變小，由歐姆定律i2知，流過(guò)r的電流增大，電壓urir增大副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率i1u1i2u2得，i2增大，原線圈輸入電流i1也增大umn不變，ur變大，所以u(píng)l1變小，流過(guò)燈泡l1的電流減小，故b、c、d正確，a錯(cuò)誤【答案】a