高中物理第十一章 第2讲 变压器.ppt

第,2,讲变压器,知识点,理想变压器,1.,构造和原理,(,如图所示,),(1),主要构造,:,由,_,、,_,和,_,组成。,(2),工作原理,:,电磁感应的,_,现象。,原线圈,副线圈,闭合铁芯,互感,2.,理想变压器的基本关系式,(1),功率关系,:,_,。,(2),电压关系,:,若,n,1,n,2,为,_,变压器,;,若,n,1,n,2,为,_,变压器。,(3),电流关系,:,只有一个副线圈时,_;,有多个副线圈时,U,1,I,1,=U,2,I,2,+U,3,I,3,+,+U,n,I,n,。,P,入,=P,出,降压,升压,3,几种常用的变压器,(1),自耦变压器,调压变压器。,电压互感器：把,_,变成,_,。,电流互感器：把,_,变成,_,。,高电压,低电压,大电流,小电流,(2),互感器,【,思考辨析,】,(1),变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。,(,),(2),变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率。,(,),(3),正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。,(,),(4),变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之增大。,(,),分析：,变压器是依靠电磁感应工作的,恒定不变的电流不能产生变化的磁场,不满足产生感应电动势的条件,(1),对,;,变压器变压的原理是互感原理,当原线圈变化一个周期时,副线圈也变化一个周期,故原、副线圈磁通量的变化率完全相同,原、副线圈交变电流的频率也完全相同,(2),错,;,副线圈两端电压由原、副线圈匝数比和原线圈两端电压共同决定,与副线圈上所接负载无关,(3),错,;,变压器副线圈并联更多的用电器时,副线圈电流增加,原、副线圈电流之比由匝数比决定,因此原线圈电流相应增加,(4),对。,考点,1,理想变压器的工作原理和基本量的关系,(,三年,12,考,),深化理解,【,考点解读,】,1.,工作原理,2.,理想变压器及其原、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,P,入,=P,出,电压,关系,原、副线圈的电压比等于匝数比,与负载情况、副线圈个数的多少无关,电流,关系,只有一个副线圈时,电流和匝数成反比,;,有多个副线圈时,由输入功率和输出功率相等确定电流关系,频率,关系,原、副线圈中电流的频率相等,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,),制约关系,电压,副线圈电压,U,2,由原线圈电压,U,1,和匝数比决定,功率,原线圈的输入功率,P,1,由副线圈的输出功率,P,2,决定,电流,原线圈电流,I,1,由副线圈电流,I,2,和匝数比决定,【,典例透析,1】,(2012,山东高考改编,),图甲是某燃气炉点火装,置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电,压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数,分别为,n,1,、,n,2,为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时,值大于,5000V,时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气,体。以下判断正确的是,(,),A.,电压表的示数等于,5 V,B.,电压表的示数等于,V,C.,实现点火的条件是,=1 000,D.,实现点火的条件是,5 000,，所以,1 000,，,C,、,D,均错。,【,总结提升,】,基本量关系解题的两点提醒,(1),理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点,电流关系的推导是以其为依据的。,(2),变压器的以上关系都是根据,“,口,”,字型铁芯的变压器推出的。如果变压器不是,“,口,”,字型铁芯,应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系。,【,变式训练,】,(2012,海南高考,),如图,理想变压器原、副线圈匝数比为,201,两个标有,“,12V,6 W,”,的小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,(,可视为理想的,),的示数分别是,(,),A.120V,0.10 A B.240V,0.025 A,C.120V,0.005 A D.240V,0.05 A,【,解析,】,选,D,。灯泡正常工作,副线圈电压,U,2,=12V,副线圈电流,I,2,=2,A=1A,根据匝数比得原线圈电流,I,1,=I,2,=0.05A,原线,圈电压,U,1,=20U,2,=240V,选项,D,正确,其他选项错误。,【,变式备选,】,如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为,15,原线圈两端的交变电压为,u=20 sin100t(V),。氖泡,在两端电压达到,100V,时开始发光,下列说法中正确的有,(,),A.,开关接通后,氖泡的发光频率为,50 Hz,B.,开关接通后,电压表的示数为,100 V,C.,开关断开后,电压表的示数变大,D.,开关断开后,变压器的输出功率不变,【,解析,】,选,B,。由于副线圈电压由原线圈决定,则不论负载如何变化,电压表的读数不变,始终为有效值,100 V,B,正确,C,错误,;,交流电每个周期内氖泡发光两次,每秒发光,100,次,则氖泡发光频率为,100 Hz,A,错误,;,开关断开后,负载电阻增大、电流减小,则变压器的输出功率减小,D,错误。,考点,2,理想变压器的动态分析,(,三年,7,考,),解题技巧,【,考点解读,】,常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种,:,匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。,1.,匝数比不变的情况,(,如图所示,),(1)U,1,不变,根据 输入电压,U,1,决定输出电压,U,2,可以得出,不论负载电阻,R,如何变化,U,2,不变。,(2),当负载电阻发生变化时,I,2,变化,根据输出电流,I,2,决定输入电流,I,1,可以判断,I,1,的变化。,(3)I,2,变化引起,P,2,变化,根据,P,1,=P,2,可以判断,P,1,的变化。,2.,负载电阻不变的情况,(,如图所示,),(1)U,1,不变,发生变化,U,2,变化。,(2)R,不变,U,2,变化,I,2,发生变化。,(3),根据 和,P,1,=P,2,可以判断,P,2,变化时,P,1,发生变化,U,1,不变,时,I,1,发生变化。,【,典例透析,2】,(2013,杭州模拟,),如图所示,理想变压器原、,副线圈的匝数比为,101,b,是原线圈中心的抽头,电压表和电流,表均为理想电表,从某时刻开始在原线圈,c,、,d,两端加上交变电,压,其瞬时值表达式为,u,1,=sin100t(V),则,(,),A.,当单刀双掷开关与,a,连接时,电压表,V,1,的示数为,22 V,B.,当,t=s,时,电压表,V,0,的读数为,110 V,C.,单刀双掷开关与,a,连接,当滑动变阻器滑片,P,向上移动的过程中,电压表,V,1,的示数增大,电流表示数变小,D.,当单刀双掷开关由,a,扳向,b,时,电压表,V,1,和电流表的示数均变小,【,解题探究,】,(1),请分析当开关接,a,时,滑片,P,上移,负载电阻如何变化,?,原、副线圈的电压如何变化,?,提示：,负载电阻变大。原、副线圈电压不变。,(2),请分析当开关由,a,扳向,b,时,原、副线圈电压的变化。,提示：,原线圈电压不变。副线圈电压变大。,【,解析,】,选,C,。原线圈输入电压的有效值为,220V,由电压比,及电表测得的有效值可知,当单刀双掷开关与,a,连接时,副,线圈输出电压,U,2,=22V,而,U,2,=U,R0,+,所以电压表,V,1,的示数小于,22V,A,错,;,由瞬时值表达式可知当,t=s,时,电压瞬时值为,110 V,而电压表示数为有效值,则电压表,V,0,的读数为,220V,B,错,;,单刀双掷开关与,a,连接,当滑动变阻器滑片,P,向上移动的过程,中,R,接入电路的阻值增大,而,U,2,不变,电流表示数减小,电压表,V,1,示数增大,C,对,;,当单刀双掷开关由,a,扳向,b,时,变压器原线圈匝,数减小,所以副线圈输出电压增大,电压表,V,1,和电流表的示数均,变大,D,错。,【,总结提升,】,变压器动态问题分析的思路流程,【,变式训练,】,(2012,福建高考,),如图,理想变压器原线圈输入电压,u=U,m,sint,副线圈电路中,R,0,为定值电阻,R,是滑动变阻器。,V,1,和,V,2,是理想交流电压表,示数分别用,U,1,和,U,2,表示,;A,1,和,A,2,是理想交流电流表,示数分别用,I,1,和,I,2,表示。下列说法正确的是,(,),A.I,1,和,I,2,表示电流的瞬时值,B.U,1,和,U,2,表示电压的最大值,C.,滑片,P,向下滑动过程中,U,2,不变、,I,1,变大,D.,滑片,P,向下滑动过程中,U,2,变小、,I,1,变小,【,解析,】,选,C,。交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值,A,、,B,错。由于输入端电压,U,1,和理想变压器匝数比不变,所以,U,2,不变。滑片,P,向下滑动过程中,电阻变小,电流,I,2,变大,输出功率变大,则输入功率变大,电流,I,1,变大,C,对、,D,错,故选,C,。,【,备选例题,】,【,典例透析,】,如图所示,接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比,n,1,n,2,n,3,为多少,?,考查内容,多线圈变压器问题,【,规范解答,】,灯泡正常发光,可得,U,A,=U,B,=U,C,=U,D,所以,U,2,=2U,3,。,由变压器的电压比公式,所以,n,2,=2n,3,。,同理,灯泡正常发光,功率相等,即,P,A,=P,B,=P,C,=P,D,。,由,P=I,2,R,得,I,A,=I,B,=I,C,=I,D,即,I,1,=I,2,=I,3,。,由,U,1,I,1,=U,2,I,2,+U,3,I,3,得,n,1,I,1,=n,2,I,2,+n,3,I,3,即,n,1,=n,2,+n,3,=2n,3,+n,3,=3n,3,所以,n,1,n,2,n,3,=321,。,答案：,321,自耦变压器问题,【,典例,】,(10,分,),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所,示,其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为,1900,匝,原,线圈为,1100,匝,接在有效值为,220V,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,2.0kW,。设此时原线圈中电流有效值为,I,1,负载两端电压的有效值为,U,2,且,变压器是理想的,则,U,2,和,I,1,分别约为多少,?,【,审题,抓住信息，快速推断,】,关键信息,信息挖掘,题,干,铁芯上只绕有一个线圈,原副线圈的磁通量时刻相同,变化率相同,和普通变压器的原理相同,基本量的关系相同,变压器输出电压调至最大时,副线圈为最大匝数,1 900,匝时,输出电压最大,R,上的功率为,2.0kW,原副线圈的功率相同,注意单位换算,变压器是理想的,利用理想变压器的基本关系和制约关系求解,【,答题,规范解题，步步得分,】,由理想变压器原、副线圈中电压得,:(2,分,),电流关系可得,:(2,分,),功率关系可得,:U,1,I,1,=P,2,(2,分,),所以当变压器输出电压调至最大时,副线圈的匝数也最大,n,2,=1900,匝,负载,R,上的功率也最大为,2.0kW,则,(2,分,),(2,分,),答案：,380V,9.1 A,【,双基题组,】,1.(2013,渝北模拟,),如图所示,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,220V,额定功率为,22 W;,原线圈电路中接有理想电压表和理想电流表。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,(,),A.U=110V,I=0.2A,B.U=110V,I=0.05 A,C.U=110 V,I=0.2A,D.U=110 V,I=0.2 A,【,解析,】,选,A,。由变压原理 可得,U,1,=110V,即电压表示,数为,110V,。由,P,入,=P,出,灯泡正常发光可得,P,入,=U,1,I,1,=P,出,=22W,I,1,=A=0.2 A,故,A,正确。,2.(2013,黄山模拟,),如图所示的交流电,路中,理想变压器输入电压为,U,1,输入功,率为,P,1,输出功率为,P,2,各交流电表均为理想电表。当滑动变阻器,R,的滑动头向下移动时,(,),A.,灯,L,变亮,B.,各个电表读数均变大,C.,因为,U,1,不变,所以,P,1,不变,D.P,1,变大,且始终有,P,1,=P,2,【,解析,】,选,D,。滑动头向下移动时,变阻器,R,的实际应用阻值变小,变压器负载总电阻变小,副线圈总电流增大,R,0,上电压降增大,因此电压表示数变小,灯,L,变暗,而电流表示数变大,故,A,、,B,均错误,;U,1,虽然不变,但输入端电流增大,故有,P,1,=U,1,I,1,增大,但理想变压器始终有,P,1,=P,2,所以,C,错误,D,正确。,【,高考题组,】,3.(2012,重庆高考,),如图所示,理想变压器的原线圈接入,u=11 000 sin100t(V),的交变电压,副线圈通过电阻,r=6,的导线对,“,220V,880 W,”,的电器,R,L,供电,该电器正常工作。由,此可知,(,),A.,原、副线圈的匝数比为,501,B.,交变电压的频率为,100 Hz,C.,副线圈中电流的有效值为,4 A,D.,变压器的输入功率为,880 W,【,解析,】,选,C,。因为用电器正常工作,可知电器,R,L,上的电压是,220V,电流,4 A,C,正确,;,副线圈电压,244 V,所以原副线圈匝数比,A,错误,;,变压器不改变交变电流的频率,原线圈电压,频率,50Hz,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。,4.(2011,福建高考,),图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比,n,1,n,2,=51,电阻,R=20,L,1,、,L,2,为规格相同的两只小灯泡,S,1,为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源,输入电压,u,随时间,t,的变化关系如图乙所示。现将,S,1,接,1,、,S,2,闭合,此时,L,2,正常发光。下列说法正确的是,(,),A.,输入电压,u,的表达式,u=sin(50t)V,B.,只断开,S,2,后,L,1,、,L,2,均正常发光,C.,只断开,S,2,后,原线圈的输入功率增大,D.,若,S,1,换接到,2,后,R,消耗的电功率为,0.8W,【,解析,】,选,D,。由图乙知周期为,0.02s,因此输入电压的表达式,u=sin(100t)V,A,错,;,只断开,S,2,L,1,、,L,2,两端的电压小于额,定电压,都不能正常发光,B,错,;,只断开,S,2,负载电阻变大,功率变,小,C,错,;S,1,换接到,2,后,据 和 得,R,消耗的功率为,0.8W,故选,D,。,