2019-2020年高中物理 第2章 第6節(jié) 變壓器學(xué)案 教科版選修3-2.doc
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2019-2020年高中物理 第2章 第6節(jié) 變壓器學(xué)案 教科版選修3-2 [目標(biāo)定位] 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.3.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、變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系 [問題設(shè)計] 把兩個沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈通過開關(guān)連到交流電源的兩端,另一個線圈連到小燈泡上(如圖1所示). 圖1 (1)小燈泡能發(fā)光嗎?為什么? (2)若小燈泡發(fā)光,那么小燈泡兩端電壓與什么因素有關(guān)? (3)若將原線圈接到恒定的直流電源上,小燈泡亮不亮?分析討論小燈泡亮或不亮的原因. 答案 (1)能發(fā)光.當(dāng)左邊線圈加上交變電壓時,左邊線圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知,在左、右線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,右線圈作為電源給小燈泡供電,小燈泡就會發(fā)光. (2)左、右線圈中每一圈上磁通量的變化率都相同.若左邊匝數(shù)為n1,則E1=n1;若右邊匝數(shù)為n2,則E2=n2,故有=.若忽略左邊線圈的電阻,則有E1=E電源,這樣看來小燈泡兩端電壓與左側(cè)交流電源電動勢及兩線圈匝數(shù)比都有關(guān)系. (3)不亮.原線圈接到恒定直流電源上,通過原線圈的電流的大小、方向均不變,它產(chǎn)生的磁場通過副線圈的磁通量不變,因此在副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,副線圈兩端沒有電壓,所以小燈泡不亮.這種現(xiàn)象說明,變壓器不能改變恒定電流的電壓. [要點(diǎn)提煉] 1.變壓器的構(gòu)造:閉合鐵芯、與交流電源相連接的線圈叫原線圈(匝數(shù)用n1表示,又叫做初級線圈)、與負(fù)載相連的另一個線圈叫副線圈 (匝數(shù)用n2表示,又叫做次級線圈),兩個線圈都繞在閉合鐵芯上. 2.變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象.因此變壓器只對變化的電流起作用,對恒定電流不起作用.(后兩空填“變化”或“恒定”) 3.變壓器中的電壓關(guān)系 (1)只有一個副線圈:=. (2)有多個副線圈:===…. 4.變壓器不能(填“能”或“不能”)改變交變電流的頻率. 5.原、副線圈的地位 (1)原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載. (2)副線圈在其所處回路中充當(dāng)電源. 二、理想變壓器中的功率關(guān)系及電流關(guān)系 [問題設(shè)計] 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? 答案 理想變壓器的理想化條件一般指的是:忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓,忽略原、副線圈磁通量的差別,忽略變壓器自身的能量損耗,所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,即P入=P出. 2.若只有一個副線圈,原、副線圈中的電流與匝數(shù)有什么關(guān)系? 答案 由能量守恒定律,有P入=P出,即U1I1=U2I2,所以==. 3.若有多個副線圈時,原、副線圈中的電流與匝數(shù)有什么關(guān)系? 答案 若有多個副線圈P1=P2+P3+…,即U1I1=U2I2+U3I3+… 將U1∶U2∶U3∶…=n1∶n2∶n3∶…代入,得 n1I1=n2I2+n3I3+… [要點(diǎn)提煉] 1.理想變壓器的特點(diǎn): (1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁,無發(fā)熱損失. (2)原、副線圈不計內(nèi)阻,即無能量損失. 實際變壓器(特別是大型變壓器)一般可以看成理想變壓器. 2.功率關(guān)系:P入=P出. 3.電流關(guān)系: (1)若只有一個副線圈時,有I1U1=I2U2,即=; (2)當(dāng)有多個副線圈時,有I1U1=I2U2+I(xiàn)3U3+…, 即I1n1=I2n2+I(xiàn)3n3+… 三、理想變壓器中各量的制約關(guān)系和動態(tài)分析 1.變壓器工作時的制約關(guān)系 (1)電壓制約:當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比()一定時,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,即U2=. (2)功率制約:P出決定P入,P出增大,P入增大;P出減小,P入減小,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()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=. 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,負(fù)載電阻變化,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,匝數(shù)比變化,進(jìn)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1. 四、各種各樣的變壓器 1.自耦變壓器 如圖2所示,鐵芯上只繞一個線圈,低壓線圈是高壓線圈的一部分,既可以作為升壓變壓器使用,也可以作為降壓變壓器使用. 圖2 規(guī)律:=,=. 2.電壓互感器、電流互感器 (1)構(gòu)造:如圖3甲、乙所示. (2)接法:電壓互感器原線圈并聯(lián)在高壓交流電路中,副線圈接電壓表;電流互感器原線圈串聯(lián)在被測交流電路中,副線圈接電流表.為了安全,外殼和副線圈應(yīng)接地. (3)作用:電壓互感器可將高電壓變?yōu)榈碗妷海ㄟ^測量低電壓,計算出高壓交流電路的電壓.電流互感器將大電流變成小電流,通過測量小電流,計算出被測交流電路中的大電流. 圖3 一、對變壓器的原理的理解 例1 關(guān)于理想變壓器的工作原理,以下說法正確的是 ( ) A.通過正弦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 解析 I變化,則磁場變化,由于面積S不變,故Φ變化,A錯誤.因理想變壓器無漏磁,故B、C正確.原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能,故D錯誤. 答案 BC 二、理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用 例2 理想變壓器連接電路如圖4甲所示,已知原、副線圈匝數(shù)比為10∶1,當(dāng)輸入電壓波形如圖乙時,電流表讀數(shù)為2 A,則( ) 圖4 A.電壓表讀數(shù)為282 V B.電壓表讀數(shù)為28.2 V C.輸入功率為56.4 W D.輸入功率為40 W 解析 由題圖乙可知,Um=282 V,則輸入電壓有效值U1=≈200 V.根據(jù)=知,U2=20 V,再根據(jù)=知,I1=0.2 A,輸入功率P=U1I1=40 W,故A、B、C錯,D正確. 答案 D 三、理想變壓器中的動態(tài)分析 例3 如圖5所示為一理想變壓器,K為單刀雙擲開關(guān),P為滑動變阻器的滑動觸頭,U1為加在原線圈兩端的交變電壓,I1為原線圈中的電流,則( ) 圖5 A.保持U1及P的位置不變,K由a扳向b時,I1將增大 B.保持U1及P的位置不變,K由b扳向a時,R消耗的功率減小 C.保持U1不變,K接在a處,使P上滑,I1將增大 D.保持P的位置不變,K接在a處,若U1增大,I1將增大 解析 保持U1及P的位置不變,K由a扳向b時,n1減小,增大,由U2=U1知U2變大,則輸出電流I2增大,輸出功率增大,輸入功率也增大,由P1=U1I1知,I1增大,A正確.同理,K若由b扳向a,R消耗功率將減小,B正確.U1不變,K接在a處,使P上滑時,I2減小,I1也減小,故C錯誤.保持P的位置不變,K接在a處,使若 U1增大,則U2也增大,即I2=增大,又=,故I1也應(yīng)增大,故D正確. 答案 ABD 四、各種各樣的變壓器 例4 圖6甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖,下列說法中正確的是( ) 圖6 A.線圈匝數(shù)n1- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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