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第二章电磁感应与电磁场第三节电磁感应现象的应用第二章电磁感应与电磁场1.知道变压器的构造、理解变压器的工作原理．2.理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题．3.了解汽车防抱死制动系统(ABS)等电磁感应现象在生活中的应用．一、变压器1．变压器是把的电压升高或者降低的装置．可分为变压器和变压器．2．变压器的构造：、__________和．交流电升压降压原线圈闭合铁芯副线圈3．理想变压器的工作原理利用来改变交流电压．如图2－3－1所示，原线圈n1接交变电流，由于电流的变化在闭合铁芯中产生变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律，从而在副线圈n2中产生感应电动势，输出不同于原线圈的电压．图2－3－1电磁感应4．理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器没有能量损失(铜损、铁损)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入＝P出电压关系原、副线圈的电压比等于________，公式：______________，与负载、副线圈的多少无关电流关系_______________频率关系f1＝f2(变压器不改变交流电的频率)U1/U2＝n1/n2匝数比I1/I2＝n2/n11．变压器为什么对恒定电流不能变压？提示：恒定电压加在变压器的原线圈上时，通过原线圈的电流大小、方向都不变，所以产生稳定的磁场，通过副线圈的磁通量不变，因此，在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以变压器不能改变恒定电流的电压．二、汽车防抱死制动系统(ABS)1．防抱死制动系统(ABS)的组成ABS系统由、和三部分组成．轮速传感器采集车轮转速信号；电子控制模块把这个信号转换为反映车轮转动情况的信号，并据此向电磁阀发出指令；电磁阀根据指令调节制动器产生合理的制动力．轮速传感器电子控制模块电磁阀2.ABS系统的工作原理轮速传感器是利用电磁感应现象测量车轮转速的．如图2－3－2所示，铁质齿轮P与车轮同步转动，它的右侧有一个绕着线圈的磁铁．一个轮齿在接近和离开磁铁时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中出现感应电流．随着各个轮齿的运动，磁通量的变化使线圈中产生相应的感应电流．这个电流由电流检测器D检测，送到电子控制模块中转换为车轮转速的大小和变化有关的信息，用以控制电磁阀，为制动器提供足够大却又不致把车轮抱死的制动力，有效避免了前轮丧失转向功能和后轮侧滑的现象．图2－3－22．ABS系统中电流检测器D是如何获得电流的？提示：当铁质齿轮P的一个轮齿接近磁铁时，轮齿就会被磁铁磁化，磁化的轮齿又会影响磁铁的磁场，使与检测器相连的线圈中的磁通量发生变化而产生感应电流，同理轮齿远离磁铁时也会产生感应电流．一、理解变压器各物理量变化的决定因素当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，确定其他有关物理量的变化时，可以依据下列原则判定(如图2－3－3)．图2－3－3(1)输入电压U1决定输出电压U2，这是因为输出电压U2＝n2n1U1，当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2也不会改变．(2)输出电流I2决定输入电流I1，在输入电压U1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定．当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大．在使用变压器时，不能使变压器次级电路短路．(3)输出功率P2决定输入功率P1，理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1.在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，则变压器输出功率P2＝I2U2减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1也将增大．即时应用(即时突破，小试牛刀)一个理想变压器，原线圈输入220V电压时，副线圈输出电压为22V，若副线圈增加100匝后，输出电压增加到33V，则变压器原线圈匝数为________．答案：2000匝二、对理想变压器任意线圈两端的电压与该线圈匝数总成正比的理解理想变压器各线圈两端的电压与匝数成正比，不仅适用于原、副线圈各有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每匝线圈产生的电动势相同，每组线圈产生的电动势都和匝数成正比；在线圈电阻不计的情况下，线圈两端的电压等于电动势，故每组线圈两端的电压都与匝数成正比．以上结论只适用于各线圈绕在“回”字形铁芯上的情景，若线圈在“日”字形铁芯上，则上述结论不成立，因穿过各匝的磁通量不一定相同．关于变压器原理的考查(双选)如图2－3－4所示，一个理想变压器原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2、I1和I2、P1和P2.已知n1＞n2，则()图2－3－4A．U1＞U2，P1＜P2B．P1＝P2，I1＜I2C．I1＜I2，U1＞U2D．P1＞P2，I1＞I2[解析]最简单的变压器是由一个横截面为矩形的闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的，如图2－3－4所示．铁芯是用表面涂有绝缘漆的优质薄硅钢片叠合而成，原线圈和副线圈都用优质的绝缘导线绕制而成，关于理想变压器的基本规律有二：一是关于原、副线圈的两端的电压比公式为U1U2＝n1n2①在中学物理阶段，这条规律是作为实验规律给出的；二是关于理想变压器的定义：理想变压器在工作时是没有损耗的，即输出的功率P2等于输入的功率P1.P1＝P2②由电功率的公式：P＝IU，就得到I1U1＝I2U2③式中I1、I2分别是原、副线圈中的电流．如果知道并理解这些基本知识，就不难答对此题．首先，题干已说明本题中的变压器为理想变压器，即式②成立．由此就可判断选项A和D一定是错误的．再由题给的条件n1＞n2，代入式①得到U1＞U2，再代入式③就得出I1＜I2.因此就可判断选项B和C是正确的．[答案]BC变压器的应用如图2－3－5所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝4∶1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等．在a、b端加一定交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA∶PB＝________．两电阻两端电压之比UA∶UB＝________．图2－3－5[思路点拨]本题要区分公式U1U2＝n1n2中的U1和U2分别是加在原、副线圈两端的电压，并非电阻上的电压．在本题中A电阻上的电压不是U1，所以计算时不用UAUB＝n1n2.[解析]对理想变压器，有I1I2＝n2n1＝14.又UA＝I1R，UB＝I2R所以UAUB＝I1RI2R＝I1I2＝14PA＝I21R，PB＝I22R所以PAPB＝I21I22＝(I1I2)2＝116.[答案]1∶161∶4一理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，如图2－3－6所示．图2－3－6(1)当原线圈接在44V直流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A.(2)当原线圈接在220V交变电源上时，电压表示数为______V，电流表示数为______A．此时输入功率为______W，变压器效率为________．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U2U1＝n2n1得U2＝U1n2n1＝220×4402200V＝44V(电压表读数)I2＝U2R＝44100A＝0.44A(电流表读数)P入＝P出＝I2U2＝0.44×44W＝19.36W.效率η＝100%.答案：(1)00(2)440.4419.36100%