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2021-2022版高中物理 第五章 交变电流 4 变压器学案 新人教版选修3-22021-2022版高中物理 第五章 交变电流 4 变压器学案 新人教版选修3-2年级：姓名：- 17 -变压器目 标 导 航思 维 脉 图1.了解变压器的构造及几种常见的变压器。(物理观念)2.理解互感现象和变压器的工作原理。(物理观念)3.掌握理想变压器的电压与匝数的关系及应用。(科学思维)4.掌握理想变压器的功率关系,并导出原、副线圈中的电流关系及应用。(科学思维)必备知识自主学习一、变压器的原理生活用电电压为220 V,而我们的手机电池都是5 V的,充电器是如何实现电压的变化的呢?提示:变压器1.变压器的构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示:(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈;(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。2.原理:互感现象是变压器的工作基础。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。3.作用:改变交变电流的电压,不改变交变电流的周期和频率。4.注意:(1)变压器不改变交变电流的周期和频率;(2)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用;(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起,两个线圈间是绝缘的。二、电压与匝数的关系如图所示的两个变压器称为自耦变压器。(1)两个变压器中哪一个是升压变压器?(2)在输入电压U1一定的情况下,要提高输出电压,甲、乙两图中的滑动触头应如何移动?提示:(1)乙是升压变压器。(2)甲图中滑动触头应向上移动;乙图中滑动触头应向下移动。1.理想变压器:没有能量损失的变压器叫作理想变压器,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圈的匝数之比,即=。3.理想变压器原、副线圈功率关系:P1=P2(选填“”“=”或“n2,当原、副线圈减少相同匝数时,由数学知识可知变大,则U2减小,故灯泡变暗;(2)根据=可知通过原、副线圈电流的比值变小。变压器线圈中的电流越大,所用的导线就越粗。我们在街上常见到的往用户送电的变压器就是降压变压器,对于它的原线圈和副线圈。探究:(1)哪个应该用较粗的导线?(2)根据是什么?【解析】(1)副线圈用较粗的导线。(2)因为降压变压器原线圈的电压比副线圈的电压大,由理想变压器输入功率等于输出功率可知,副线圈的电流比原线圈的电流大。课堂检测素养达标1.(多选)电流互感器和电压互感器如图所示,其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数,a、b为两只交流电表,则()A.A为电流互感器,且n1n2,a是电压表C.B为电流互感器,且n3n4,b是电压表【解析】选A、D。由题图可知A为电流互感器,B为电压互感器,因此a是电流表,b是电压表,在A中,有I1n1=I2n2,要把大电流变为小电流,有n2n1;在B中,有=,要把高电压变成低电压,则有n3n4,综上可知,A、D正确。2.在绕制变压器时,某人将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上。当通以交流电时,每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间的臂。已知线圈 1,2 的匝数之比 n1n2=21。在不接负载的情况下()A.当线圈1输入电压为220 V时,线圈2输出电压为110 VB.当线圈1输入电压为220 V时,线圈2输出电压为55 VC.当线圈2输入电压为110 V时,线圈1输出电压为220 VD.当线圈2输入电压为110 V时,线圈1输出电压为55 V【解析】选B。因为理想变压器原、副线圈电压之比等于线圈中产生的感应电动势之比,所以当从线圈1输入电压U1=220 V时,由=得U2=55 V。当从线圈2输入电压U2=110 V时,同理得U1=110 V。故B正确。3.(多选)如图所示,一理想变压器的原线圈匝数为n1=1 100匝,接电压有效值为U1=220 V的交变电压,副线圈接“20 V10 W”的灯泡,灯泡正常发光,可知()A.副线圈的匝数n2=200匝B.副线圈中的电流I2=0.5 AC.原线圈中的输入功率为10 WD.原线圈中的电流I1=0.1 A【解析】选B、C。由于理想变压器原、副线圈两端的电压比=,则副线圈匝数n2=100匝,A错误;理想变压器的原、副线圈的功率相等,所以原线圈的输入功率为10 W,C正确;由功率P=UI可得副线圈中的电流I2=0.5 A,原线圈中的电流I1=I20. 045 A,B正确,D错误。4.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝;原线圈为1 100匝,接在有效值为220 V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为()A.380 V和5.3 AB.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 AD.240 V和9.1 A【解析】选B。对于理想变压器,原、副线圈功率相同,故通过原线圈的电流I1= A9.1 A,负载两端电压即为副线圈电压,由=,即=,可得U2=380 V,故B对。【加固训练】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点顺时针转到N点的过程中()A.U2U1,U2降低B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低D.U2n2知U2U1;滑动触头从M点顺时针旋转至N点的过程,n2减小,则U2降低,选项C正确。5.如图所示,一台有两个副线圈的变压器,原线圈匝数n1=1 100,接入电压U1=220 V的电路中。(1)要求在两组副线圈上分别得到电压U2=6 V,U3=110 V,它们的匝数n2、n3分别为多少?(2)若在两副线圈上分别接上“6 V,20 W”“110 V,60 W”的两个用电器,原线圈的输入电流为多少?【解析】(1)变压器电压比等于匝数比=,有=所以n2=30,n3=550。(2)两组副线圈上电压分别为U2=6 V,U3=110 V,在两副线圈上分别接上“6 V,20 W”“110 V,60 W”的两个用电器时,这两个用电器都能正常工作,所以这两个用电器实际消耗的功率就为20 W和60 W。又因为理想变压器的输入功率等于输出功率,所以P1=P2+P3。即I1U1=20 W+60 W=80 W,因为U1=220 V,所以I1=0.36 A答案:(1)n2=30n3=550(2)0.36 A