人教版物理选修3-2导学案5.4变压器全面版.doc

第五章 交变电流
第4节 变压器

【学习目标】
1.知道变压器的构造和原理及符号。
2、理解电压与匝数的关系，电流与匝数的关系式并会应用。
3、了解电压互感器和电流互感器。
【重点、难点】
变压原理，电压与匝数的关系，电流与匝数的关系式
预习案
【自主学习】
1．______现象是变压器工作的基础．原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变磁通量，不仅穿过________也穿过________，则副线圈中就要产生______．尽管原、副线圈没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈．
2．原、副线圈的电压之比等于两个线圈的__________，公式表示为_____．如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为____________；如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为__________．
3．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )
A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
4．对理想变压器，下列说法中正确的是( )
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，随副线圈的输出电流增大而增大
C．原线圈的电流，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
5．某变电站用原、副线圈匝数比为n1∶n2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是( )

图1
A．原、副线圈电压比为n2∶n1
B．原、副线圈电流比为n1∶n2
C．原、副线圈电压比为n1∶n2
D．变压器的输入功率与输出功率的比为n1∶n2

【学始于疑】

探究案
【合作探究一】
1、演示实验
器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干
实验步骤：
（1）按图示电路连接电路
（2）原线圈接低压交流电源2V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=n1，n1，2 n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
（3）原线圈接低压交流电源2V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=n2，n2，2 n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
U1＝2V
次数
1
3
4
原线圈匝数
n1
n2
n2
副线圈匝数
2n1
n2
2n2
输入电压

输出电压

结论

【合作探究二】理论探究
设原线圈匝数N1，副线圈匝数N2，穿过铁芯的磁通量Φ，则原副线圈感应电动势E1和E2分别为多少？与匝数间有什么样的关系？

归纳总结

【课堂小结/本节知识网络】

【思考】有多个副线圈的理想变压器电压、电流与线圈匝数关系式如何推导？

【当堂检测】
1．如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )

图2
A．电流表的示数为A
B．电源输出功率为1 200 W
C．电流表的示数为A
D．原线圈端电压为11 V
2．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图3所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )

图3
A．输出电压的最大值为36 V
B．原、副线圈中电流之比为55∶9
C．变压器输入、输出功率之比为55∶9
D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz
3．如图4所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是( )

图4
A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗
B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表
C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表
D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表
4．如图5所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100 V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.

图5

【课后巩固】
1．正常工作的理想变压器的原、副线圈中，数值上一定相等的是( )
A．电流的频率
B．端电压的峰值
C．电流的有效值
D．电功率

2．用一理想变压器向一负载R供电，如图1所示,当增大负载电阻R时,原线圈中的电流I1和副线圈中的电流I2之间的关系是( )
A．I2增大,I1也增大
B．I2增大,I1却减小
C．I2减小,I1也减小
D．I2减小,I1却增大

3．一个理想变压器,原线圈输入220 V电压时,副线圈输出电压为22 V,若副线圈增加100匝后输出电压增加到33 V,则变压器原线圈匝数为__________匝．
4．一个电压互感器的变压比为10∶1,副线圈接入交流电压表的示数为220 V,则所测高压电路中的电压为__________ V．
5．如图所示的理想变压器,它的初级线圈接在交流电源上,次级线圈接一个标有“12 V 100 W”的灯泡,已知变压器初、次级线圈的匝数比为18∶1,那么小灯泡正常工作时,图中的电压表的读数为__________ V,电流表的读数为__________ A．

6．如图示为一理想变压器和负载电阻R,下列哪些做法可增加变压器的输入功率( )
A．只减少副线圈匝数
B．只减少原线圈匝数
C．只增加副线圈匝数
D．只减小R的阻值
7．一台理想变压器的原、副线圈匝数比为4∶1,若原线圈加上u=1 414sin100πt V的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是( )
A.250 V
B.353.5 V
C.499.8 V
D.200 V

【答案】
自主学习：1．互感 原线圈 副线圈 感应电动势
2．匝数之比 ＝ 降压变压器 升压变压器
3．C [通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故D错误．]
4．AB [理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误．]
5．C [电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比．]

当堂检测:
1．C [因为灯泡正常发光
所以副线圈中的电流
I2＝＝ A＝ A
根据公式＝得I1＝I2＝× A＝ A，即电流表的示数应为 A，故A错，C对；
电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入＝P出可得电源的输出功率为60 W，故B选项错误；
根据公式＝，得U1＝U2＝×220 V＝4 400 V，故D选项错误．]
点评 变压器的基本规律
(1)电压关系：①只有一个副线圈时＝或＝
②当有多个副线圈时＝＝＝…
(2)功率关系：P入＝P出：①只有一个副线圈时，P1＝P2
②当有多个副线圈时P1＝P2＋P3＋…
(3)电流关系：①只有一个副线圈时，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2，得＝＝，即＝
②当有多个副线圈时，由P1＝P2＋P3＋…知
I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
2．D [由题图知原线圈电压最大值为220 V，周期T＝2×10－2 s，故电压有效值为220 V，频率为50 Hz；由＝，＝得输出电压的最大值为36 V原、副线圈电流之比为9∶55，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.]
点评 变压器的电压关系、电流关系是各物理量的有效值(或最大值)间的关系，例如公式＝中，若U1是有效值则U2就是有效值，若U1是最大值则U2就是最大值．
3．C [电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多．]
点评 甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路．它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量．
4．200 5
解析 由理想变压器公式 ＝得
UCD＝UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝＝ A＝5 A.
点评 自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全．变压器的规律都适用于自耦变压器．

课后巩固：
1、AD

2．C
3．2 000
4．2 200
5．216 0．46
6．BCD
7．A

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