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2019-2020 年高中物理 變壓器知識精講 粵教版選修 3-2 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 變壓器 1. 了解變壓器的工作原理，掌握理想變壓器的電壓比公式和電流比公式。 2. 理解遠距離輸送交流電要用高電壓. 能對簡單的輸電電路進行有關(guān)計算。 二. 知識歸納、總結(jié)： 1. 變壓器：由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。 2. 理想變壓器：變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，原、副線圈不計內(nèi)阻，即沒有能量損失的變壓器。 3. 變壓器構(gòu)造 閉合鐵心，原線圈（初級線圈，一次線圈） n1匝，副線圈（次級線圈，二次線圈） n2 匝 U1：輸入電壓 U2：輸出電壓 4. 工作原理 電磁感應(yīng)原理 電能→磁場能→電能 5. 理想變壓器的變壓規(guī)律 （1）電壓比： 升壓變壓器 n2＞ n1；降壓變壓器 n2＜ n1； （2）能量關(guān)系：對理想變壓器因不計能量損失，總有輸入能量等于輸出能量。 即： （2） 或 U1I1＝ U2I2 （3）電流關(guān)系： （4）頻率關(guān)系：變壓器不改變交變電流的頻率，故有 f1＝ f2 6. 幾種常用的變壓器 （1）自耦變壓器 （2）互感器。利用變壓器可以把高電壓變?yōu)榈碗妷?、大電流變?yōu)樾‰娏鬟M行測量，既 能保證測量人員的安全，同時解決了電表量程較小的矛盾。 7. 輸電線路的構(gòu)成：主要有發(fā)電機、升壓變壓器、輸電導(dǎo)線、降壓變壓器、用電器 8. 遠距離輸電如何減小電能損失： （1）減少導(dǎo)線上的電阻 （2）減少輸電線上的電流 【典型例題】 例 1. 如圖所示，理想變壓器原副線圈分別接有相同的白熾燈，原副線圈匝數(shù)比為 n1:n2＝2:1，電源電壓為 U，求 B 燈兩端電壓 UB＝？ U1 ～ A B U U2 解：由原線圈的電路可知 U＝ U1＋ UA 根據(jù)變壓器原副線圈電壓比 U1＝2 U2＝2 UB A、 B 兩燈相同，則 UA＝ I1R UB＝ I2R 原副線圈電流比 I1/ I2＝1/2 由以上各式得 UB＝ 例 2. 如圖所示，交流發(fā)電機電動勢的有效值 ε ＝20 V，內(nèi)阻不計，它通過一個 R＝6 Ω 的指示燈連接變壓器。變壓器輸出端并聯(lián) 24 只彩色小燈泡，每只燈泡都是“6 V，0.25 W”， 燈泡都正常發(fā)光，導(dǎo)線電阻不計。求： （1）降壓變壓器初級、次級線圈匝數(shù)比； （2）發(fā)電機的輸出功率。 解：彩色小燈額定電流 IL＝ P/U＝1/24 A 次級線圈總電流 I2＝24 IL＝1 A 變壓器輸入功率等于 I1U1＝ I2U2＝6 W 變壓器原線圈電路中，利用歐姆定律可得 ε ＝ U1＋ I1R＝＋6 I1 代入 ε 值解得 I1＝1/3 A（ I1`＝3 A 應(yīng)舍去，據(jù)題意是降壓變壓器，應(yīng) I1＜ I2）所以 n1/n2＝ I2/I1＝3/1 （2）發(fā)電機輸出功率 P＝ I1ε 6.67W 【模擬試題】 （答題時間：30 分鐘） 1. 在家用交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線圈都帶有滑動頭，如圖所示。當(dāng)變壓器輸入 電壓發(fā)生變化時，可上下調(diào)節(jié) P1、 P2的位置，使輸出電壓穩(wěn)定在 220V 上。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)輸出電 壓低于 220V，下列措施不正確的是（ ） 輸 入 輸 出 P1 P2 A. P1不動，將 P2向上移 B. P2不動，將 P1向下移 C. 將 P1向上移，同時 P2向下移 D. 將 P1向下移，同時 P2向上移 2 .如圖所示為理想變壓器，三個燈泡 L1、 L2、 L3都標(biāo)有“5 V，5 W”， L4標(biāo)有“5 V，10 W”， 若它們都能正常發(fā)光，則變壓器原、副線圈匝數(shù)比 n1∶ n2和 ab 間電壓應(yīng)為 （ ） A. 2∶1，25 V B. 2∶1，20 V C. 1∶2，25 V D. 1∶2，20 V n1 n2 L1 L L3 L4 a b ~ 3. 在電能的輸送過程中，若輸送的電功率一定、輸電線電阻一定時，對于在輸電線上損 失的電功率，有如下四種判斷 ①和輸送電線上電壓降的平方成反比 ②和輸送電壓的平方成正比 ③和輸送電線上電壓降的平方成正比 ④和輸送電壓的平方成反比 其中正確的是（ ） A. ①和② B. ③和④ C. ①和④ D. ②和③ 4. 如圖所示，理想變壓器原線圈輸入交變電流 i＝ Imsinωt ，副線圈接有一電流表和負 載電阻 R，電流表的示數(shù)為 0.10A .在 t＝ T/4 時（ T 為交變電流的周期） ，原線圈中的電流 瞬時值為 0.03A。由此可知該變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為（ ） A. 10∶3 B. 3∶10 C. 10∶3 D. 3∶10 A u n1 n2 R 5. 如圖，有一理想變壓器，原副線圈的匝數(shù)比為 n.原線圈接正弦交流電壓 U，輸出端接 有一個交流電流表和一個電動機.電動機線圈電阻為 R.當(dāng)輸入端接通電源后，電流表讀數(shù) 為 I，電動機帶動一重物勻速上升.下列判斷正確的是（ ） U A R ~ A. 電動機兩端電壓為 IR B. 電動機消耗的功率為 I2R C. 原線圈中的電流為 nI D. 變壓器的輸入功率為 UI/n 6. 理想變壓器連接電路如圖甲所示，當(dāng)輸入電壓波形如圖乙所示時，已知原、副線圈匝 數(shù)比為 10：1，電流表讀數(shù)為 2A，則 A. 電壓表讀數(shù)為 28.2V B. 電壓表讀數(shù)為 282V C. 輸入功率為 56.4W D. 輸入功率為 40W 7. 甲、乙兩電路中，當(dāng) a、 b 兩端與 e、 f 兩端分別加上 220V 的交流電壓時，測得 c、 d 間與 g、 h 間的電壓均為 110V。若分別在 c、 d 兩端與 g、 h 兩端加上 110V 的交流電壓，則 a、 b 間與 e、 f 間的電壓分別為（ ） A. 220V、220 V B. 220V、110 V C. 110V、110 V D. 220V、0 abcdefgh甲 乙 8. 發(fā)電站發(fā)電機端電壓 u＝5000 sin314tV，輸出功率 5000kW，遠距離輸電線的電阻為 80Ω ，輸電線上功率損耗要求不超過總功率的 4%，則 （1）所用升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比多大? （2）到達用戶區(qū)使用匝數(shù)比為 192：1 的降壓變壓器，對負載電阻為 10Ω 的用電器供 電，最多可接這樣的用電器幾個? 【試題答案】 1. C 2. A 3. B 4. C 5. D 6. D 7. B 8. 1：20，192 個