输送与变压器3.2_3.3变压器为什么能改变电压电能的开发与利用学案沪科版选修3_2.doc

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1、13.2 变压器为什么能改变电压 3.3电能的开发与利用目标定位 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.4.了解我国电能开发与利用的现状及前景.一、变压器的原理及电压与匝数的关系把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁心上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图 1 所示).连接电路，接通电源，小灯泡能发光.图 1(1)电源和小灯泡并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端电压与学生电源两端的输出电压相等吗？如果不相等与

2、什么因素有关？(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论原因.答案 (1)当左边线圈加上交变电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁心中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.2(2)左、右线圈中每一匝线圈上磁通量的变化率 都相同，若左边匝数为 n1，则 E1 n1 t；若右边匝数为 n2，则 E2 n2 ，故有 ；若忽略左边线圈的电阻，则有 E1 E t t E1E2 n1n2电源 ，这样看来小灯泡两端电压与左侧交流电源电动势及两线圈匝数比 都有关系.n1n2(3)不亮.因为在副线圈中不会产

3、生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以小灯泡不亮.要点总结1.变压器的构造：闭合铁心、与交流电源相连接的线圈叫原线圈(匝数用 n1表示，又叫做初级线圈)、与负载相连的另一个线圈叫副线圈(匝数用 n2表示，又叫做次级线圈)，两个线圈都绕在闭合铁心上.2.变压器的工作原理是电磁感应.因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.(后两空选填“变化”或“恒定”)3.变压器中的电压关系(1)只有一个副线圈： .U1U2 n1n2(2)有多个副线圈： U1n1 U2n2 U3n34.变压器不能(填“能”或“不能”)改变交变电流的频率.5.原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载.(2)副

4、线圈在其所处回路中充当电源.特别提醒：变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流.例 1 (多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 ( )A.通过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心流到了副线圈答案 BC解析 B I，由于面积 S 不变，故 I，A 错误.因理想变压器无漏磁，故 B、C 正确.原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故 D 错.二、理想变压器中的功率及电流关系1.什么是理想变压器？理想变压器输入与输出功率有什么关系？答案 理想变压器的

5、理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线3圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即 P 入 P 出.2.若只有一个副线圈时，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？答案 由能量守恒定律知 P 入 P 出 ，即 U1I1 U2I2.所以 .I1I2 U2U1 n2n13.若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？答案 若有多个副线圈 P1 P2 P3，即 U1I1 U2I2 U3I3将 U1 U2 U3 n1 n2 n3代入得n1I1 n2I2 n3I3要点总结1.理想变压器的特点：(1)变压器铁心内无漏磁；无发热损失.(2)原、副线

6、圈不计内阻，即无能量损失.实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器.2.功率关系： P 入 P 出.3.电流关系：(1)若只有一个副线圈时 I1U1 I2U2，即 .I1I2 n2n1(2)若有多个副线圈时 I1U1 I2U2 I3U3得 I1n1 I2n2 I3n3.例 2 如图 2 所示，理想变压器原、副线圈匝数比 n1 n221， 和 均为理想电表，灯泡电阻 RL6 ， AB 两端电压 u112 sin 100 t(V).下列说法正确的是( )2图 2A.电流频率为 100 Hz B. 的读数为 24 VC. 的读数为 0.5 A D.变压器输入功率为 6 W答案 D解析 根

7、据 u112 sin 100 t(V)及 U 知 U112 V， f 50 Hz，选项 A 错误；根2Um2 2据 得 U2 U1 12 V6 V，即 的读数为 6 V，选项 B 错误；又 I2 A1 U1U2 n1n2 n2n1 12 U2RL 664A，即 的读数为 1 A，选项 C 错误；根据 P 入 P 出 及 P 出 W6 W，选项 D 正确.U22RL 626三、自耦变压器和互感器1.自耦变压器如图 3 所示，铁心上只绕有一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用.图 3规律： .U1U2 n1n2 I1I2 n2n12.电压互感器、电

8、流互感器(1)构造：小型变压器，如图 4 所示.(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地.(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压，电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流.图 4例 3 (多选)图 5 甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是( )图 5A.线圈匝数 n1n2， n3n4C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路5答案 CD解析 题图甲中的原线圈并联在电

9、路中，为电压互感器，是降压变压器， n1n2，题图甲中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3n4，题图乙中的电表为电流表，故选项 C、D 正确.例 4 如图 6 所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值 U0220 V， n02 200 匝，挡位 1、2、3、4 对应的线圈匝数分别为 220 匝、500 匝、1 100 匝、2 200 匝.电动机 M 的内阻 r4 ，额定电压为 U220 V，额定功率 P110 W.下列判断正确的是( )图 6A.当选择挡位 3 时，电动机两端电压为 110 V

10、B.当挡位由 3 变换到 2 时，电动机的功率增大C.当选择挡位 2 时，电动机的热功率为 1 WD.当选择挡位 4 时，电动机的输出功率为 110 W答案 A解析 由电压与匝数的关系 U0 U3 n0 n3，解得 U3110 V，A 正确；当挡位由 3 变换到 2时，输出电压减小，电动机的功率减小，B 错误；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为 I 0.5 A，热功率 Pr I2r1 W，输出功率为 P Pr(1101) W109 W，D 错误；PU当没有达到额定功率时，热功率小于 1 W，C 错误. 1.(变压器的工作原理)(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是(

11、)A.每匝线圈中磁通量的变化率B.交变电流的频率C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势答案 ABC2.(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图 7 所示，将额定电压为 60 V 的用电器通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关 S 后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表6(均为理想电表)的示数分别为 220 V 和 2.2 A.以下判断正确的是( )图 7A.变压器输入功率为 484 WB.通过原线圈的电流的有效值为 0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为 2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比 n1 n2113答案 BD解析 变压器的输入功率

12、 P1 P2 I2U22.260 W132 W，选项 A 错误；由 得 U1U2 n1n2 n1n2 ，选项 D 正确；由 得 I1 I2 2.2 A0.6 A，选项 B 正确；根U1U2 220 V60 V 113 I1I2 n2n1 n2n1 311据 I 得通过副线圈的电流的最大值 I2m I22.2 A，选项 C 错误.Im2 2 23.(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图 8 所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为41.原线圈接入一电压为 u U0sin t 的交流电源，副线圈接一个 R27.5 的负载电阻.若 U0220 V， 100 rad/s，则下述结论正确的是( )2图 8

13、A.副线圈中电压表的读数为 55 VB.副线圈中输出交变电流的周期为 s1100C.原线圈中电流表的读数为 0.5 AD.原线圈中的输入功率为 110 W2答案 AC解析 原线圈电压有效值为 U220 V，电压表读数为 U2 V55 V，周期 T 2204 2 150s，副线圈中电流 I2 2 A，原线圈中电流 I1 0.5 A， P I1U110 W，故 A、C 正U2R I24确.4.(互感器)(多选)如图 9 所示， L1、 L2是高压输电线，图中两电表示数分别是 220 V 和 10 A，已知甲图中原、副线圈匝数比为 1001，乙图中原、副线圈匝数比为 110，则( )7图 9A.甲图中的电表是电压表，输电电压为 22 000 VB.甲图是电流互感器，输电电流是 100 AC.乙图中的电表是电压表，输电电压为 22 000 VD.乙图是电流互感器，输电电流是 100 A答案 AD解析 根据匝数比 ，有 U1 U2 220 V22 000 V，故 A 正确；题图甲是电压U1U2 n1n2 n1n2 1001互感器，故 B 错误；题图乙是电流互感器，电表是电流表，故 C 错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比 ，有 I3 I4 10 A100 A，故 DI3I4 n4n3 n4n3 101正确.