2022年高中物理 5.5 变压器学案 新人教版选修3-2

《2022年高中物理 5.5 变压器学案 新人教版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高中物理 5.5 变压器学案 新人教版选修3-2（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2022年高中物理 5.5 变压器学案 新人教版选修3-2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.掌握理想变压器的功率关系.3.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题一、变压器的原理1变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号图1(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副线圈(匝数用n2表示)输入电压是U1，输出电压是U2，两个线圈都绕在闭合铁芯上(2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈(3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈2变压器的工作基础变压器的工作基础是互感现象想一想(1)把两

2、个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图2答案能当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁通量，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)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？答案不发光二、电压与匝数的关系1理想变压器：没有能量损失的变压器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降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器4升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高

3、的变压器一、变压器“变压”的原理1变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，若原线圈匝数为n1，则U1n1，副线圈匝数为n2，则U2n2，所以.2变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：.(2)有多个副线圈：.3原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载(2)副线圈在其所处回路中充当电源4变压器不改变交流电的频率例1理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是()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ABC二、理想变压器的功率关系和电流关系1理想变压

4、器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失(2)原副线圈不计内阻，即无能量损失2理想变压器的功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出3电流关系(1)只有一个副线圈时，有U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即.(2)当有多个副线圈时，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I3.4电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2.(2)功率制约：P出决定P入，这体现了能量守恒的特点(3)电流制约：输出电流I2决定输入电流I1.图3例2如图3所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为12，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，

5、额定功率为22 W，原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正常发光若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2 A解析U2220 V，根据U1U2n1n2得，U1110 VI20.1 A，根据I1I2n2n1得I10.2 A所以正确答案是A.答案A针对训练用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流随时间变化的图象如图4所示，则()图4A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈的匝数比是

6、12D负载电流的函数表达式i0.05sin (100t) A答案A解析变压器的输入功率等于输出功率，等于输出电压的有效值与输出电流的有效值的乘积，所以PUI110 V A3.9 W，A正确；输出电压的有效值是110 V，最大值是110 V，所以B错；变压器原、副线圈匝数之比是21，C错；负载电流的函数表达式是i0.05sin(100t) A，D错图5例3如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1n2n31051，其中n1接到220 V的交流电源上，n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路已知通过电阻R3的电流I32 A，电阻R2110 ，求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.解

7、析由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R2上的电压U2 U1220 V110 V通过电阻R2的电流I2 A1 A加在R3上的电压U3 U1220 V22 V根据输出功率等于输入功率得：U1I1U2I2U3I3代入数据解得通过原线圈的电流为：I10.7 A.答案1 A0.7 A三、几种常见的变压器1自耦变压器如图6所示，铁芯上只绕一个线圈，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6规律：，.2电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图7甲所示(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地(3)作用：将高电压变为低

8、电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压图73电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示(2)接法：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：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例4普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图8所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()图8Aab接MN、cd接PQ，IabIcdBab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcdDab接

9、PQ、cd接MN，IabIcd解析根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，IabIcd，故B正确答案B变压器原理分析1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答案C解析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错误理

10、想变压器基本规律的应用2理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是()AI1由I2决定BU2与负载有关CP1由P2决定 D以上说法都不正确答案AC3如图9所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 V,6 W”的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(可视为理想电表)的示数分别是()图9A120 V,0.10 A B240 V,0.025 AC120 V,0.05 A D240 V,0.05 A答案D解析两灯泡正常工作，副线圈电压U212 V，副线圈电流I22

11、 A1 A，根据匝数比得原线圈电流I1I20.05 A，原线圈电压U120U2240 V，选项D正确互感器的应用4如图10所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为()图10A2.2103 W B2.2102 WC2.2108 W D2.2104 W答案C解析由电流互感器知高压输电线中电流I1 000 A，由电压互感器知高压输电线的电压U220103 V，则高压输电线的送电功率PUI2.2108 W.(时间：60分钟)题组一变压器原理分析1对理想变压器作出的判断正确的

12、是()A高压线圈匝数多、电流大、导线粗B低压线圈匝数少、电流小、导线细C高压线圈匝数多、电流大、导线细D低压线圈匝数少、电流大、导线粗答案D解析电压高的匝数多，电流小，用细线电压低的，匝数少，电流大，用粗线2如图1所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1n241，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数是12 mA，则电流表A2的示数为()图1A3 mA B0C48 mA D与负载R的值有关答案B解析导体棒向左匀速切割磁感线时，在原线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过副线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过题组二变压器基本规律

13、的应用3如图2所示，一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈两端的电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()图2A1 100,360 B1 100,180C2 200,180 D2 200,360答案B解析由U1U2U3n1n2n3，可得n1n31 100匝，n2n1180匝，B选项正确4如图3所示是霓虹灯的供电电路图，变压器可视为理想变压器已知变压器原线圈与副线圈的匝数比，加在原线圈两端的电压为u1311s

14、in (100t) V霓虹灯正常工作的电阻R440 k，I1、I2表示原、副线圈中的电流下列判断正确的是()图3A副线圈两端电压为6 220 V，副线圈中的电流为14.1 mAB副线圈两端电压为4 400 V，副线圈中的电流为10 mACI1I2DI1I2答案BD解析原线圈两端电压的有效值U1 V220 V，由变压比知，U24 400 V，副线圈中的电流I2 A0.01 A10 mA，原、副线圈中的电流跟匝数成反比，故I1I2.5如图4所示，理想变压器的原线圈接入u11 000sin(100t)V的交变电压，副线圈通过电阻r6 的导线对“220 V,880 W”的用电器RL供电，该电器正常工作

15、，由此可知()图4A原、副线圈的匝数比为501B交变电压的频率为100 HzC副线圈中电流的有效值为4 AD变压器的输入功率为880 W答案C解析因为用电器正常工作，可知用电器RL上的电压是220 V，电流为4 A，C正确；副线圈电压244 V，所以原副线圈匝数比45，A错误；变压器不改变交变电流的频率，原线圈电压频率50 Hz，副线圈电压频率还是50 Hz，B错误；变压器输入功率等于输出功率，输出功率大于880 W，所以输入功率也大于880 W，D错误6如图5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(均为理想电

16、表)的示数分别为220 V和2.2 A以下判断正确的是()图5A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n1n2113答案BD解析变压器的输入功率P1P2I2U22.260 W132 W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I22.2 A0.6 A，选项B正确；根据I得通过副线圈的电流的最大值I2mI22.2 A，选项C错误7一台理想变压器从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，则变压器原线圈的电流、输出电压及输出功率是()A5 A,250 V,50 kWB5 A,1

17、0 kV,50 kWC200 A,250 V,50 kWD200 A,10 kV,2103 kW答案A解析设原线圈的输入电压、电流、输入功率分别为U1、I1、P1，副线圈输出电压、电流、输出功率分别为U2、I2、P2，原、副线圈匝数分别为n1、n2.由知I1I2200 A5 A.由知U2U110103 V250 V，输出功率P出U2I2250200 W50 kW.8如图6所示，在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1600，n2120，交流电源电压U1220 V，原线圈中串联一个0.2 A的保险丝，为保证保险丝不被烧断，则()图6A负载功率不能超过44 WB副线圈电流最大

18、值不能超过1 AC副线圈电流有效值不能超过1 AD副线圈电流有效值不能超过0.2 A答案AC解析由P入P出可知P入U1I144 W又由，得U244 V，故I2不能大于1 A，负载功率不能超过44 W.9一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的图象如图7所示，副线圈仅接入一个10 的电阻则()图7A流过电阻的电流是20 AB与电阻并联的电压表的示数是100 VC经过1 min电阻发出的热量是6103 JD变压器的输入功率是1103 W答案D解析设输入电压为U1，输出电压为U2，由知U2100 V，I2 A10 A，故选项A、B错误；1 min

19、内电阻产生的热量QIRt1021060 J6104 J，故选项C错误；P入P出1103 W，故选项D正确题组三几种变压器的使用10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8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的有效值为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分别为()图8A380 V和5.3 A B380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1

20、 A答案B解析由理想变压器原、副线圈中电压、电流及功率关系可得：，U1I1P2.所以，当变压器输出电压调至最大时，副线圈的匝数也最大为n21 900匝，负载R上的功率也最大，为2.0 kW，则U2U1220 V380 V，I1 A9.1 A，故选项B正确11为了监测变电站向外输电情况，要在变电站安装互感器，其接线如图9所示，两变压器匝数分别为n1、n2和n3、n4，a和b是交流电表，则()图9An1n2Bn3n4Ca为交流电流表，b为交流电压表Da为交流电压表，b为交流电流表答案AD解析由电路连接方式可知，左图是电压互感器，把高电压经过变压器降压后测量，所以n1n2，a为交流电压表，右图为电流

21、互感器，把大电流经过变压器变为小电流再测量，所以n3n4 ，b为交流电流表12如图10所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n11 100匝接入电压U1220 V的交流电路中图10(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U26 V，U3110 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？答案(1)30匝550匝(2) A解析(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系：由得n2n11 100匝30匝n3n11 100匝550匝(2)设原线圈输入电流为I1，由P入P出得U1I1U2I2U3I3P2P3所以I1 A A.