2020版高中物理 第4章 远距离输电 2 变压器课件 鲁科版选修3-2

第2节变压器一、变压器的结构1.变压器:能_____电压或_____电压的设备。2.变压器的构造:主要由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成。铁芯由涂有绝缘漆的_______叠合而成,线圈一般用高强度的漆包线绕制。升高降低硅钢片3.变压器的符号:4.原线圈和副线圈:(1)原线圈(初级线圈):与_____相连的线圈,符号n1。(2)副线圈(次级线圈):与_____相连的线圈,符号n2。电源负载5.输入电压和输出电压:(1)输入电压:_______两端的电压,用符号U1表示。(2)输出电压:_______两端的电压,用符号U2表示。原线圈副线圈二、变压器的工作原理1.变压器的工作原理:交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场,交变磁场在副线圈中产生___________,当副线圈闭合时,副线圈中有电流产生,它在铁芯中产生交变磁通量,这个交变磁通量也穿过原线圈。这种在原、副线圈中由交变电流引发的_________现象,叫作互感现象。感应电动势相互感应2.理想变压器:(1)变压器线圈的_____忽略不计。(2)闭合铁芯的_________忽略不计。(3)闭合铁芯中产生的_____忽略不计。即没有_____损失的变压器叫理想变压器。电阻“漏”磁涡流能量三、变压器电压与匝数的关系1.电压与匝数关系:变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比,即。2.电流与匝数关系:变压器原、副线圈中的电流与匝数成反比,即(只有一个副线圈)。3.功率关系:理想变压器输入功率等于输出功率,即P1=__。12UU＝12II＝P221nn12nn四、自耦变压器1.自耦变压器:只有_____绕组的变压器。2.自耦变压器分类:(1)降压器:绕组当原线圈接_____,绕组的一部分当副线圈接_____。如图甲所示。一个电源负载(2)升压器:绕组当副线圈接_____,绕组的一部分当原线圈接_____。如图乙所示。负载电源【思考辨析】(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)理想变压器是一个理想化模型。()(3)学校中用的变压器工作时没有能量损失。()(4)自耦变压器,可以连续调节输出电压。()(5)自耦变压器的副线圈与220V电源脱离,使用安全。()(6)自耦变压器可以改变直流电的电压。()提示:(1)√。实验和理论分析都表明,原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。(2)√。理想变压器和我们以前学过的质点、点电荷一样也是一个理想化模型。(3)×。实际生活中使用的变压器工作时都有能量损失。(4)√。自耦变压器可以连续调节输出电压。(5)×。自耦变压器的低压端和高压端直接有电的联系,使用不够安全。(6)×。自耦变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。一理想变压器的原理及几个基本关系考查角度1变压器的原理【典例1】(2019·厦门高二检测)(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1,电池和交变电源的电动势都为6V,内阻均不计,下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.S与a接通稳定后,R两端的电压为0B.S与a接通的瞬间,R中无感应电流C.S与b接通稳定后,R两端的电压为3VD.S与b接通稳定后,原、副线圈中电流的频率之比为2∶1【解析】选A、C。在S与a接通稳定后,电路中的电流稳定,磁通量不会发生变化,所以副线圈中不会有感应电流产生,电阻R两端的电压为0,故A正确。在S与a接通的瞬间,由于电流由零突然变大,所以线圈中的磁通量会发生变化,副线圈中的R会有感应电流,故B错误;在S与b接通稳定后,由于b是交流电源,根据电压与匝数成正比可知,副线圈的电压为3V,故C正确;变压器不会改变交流电源的频率,所以原、副线圈中电流的频率是相同的,故D错误;故选A、C。【核心归纳】(1)变压器的工作原理:当原线圈两端加上交变电压时,就有交变的磁场通过原线圈,并在铁芯中产生交变电流,铁芯中就有变化的磁通量,这个变化的磁通量同样会穿过副线圈,并在副线圈两端产生感应电动势。(2)理想变压器:如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很小,可以忽略不计,这种变压器就叫作理想变压器。考查角度2理想变压器的几个基本关系【典例2】(2016·江苏高考)一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中世纪金榜导学号()A.U2U1,U2降低B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低D.U2U1,U2升高【解题探究】(1)根据变压器的变压规律_________可知,U2U1。(2)在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中,副线圈的匝数_____,所以U2_____。1122UnUn减少降低【解析】选C。由题图知自耦变压器原线圈的匝数大于副线圈的匝数,根据变压器的变压规律可知,U2U1;在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中,副线圈的匝数减少,所以U2降低,故选项A、B、D错误,选项C正确。1122UnUn【核心归纳】【过关训练】1.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时,电流表A1的示数是12mA,则副线圈中电流表A2的示数是()A.3mAB.48mAC.零D.与R阻值有关【解析】选C。当导线在平行导轨上匀速运动时,产生的电流是恒定的电流,不会使副线圈的磁通量变化,因而副线圈中无感应电流,故C正确,A、B、D错误。2.(2015·全国卷Ⅰ)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上,如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则()A.U=66V,k=B.U=22V,k=C.U=66V,k=D.U=22V,k=19191313【解析】选A。由于变压器的匝数比为3∶1,可得原、副线圈的电流比为1∶3,根据P=I2R可知原、副线圈中电阻R的功率之比k=,由,其中U2=U,则U1=3U,结合原、副线圈的电流比为1∶3,可得原线圈中电阻R上的电压为,所以有3U+=220V,得U=66V,故选项A正确。191122UnUnU3U3【补偿训练】1.关于变压器,下列说法正确的是()A.变压器的工作原理是电磁感应B.一切变压器的工作基础都是互感现象C.各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作D.变压器可以改变电流的频率【解析】选A。变压器之所以能变压,是因为原线圈接交流电源时,有交变电流流过原线圈,引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,所以选项A正确;有一种变压器叫自耦变压器,它只有一个线圈绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变压器的工作基础是自感,也就是说,当变压器是利用两个线圈变压时,其工作基础是互感,当变压器是利用一个线圈变压时,其工作基础是自感,所以选项B错误;变压器要想持续正常工作,原线圈必须接交变电流,选项C错误;变压器不能改变电流的频率,选项D错误。2.如图,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时,原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是()A.120V,0.10AB.240V,0.025AC.120V,0.05AD.240V,0.05A【解析】选D。灯泡正常工作,副线圈电压U2=12V,副线圈电流I2=2×A=1A,根据匝数比得原线圈电流I1=I2=0.05A,原线圈电压U1=20U2=240V,选项D正确,其他选项错误。6121203.如图,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻RL=6Ω,AB端电压u1=12sin100πt(V)。下列说法正确的是()2A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W【解析】选D。由AB端电压u1=12sin100πt(V)知ω=100πrad/s,又ω=2πf,得频率f=50Hz,A错误;由理想变压器规律,U2=6V,B错误;又I2==1A,C错误;P2=U2I2=6W,P1=P2,D正确。21122UnUn2LUR二变压器工作时的制约关系及动态分析考查角度1变压器工作时的制约关系【典例1】对于理想变压器,下列说法中不正确的是()世纪金榜导学号A.原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大B.原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化D.当副线圈的电流为零时,原线圈的电压也为零【解析】选D。副线圈消耗功率大小决定原线圈的输入功率大小,A对;副线圈的电流决定原线圈的电流,B对;当副线圈的电流为零时原线圈的电流为零,但电压不是零,D错;原线圈的电压决定副线圈的电压,与副线圈中电流的变化无关,C对。【核心归纳】变压器工作时的四个制约关系(1)电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=,可简述为“原制约副”。12nn211nUn(2)电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=。而变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2=,可简述为“副制约原”。12nn221nIn22PU(3)功率制约:P2决定P1,变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…,P2增大,P1增大;P2减小,P1减小;P2为0,P1为0。(4)频率关系:原副线圈中电流的频率相同。考查角度2变压器工作时的动态分析【典例2】图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交流电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.输入电压u的表达式u=20sin(50πt)VB.只断开S2后,L1、L2均正常发光C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8W【解题探究】(1)根据图象乙读出T=_____s,ω=____=______rad/s。(2)只断开S2,两灯_____,两灯两端的电压_____S1接1、S2闭合时L2两端的电压。(3)原线圈的输入功率由_______________决定。2T0.02100π串联等于副线圈输出功率【解析】选D。由图象知T=0.02s,ω==100πrad/s,u=20sin(100πt)V,A错误;由于副线圈两端电压不变,故只断开S2,两灯串联,电压为额定值一半,不能正常发光,B错误;只断开S2,副线圈电路电阻变为原来的2倍,由P=知副线圈消耗功率减小,则原线圈输入功率也减小,C错误;输入电压有效值U1=20V,U2=由PR=得PR=0.8W,D正确。2T22UR22UR211nUn【核心归纳】1.理想变压器动态问题的处理方法:(1)抓住三个决定原则:输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况:(1)匝数比不变的情况,如图所示。①U1不变,根据,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2也不变。②当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。③I2变化引起P2变化,由P1=P2,故P1发生变化。1122UnUn＝(2)负载电阻不变的情况,如图所