2018_2019版高中物理第三章电磁感应第4讲变压器学案新人教版选修.doc

1、1第 4 讲 变压器目标定位 1.了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交变电压.2.由实验探究总结变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系.3.了解几种常见的变压器类型以及应用.4.体验科学探究过程，培养实验设计与分析论证能力.一、变压器的结构1.变压器由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成.2.线圈(1)变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈.(2)另一线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈.想一想 图 341 中的灯泡没有直接与电源连接，为什么能发光？电能从哪儿来的？图 341答案 变压器使电能转化为磁场能，又把磁场能转化为电能.二、变压器为什么能改变电压原线圈中

2、通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化.副线圈与原线圈是套在同一个铁芯上的，通过副线圈的磁场也在不断变化，于是就在副线圈内产生了感应电动势.在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高.想一想 变压器能不能改变直流电的电压？答案 不能.变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中.如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用.一、变压器的工作原理21.变压器工作的基本原理和发电机一样，也是电磁感应现象(如图 342 所示).图 3422.当原线圈上加

3、交变电压时，原线圈中就有交变电流，铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要引起感应电动势，如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生感应电流，它也要在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势，在原、副线圈中由于有交变电流而发生互感现象.3.穿过每匝线圈中的磁通量的变化率是一样的，因此每匝线圈中产生的感应电动势大小相等，匝数越多，总感应电动势越大.4.能量转换：变压器是把电能转化为磁场能，又把磁场能转化为电能的装置.例 1 下图中，属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是( )答案 C解析 变压器不改变直流的电压，A、D 错；升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少，B 错，C 对.针对训练

4、 1 对一正在工作中的变压器，下列说法正确的是( )A.副线圈中的电流是从原线圈中传过来的B.铁芯是用来导电的C.副线圈中电流变小，原线圈中的电流也一定减小D.副线圈相当于一个电源答案 CD解析 原、副线圈及铁芯间都是彼此绝缘的，铁芯是用来导磁的，故 A、B 错；由能量守恒3知 C 正确；副线圈把磁场能转化为电能，给用电器提供电压电流，相当于一个电源，D 正确.二、变压器的规律1.电压关系：设原线圈匝数 n1，输入电压 U1，副线圈匝数 n2，输出电压 U2，则 .U1U2 n1n2(1)n1n2，是降压变压器，用户附近的变电室内的变压器一般是降压变压器.(2)n1n2，是升压变压器，发电站出

5、来的电压一般要先经过升压变压器升压.2.频率关系变压器输出电压与输入电压的频率相等.3.功率关系对于理想变压器，由于不考虑能量损失，由能量守恒得P 入 P 出 ，即 P1 P2.4.电流关系由 P1 P2，即 I1U1 I2U2，又 ，U1U2 n1n2所以 (适用于只有一个原、副线圈的情况)I1I2 n2n1例 2 一台理想变压器，原、副线圈的匝数比 n1 n2201，原线圈接入 220 V 的交流电压，副线圈向一电阻为 110 的用电器供电，则副线圈中的电流为( )A.2 A B.0.1 A C.0.5 A D.0.005 A答案 B解析 由于 ，故 U2 U1 220 V11 V，故副线

6、圈电流 I2 0.1 A，BU1U2 n1n2 n2n1 120 U2R对.针对训练 2 如图 343 所示，一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1 n2401，在副线圈两端接有“6 V 40 W”的电灯泡.若灯泡正常发光，则下列说法中正确的是( )图 343A.在原、副线圈中，通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同4B.通过原、副线圈的交变电流的频率相同C.变压器输入电压的最大值为 240 VD.变压器的输入功率为 40 W答案 ABD解析 由变压器基本原理可知，理想变压器原、副线圈中通过每匝线圈的磁通量都相等，通过原、副线圈的交变电流的频率相同，所以选项 A、B 正确；因为灯泡正常发光，所以

7、变压器输出电压的有效值为 6 V，由电压关系可知，原线圈输入电压的有效值为 240 V，不是最大值，所以选项 C 错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，所以变压器的输入功率为 40 W，选项 D 正确.对变压器原理的理解1.下列说法中不正确的是( )A.变压器也可能改变恒定电压B.变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流C.变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成D.变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用答案 A解析 变压器可以改变交变电流的电压、电流，其工作原理是电磁感应现象.2.如图 344 所示，为变压器的示意图，它被用来升高

8、发电机的输出电压，下列说法中正确的是( )图 344A.图中 M 是闭合的铁芯B.发电机应与线圈相连，升高后的电压由 c、 d 两端输出C.电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈D.变压器是根据电磁感应原理工作的答案 AD解析 由题知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故为输入端即5接发电机，为输出端，B 错误；铁芯提供闭合的磁路，使电能先转化成磁场能，再在副线圈中转化成电能，所以 C 项错误，故 A、D 正确.变压器的规律及应用3.理想变压器原、副线圈匝数比为 101，以下说法中正确的是( )A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是 101B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率

9、相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为 101D.正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为 11答案 BD解析 对理想变压器，无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生感应电动势相等，电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗，故输入功率等于输出功率.B、D 正确.4.收音机中的变压器，原线圈有 1 210 匝，接在 220 V 的交流电源上.要得到 5 V、6.3 V和 350 V 三种输出电压，三个副线圈的匝数各是多少？答案 28 匝 35 匝 1 925 匝解析 根据变压比公式可得 n 副 n 原 ，U副U原5 V 绕组匝数 n1 n

10、 原 1 210 匝28 匝，U1U原 52206.3 V 绕组匝数 n2 n 原 1 210 匝35 匝，U2U原 6.3220350 V 绕组匝数 n3 n 原 1 210 匝1 925 匝.U3U原 350220(时间：60 分钟)题组一、对变压器原理的理解1.下列关于变压器的说法中正确的是( )A.变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置B.变压器的原、副线圈组成闭合回路C.变压器的铁芯中产生交变电流D.变压器的副线圈中产生直流电答案 A62.关于理想变压器，下面各说法中正确的是( )A.它的输出功率可以大于它的输入功率B.它不仅可以改变交流电压还可以改变直流电压C.原、副线圈两端的电

11、压与它们的匝数成正比D.原、副线圈的电流与它们的匝数成正比答案 C解析 理想变压器的输出功率等于输入功率，A 错；变压器不能改变直流的电压，B 错；原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比，通过原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，C正确，D 错误.3.对变压器工作原理，下列说法正确的是( )A.变压器只改变交流电压B.变压器可以改变交流电压，也可以改变直流电压C.变压器原、副线圈的磁通量变化率相同D.变压器副线圈匝数越多，副线圈上的电压越小答案 AC解析 根据变压器的工作原理，变压器只改变交流电压，选项 A 正确，B 错误；原、副线圈磁通量的变化率相同，选项 C 正确；由 E n ，可知 D 错

12、误. t4.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( )A.交流电的频率 B.磁通量的变化率C.功率 D.交流电的峰值答案 ABC解析 理想变压器原、副线圈的功率相等，频率相同，磁通量相同，磁通量变化率相同.5.把直流电源接到变压器的原线圈上，变压器却不能改变直流电压.其原因是( )A.没有磁通量通过原线圈B.没有磁通量通过副线圈C.通过原、副线圈的磁通量没有变化D.通过原、副线圈的磁通量不相等答案 C解析 直流电的磁场是不变的，所以通过原、副线圈的磁通量就不变，也就没有在副线圈7上产生感应电动势，故选项 C 正确.题组二、变压器的规律及应用6.将输入电压为 220 V、输出电压为 6 V

13、 的变压器改绕成输出电压为 24 V 的变压器.已知副线圈原来的匝数为 36 匝，现不改变原线圈的匝数，则副线圈应增绕的匝数为( )A.144 匝 B.108 匝 C.180 匝 D.540 匝答案 B解析 由 得 n1 n2 36 匝1 320 匝，又 得U1U2 n1n2 U1U2 2206 U1U2 n1n2n2 n1 1 320 匝144 匝， n n2 n214436108(匝).U2U1 242207.一台理想降压变压器从 10 kV 的线路中降压并提供 200 A 的负载电流.已知两个线圈的匝数比为 401，则变压器的输出电压及输出功率是( )A.250 V，50 kW B.10

14、 kV，200 kWC.250 V，200 kW D.10 kV，210 3 kW答案 A解析 由 得 U2 V250 V，由理想变压器功率关系得 P 入U1U2 n1n2 U1n2n1 10103140 P 出 U1I1 U2I2200250 W50 kW.故选项 A 正确.8.如图 345 所示，理想变压器原、副线圈的匝数比 n1 n214，在 A、 B 端输入交流电压 uAB15 sin (100 t) V，电流表的示数为 1 A，电路中电流表和电压表均为理想2电表，则( )图 345A.交流电的频率为 100 HzB.电压表的示数为 60 VC.灯泡 L 消耗的功率为 15 WD.灯泡

15、 L 的电阻为 15 答案 BC8解析 由交流电的瞬时表达式可知交流电的频率为 f 50 Hz，A 项错误；根据变压比2可知，副线圈输出电压为 U2 U1 15 V60 V，即电压表的示数为 60 V，B 项正确；n2n1 41由变流比可知副线圈中的电流 I2 I1 1 A A，因此灯泡消耗的功率为 P U2I2n1n2 14 1460 W15 W，C 项正确；灯泡的电阻为 R 240 ，D 项错误.14 U2I29.一台理想变压器，其原线圈 2 200 匝，副线圈 440 匝，并接一个 100 的负载电阻，如图 346 所示.图 346(1)当原线圈接在 44 V 直流电源上时，电压表示数为

16、_V，电流表示数为_A.(2)当原线圈接在 220 V 交流电源上时，电压表示数为_V，电流表示数为_A，此时输入功率为_W.答案 (1)0 0 (2)44 0.44 19.36解析 (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零.(2)由 得：U2U1 n2n1U2 U1 220 V44 V(电压表读数)，n2n1 4402 200I2 A0.44 A(电流表读数)，U2R 44100P 入 P 出 I2U20.4444 W19.36 W.10.为了安全，机床上照明电灯用的电压是 36 V，这个电压是把 220 V 的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是 1 100 匝，能量损失不计，副线圈应该是多少匝？答案 180解析 对于理想的变压器而言，由 得 ，故副线圈的匝数应为 n2180 匝.U1U2 n1n2 22036 1 100n2