2020版高中物理 第五章 交变电流 4 变压器课件 新人教版选修3-2

4变压器一、变压器的原理1.构造:由闭合铁芯环绕在铁芯上的两个线圈组成,与电源连接的线圈叫作_______,也叫_________;与负载相连的叫作_______,也叫_________。2.原理:_____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_____也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生___________。原线圈初级线圈副线圈次级线圈互感磁场感应电动势3.作用:改变交变电流的_____,不改变交变电流的_____和_____。二、电压与匝数的关系1.理想变压器:没有_________的变压器。电压周期频率能量损失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_____之比,即:=___。3.两类变压器:(1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫_____变压器。(2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫_____变压器。匝数降压升压12UU12nn【思考辨析】(1)变压器能改变交变电流的电压,也能改变恒定电流的电压。()(2)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流,也能改变交变电流的功率和频率。()(3)理想变压器的输入和输出功率相等。()(4)变压器输入电流的频率越低,输出电流的电压就越低。()(5)实际生活中存在原副线圈匝数相等的变压器。()(6)理想变压器是一种物理模型,并不实际存在。()提示:(1)×。变压器的原理是互感原理,只能工作在交流电路中,如果变压器接入恒定直流电路中,原线圈中电流不变,铁芯中磁通量不发生变化,没有互感现象出现,变压器起不到变压作用。(2)×。理想变压器只能改变交变电流的电压,不能改变电流的功率和频率;实际生活中变压器由于有能量损耗,输出功率略有下降,但频率不变。(3)√。理想变压器没有能量损耗,所以输入和输出功率相等。(4)×。变压器的输入、输出电压由变压器的匝数比决定,与交变电流的频率无关。(5)×。当变压器的原副线圈匝数相等时,输出和输入电压相等,起不到变压作用。(6)√。实际生活中变压器都有能量损耗,理想变压器是没有能量损耗的变压器,是理想模型,实际并不存在。一理想变压器的原理及基本规律考查角度1变压器的工作原理【典例1】关于“回字形铁芯”的理想变压器,下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.原线圈磁通量大于副线圈磁通量B.原线圈磁通量变化率大于副线圈磁通量变化率C.变压器的工作原理是互感现象D.变压器的输入功率大于输出功率【正确解答】选C。理想变压器中,原线圈磁通量等于副线圈磁通量,选项A错误;原线圈磁通量变化率等于副线圈磁通量变化率,选项B错误;变压器的工作原理是电磁感应现象中的互感现象,选项C正确;理想变压器没有铜损和铁损,则变压器的输入功率等于输出功率,选项D错误;故选C。【核心归纳】1.理想变压器的特点:(1)原副线圈没有电阻,无热量产生(无铜损)。(2)变压器线圈、铁芯不漏磁(无磁损)。(3)变压器铁芯中无涡流产生(无铁损)总之,理想变压器没有能量损耗,输出功率等于输入功率。2.互感现象是变压器的工作原理。【易错提醒】(1)变压器不能改变恒定电流的电压,只能改变交变电流的电压。(2)变压器只改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。考查角度2理想变压器的基本规律【典例2】如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=22∶1,原线圈接u1=220sin100πt(V)的交流电,电阻R=10Ω,电流表、电压表均为理想电表,则()世纪金榜导学号2A.电压表的读数为10VB.电流表的读数为22AC.输出电流的频率为100HzD.变压器的输出功率为10W2【正确解答】选D。原线圈电压有效值为U1=V=220V,则次级电压有效值为:U2=U1=10V,则电压表的读数为10V,选项A错误;电流表的读数I2==1A,选项B错误;输入、输出的频率不变,应为50Hz,选项C错误;变压器的输出功率为P=I2U2=10W,选项D正确;故选D。2202221nn2UR【核心归纳】1.电动势关系:由于互感现象,且没有漏磁,原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的,根据法拉第电磁感应定律有E1=n1,E2=n2,所以。tt1122EnEnt2.电压关系:由于不计原、副线圈的电阻,因此原线圈两端的电压U1=E1,副线圈两端的电压U2=E2,所以。当有n组线圈时,则有:……1122UnUn312123UUUnnn3.功率关系:对理想变压器,无能量损失,故P入=P出。4.电流关系:由功率关系,当只有一个副线圈时,I1U1=I2U2,得当有多个副线圈时,I1U1=I2U2+I3U3+…得I1n1=I2n2+I3n3+…122211IUnIUn。5.升、降压变压器:【易错提醒】(1)变压器只能改变交变电流的电压不能在直流电路中使用。(2)原、副线圈的电压、电流发生变化,而频率不变。(3)当副线圈有多个线圈时,电压关系仍适用,而电流关系式不再适用。1221InIn【过关训练】1.关于变压器,下列说法不正确的是()A.变压器可以将交流电压升高或降低B.升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数C.理想变压器的输入功率和输出功率相等D.不论是交流电还是直流电均能进行变压【解析】选D。变压器的工作原理是互感现象;根据匝数之比不同,将变压器分为升压变压器和降压变压器;理想变压器输出功率与输入功率相同。变压器分为升压变压器和降压变压器,可以将交流电压升高或降低;故A正确。变压器电压之比等于匝数之比,故升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数;故B正确。理想变压器没有功率损耗,输入功率和输出功率相等,故C正确。变压器采用的互感原理,只能改变交流电压的数值,不能改变直流电的电压;故D错误;故选D。2.(2019·武汉高二检测)理想变压器的原、副线圈匝数为n1和n2,电流为I1和I2,电压为U1和U2,功率为P1和P2,下面关系正确的是()A.B.C.D.1122UnUn1122InIn12nn12PP12II12UU【解析】选A。理想变压器中原副线圈的电压满足;理想变压器中不考虑铜损和铁损,输出功率等于输入功率,即P1=P2,则U1I1=U2I2,即n1I1=n2I2,故选A。1122UnUn3.如图所示,为了浴室用电安全,某同学用理想变压器给浴室降压供电,理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,原线圈输入交变电压u=311sin100πt(V),已知照明灯额定功率为44W,排气扇电动机内阻为1Ω,电流表示数为2A,各用电器均正常工作,电表均为理想电表。则()A.电压表示数为62VB.变压器的输入功率为186WC.排气扇输出功率为43WD.保险丝熔断电流不得低于2A【解析】选C。变压器输入交变电压u=311sin100πt(V),有效值U=220V,变压器原、副线圈匝数比为5∶1,所以副线圈电压U2=44V,故A错误。电流表示数为2A,所以输出功率P=44×2W=88W,所以变压器的输入功率为88W,故B错误。照明灯的电流I1=A=1A,则排气扇的电流为I2=2A-1A=1A,则排4444气扇输出功率为P出=I2U2-r=1×44W-12×1W=43W,选项C正确。变压器的初级电流为I=I次=A=0.4A,故保险丝熔断电流不得低于0.4A,选项D错误,故选C。22I1525【补偿训练】(多选)如图所示,理想变压器的原线圈匝数为n1=1000匝,副线圈匝数为n2=200匝,交变电源的电动势e=311sin314tV,电阻R=88Ω,电流表和电压表对电路的影响忽略不计。下列结论正确的是()A.电流表A1的示数为0.10AB.电压表V1的示数为311VC.电流表A1的示数为0.75AD.电压表V2的示数为44V【解析】选A、D。由题意可知U1==220V,根据得U2=44V,故B错误,D正确。I2==0.5A,故C错误。根据得I1=0.1A,故A正确。故选A、D。mE21122UnUn1000520012UR1221InIn15二理想变压器的制约关系和动态分析考查角度1各量间制约关系【典例1】关于理想变压器工作时,下列说法不正确的是()世纪金榜导学号A.原线圈的输入功率决定于副线圈的输出功率B.原线圈中的输入电流随副线圈中输出电流的增大而增大C.若原线圈两端接电压恒定的直流电源,则副线圈的输出电压一定为零D.当原线圈的匝数增加时,副线圈的输出电压将增大【正确解答】选D。原线圈的输入功率决定于副线圈的输出功率,选项A正确。原线圈中的输入电流随副线圈中输出电流的增大而增大,选项B正确。变压器只能改变交流电压,故若原线圈两端接电压恒定的直流电源,则副线圈的输出电压一定为零,选项C正确。根据,则当原线圈的匝数增加时,副线圈的输出电压将减小,选项D错误。此题选择错误的选项,故选D。1122UnUn【核心归纳】1.电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比()一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=2.电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比()一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=12nn211nUn。12nn221nIn。3.功率制约:(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…。(2)总功率P入=P线+P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。【易错提醒】理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”,即用户消耗多少,原线圈就提供多少,因而输出功率决定输入功率。考查角度2理想变压器电路的动态分析【典例2】如图所示,一理想变压器原线圈接入一交流电源,副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻。开关S是闭合的,V1和V2为理想电压表,读数分别为U1和U2;A1、A2和A3为理想电流表,读数分别为I1、I2和I3。U1数值不变,现断开S,下列推断中正确的是世纪金榜导学号()A.U2变小、I3变大B.U2不变、I3变小C.I1变小、I2变小D.I1变大、I2变大【解题指导】电路的动态变化的分析,总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况,再确定其他的电路的变化的情况,即先部分后整体再部分的方法。【正确解答】选C。理想变压器的电压与匝数成正比,由于理想变压器原线圈接的电压不变,则副线圈电压不变,所以V2的示数U2也不变,当S断开之后,并联电路的电阻变大,副线圈的电阻也就变大,由于副线圈电压不变,所以副线圈的总电流减小,即I2变小,由于电流与匝数成反比,当副线圈的电流减小时,原线圈的电流也就要减小,所以I1变小,由于副线圈的总电流减小,R1的电压减小,并联电路的电压U3就会增大,所以R3的电流I3就会增大,所以C正确;故选C。【核心归纳】1.理想变压器动态分析方法:(1)抓住三个决定原则:输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。2.对理想变压器电路的动态分析思路:(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。【过关训练】1.如图所示,理想变压器副线圈接有两个相同的灯泡L1和L2。R为定值电阻。S处于断开状态。若变压器原线圈两端的电压保持不变,则S闭合后,下列判断正确的是()A.副线圈两端的电压增大B.原线圈中的电流减小C.灯泡L1变亮D.变压器的输入功率增大【解析】选D。由于输入的电压的大小和变压器的匝数比不变,所以变压器的输出的电压始终不变,当S接通后,电路的总电阻减小,总电流变大,所以电阻R上消耗的电压变大,由于输出的电压不变,所以灯泡L1的电压减小,灯泡变暗,故A、C错误。当S接通后,电路的总电阻减小,总电流变大