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2019版高中物理第三章电磁感应第4讲变压器学案新

  2019版高中物理第三章电磁感应第4讲变压器学案新人教版选修1-1_理化生_高中教育_教育专区。第 4 讲 变压器 [目标定位] 1.了解变压器的构造,知道变压器为什么能够改变交变电压.2.由实验探究总 结变压器原、 副线圈的电压与两个线.了解几种常见的变压器类型以及应用. 4.

  第 4 讲 变压器 [目标定位] 1.了解变压器的构造,知道变压器为什么能够改变交变电压.2.由实验探究总 结变压器原、 副线圈的电压与两个线.了解几种常见的变压器类型以及应用. 4.体验科学探究过程,培养实验设计与分析论证能力. 一、变压器的结构 1.变压器由铁芯和绕在铁芯上的线.线)变压器的一个线圈跟前一级电路连接,叫做原线圈,也叫初级线)另一线圈跟下一级电路连接,叫做副线 中的灯泡没有直接与电源连接,为什么能发光?电能从哪儿来的? 图 3-4-1 答案 变压器使电能转化为磁场能,又把磁场能转化为电能. 二、变压器为什么能改变电压 原线圈中通过电流时,铁芯中产生磁场,由于交变电流的大小和方向都在不断变化,铁 芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化.副线圈与原线圈是套在同一个铁芯上的,通过副线 圈的磁场也在不断变化,于是就在副线圈内产生了感应电动势. 在同一个铁芯上,哪个线圈的匝数多,哪个线圈的电压就高. 想一想 变压器能不能改变直流电的电压? 答案 不能.变压器是依据电磁感应工作的, 因此只能工作在交流电路中.如果变压器接入直 流电路,原线圈中的电流不变,在铁芯中不引起磁通量的变化,没有互感现象出现,变压器 起不到变压作用. 一、变压器的工作原理 1 1.变压器工作的基本原理和发电机一样,也是电磁感应现象(如图 3-4-2 所示). 图 3-4-2 2.当原线圈上加交变电压时,原线圈中就有交变电流,铁芯中产生交变的磁通量,在原、副 线圈中都要引起感应电动势,如果副线圈是闭合的,则副线圈中将产生感应电流,它也要在 铁芯中产生交变的磁通量,真空机变压器在原、副线圈中同样要引起感应电动势,在原、副线圈中由于有 交变电流而发生互感现象. 3.穿过每匝线圈中的磁通量的变化率是一样的,因此每匝线圈中产生的感应电动势大小相 等,匝数越多,总感应电动势越大. 4.能量转换:变压器是把电能转化为磁场能,又把磁场能转化为电能的装置. 例1 下图中,属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是( ) 答案 C 解析 变压器不改变直流的电压,A、D 错;升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少,B 错, C 对. 针对训练 1 对一正在工作中的变压器,下列说法正确的是( A.副线圈中的电流是从原线圈中传过来的 B.铁芯是用来导电的 C.副线圈中电流变小,原线圈中的电流也一定减小 D.副线圈相当于一个电源 答案 CD 解析 原、副线圈及铁芯间都是彼此绝缘的,铁芯是用来导磁的,故 A、B 错;由能量守恒 2 ) 知 C 正确;副线圈把磁场能转化为电能,给用电器提供电压电流,相当于一个电源,D 正确. 二、变压器的规律 1.电压关系:设原线n2,是降压变压器,用户附近的变电室内的变压器一般是降压变压器. (2)n1n2,是升压变压器,发电站出来的电压一般要先经过升压变压器升压. 2.频率关系 变压器输出电压与输入电压的频率相等. 3.功率关系 对于理想变压器,由于不考虑能量损失,由能量守恒得 U1 n1 U2 n2 P 入=P 出,即 P1=P2. 4.电流关系 由 P1=P2,即 I1U1=I2U2,又 = , 所以 = (适用于只有一个原、副线 一台理想变压器,原、副线,原线 V 的交流电 ) U1 n1 U2 n2 I1 n2 I2 n1 压,副线 Ω 的用电器供电,则副线 A U1 n1 n2 1 U2 解析 由于 = ,故 U2= ·U1= ×220 V=11 V,故副线 R 针对训练 2 如图 3-4-3 所示,一台理想变压器的原、副线, 在副线 W”的电灯泡.若灯泡正常发光,则下列说法中正确的是( ) 图 3-4-3 A.在原、副线圈中,通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同 B.通过原、副线圈的交变电流的频率相同 C.变压器输入电压的最大值为 240 V D.变压器的输入功率为 40 W 3 答案 ABD 解析 由变压器基本原理可知,理想变压器原、副线圈中通过每匝线圈的磁通量都相等,通 过原、副线圈的交变电流的频率相同,所以选项 A、B 正确;因为灯泡正常发光,所以变压 器输出电压的有效值为 6 V,由电压关系可知,原线圈输入电压的有效值为 240 V,不是最 大值,所以选项 C 错误;理想变压器的输入功率与输出功率相等,所以变压器的输入功率为 40 W,选项 D 正确. 对变压器原理的理解 1.下列说法中不正确的是( A.变压器也可能改变恒定电压 B.变压器的原理是一种电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流 C.变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成 D.变压器原线圈相对电源而言起负载作用,而副线圈相对负载而言起电源作用 答案 A 解析 变压器可以改变交变电流的电压、电流,其工作原理是电磁感应现象. 2.如图 3-4-4 所示,为变压器的示意图,它被用来升高发电机的输出电压,下列说法中正 确的是( ) ) 图 3-4-4 A.图中 M 是闭合的铁芯 B.发电机应与线圈Ⅰ相连,升高后的电压由 c、d 两端输出 C.电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈 D.变压器是根据电磁感应原理工作的 答案 AD 解析 由题知该变压器为升压变压器, 所以原线圈匝数小于副线圈匝数, 故Ⅱ为输入端即接 发电机,Ⅰ为输出端,B 错误;铁芯提供闭合的磁路,使电能先转化成磁场能,再在副线圈 中转化成电能,所以 C 项错误,故 A、D 正确. 变压器的规律及应用 4 3.理想变压器原、副线,以下说法中正确的是( A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是 10∶1 B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为 10∶1 D.正常工作时,原、副线圈的输入、输出功率之比为 1∶1 答案 BD ) 解析 对理想变压器,无磁通量损漏,因而穿过两个线圈的交变磁通量相同,磁通量变化率 相同, 因而每匝线圈产生感应电动势相等, 电压与匝数成正比; 理想变压器可以忽略热损耗, 故输入功率等于输出功率.B、D 正确. 4.收音机中的变压器,原线 V 的交流电源上.要得到 5 V、6.3 V 和 350 V 三种输出电压,三个副线圈的匝数各是多少? 答案 28 匝 35 匝 1 925 匝 解析 根据变压比公式可得 n 副= 5 V 绕组匝数 n1= U副 ·n 原, U原 U1 5 ·n 原= ×1 210 匝≈28 匝, U原 220 U2 6.3 ·n 原= ×1 210 匝≈35 匝, U原 220 U3 350 ·n 原= ×1 210 匝=1 925 匝. U原 220 6.3 V 绕组匝数 n2= 350 V 绕组匝数 n3= (时间:60 分钟) 题组一、对变压器原理的理解 1.下列关于变压器的说法中正确的是( ) A.变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置 B.变压器的原、副线圈组成闭合回路 C.变压器的铁芯中产生交变电流 D.变压器的副线圈中产生直流电 答案 A 2.关于理想变压器,下面各说法中正确的是( A.它的输出功率可以大于它的输入功率 B.它不仅可以改变交流电压还可以改变直流电压 5 ) C.原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比 D.原、副线圈的电流与它们的匝数成正比 答案 C 解析 理想变压器的输出功率等于输入功率,A 错;变压器不能改变直流的电压,B 错;原、 副线圈两端的电压与它们的匝数成正比,通过原、副线圈的电流与它们的匝数成反比,C 正 确,D 错误. 3.对变压器工作原理,下列说法正确的是( A.变压器只改变交流电压 B.变压器可以改变交流电压,也可以改变直流电压 C.变压器原、副线圈的磁通量变化率相同 D.变压器副线圈匝数越多,副线圈上的电压越小 答案 AC 解析 根据变压器的工作原理,变压器只改变交流电压,选项 A 正确,B 错误;原、副线圈 ΔΦ 磁通量的变化率相同,选项 C 正确;由 E=n ,可知 D 错误. Δt 4.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( A.交流电的频率 C.功率 答案 ABC 解析 理想变压器原、副线圈的功率相等,频率相同,磁通量相同,磁通量变化率相同. 5.把直流电源接到变压器的原线圈上,变压器却不能改变直流电压.其原因是( A.没有磁通量通过原线圈 B.没有磁通量通过副线圈 C.通过原、副线圈的磁通量没有变化 D.通过原、副线圈的磁通量不相等 答案 C 解析 直流电的磁场是不变的,所以通过原、真空机变压器副线圈的磁通量就不变,也就没有在副线圈上 产生感应电动势,故选项 C 正确. 题组二、变压器的规律及应用 6.将输入电压为 220 V、输出电压为 6 V 的变压器改绕成输出电压为 24 V 的变压器.已知副 ) ) ) B.磁通量的变化率 D.交流电的峰值 6 线 匝,现不改变原线圈的匝数,则副线圈应增绕的匝数为( A.144 匝 C.180 匝 答案 B B.108 匝 D.540 匝 ) U1 n1 U1 220 U1 n1 U2′ 24 解析 由 = 得 n1= n2= ×36 匝=1 320 匝, 又 = 得 n2′= n1= ×1 320 U2 n2 U2 6 U2′ n2′ U1 220 匝=144 匝,Δ n=n2′-n2=144-36=108(匝). 7.一台理想降压变压器从 10 kV 的线 A 的负载电流.已知两个线,则变压器的输出电压及输出功率是( A.250 V,50 kW C.250 V,200 kW 答案 A ) B.10 kV,200 kW D.10 kV,2×10 kW 3 U1 n1 U1n2 10×103×1 解析 由 = 得 U2= = V=250 V,由理想变压器功率关系得 P 入=P 出=U1I1 U2 n2 n1 40 =U2I2=200×250 W=50 kW.故选项 A 正确. 8.如图 3-4-5 所示,理想变压器原、副线,在 A、B 端输入交流 电压 uAB=15 2 sin (100 π t) V,电流表的示数为 1 A,电路中电流表和电压表均为理想 电表,则( ) 图 3-4-5 A.交流电的频率为 100 Hz B.电压表的示数为 60 V C.灯泡 L 消耗的功率为 15 W D.灯泡 L 的电阻为 15 Ω 答案 BC ω 解析 由交流电的瞬时表达式可知交流电的频率为 f= =50 Hz,A 项错误;根据变压比 2π n2 4 可知,副线 V,即电压表的示数为 60 V,B 项正确;由 n1 1 n1 1 1 变流比可知副线 A= A,因此灯泡消耗的功率为 P=U2I2= n2 4 4 7 1 U2 60× W=15 W,C 项正确;灯泡的电阻为 R= =240 Ω ,D 项错误. 4 I2 9.一台理想变压器,其原线 匝,副线 Ω 的负载电阻,如 图 3-4-6 所示. 图 3-4-6 (1)当原线 V 直流电源上时,电压表示数为________V,电流表示数为________A. (2)当原线 V 交流电源上时,电压表示数为________V,电流表示数为________A, 此时输入功率为________W. 答案 (1)0 0 (2)44 0.44 19.36 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 = 得: U2 n2 U1 n1 n2 440 U2=U1 =220× V=44 V(电压表读数), n1 2 200 U2 44 I2= = A=0.44 A(电流表读数), R 100 P 入=P 出=I2U2=0.44×44 W=19.36 W. 10.为了安全,机床上照明电灯用的电压是 36 V,这个电压是把 220 V 的电压降压后得到的. 如果变压器的原线 匝,能量损失不计,副线圈应该是多少匝? 答案 180 U1 n1 220 1 100 解析 对于理想的变压器而言,由U =n 得 36 = n ,故副线 匝. 介 简 品 作 1. 远 深 常 非 响 影 宗 曲 生 养 科 美 世 后 对 育 教 哲 想 思 著 物 出 杰 派 学 家 道 )人 州 南 河 (今 田 圃 国 郑 朝 周 寇 御 名 本 者 。 料 贵 珍 多 众 等 技 杂 史 乐 音 说 传 话 神 、 事 故 言 寓 了 存 保 中 其 , 一 之 作 表 代 的 文 散 秦 先 是 》 子 列 《 接 链 点 考 言 文 2. : 种 几 下 以 有 见 样 多 活 灵 法 , 一 之 词 虚 的 考 、 用 常 中 言 文 是 ” 其 “ 。 词 (1)代 的 也 已 不 其 惧 中 》 山 移 公 愚 《 如 。 它 ” 他 “ 为 译 , 后 之 容 形 或 词 动 在 用 ① 诚 其 感 帝 中 》 山 移 公 愚 《 如 )。 数 复 括 (包 它 ” 的 他 “ 为 译 语 定 作 , 前 之 词 名 在 用 ② 。 里 些 个 ” 那 “ 为 译 , 词 代 示 指 ③ 前 于 坐 犬 一 》 狼 《 如 。 ” 的 中 其 “ 作 译 可 也 ④ 。 词 气 (2)语 何 石 土 》 山 移 公 愚 《 如 。 道 难 怕 恐 许 概 大 为 译 合 配 词 的 末 和 常 气 语 等 望 愿 诘 反 度 猜 问 疑 、 使 祈 示 表 , 中 或 首 句 在 放 ” 其 “ 。 词 (3)连 。 是 还 择 选 ; ” 果 如 “ 为 译 设 假 表 , 首 句 在 放 常 通 T4(5)。 ” 用 运 与 累 积 “ 见 】 接 链 题 习 【 用 运 与 累 01积 。 音 注 点 加 给 — 累 积 词 字 1. bě 畚 suāg箕 妻 (chèn)孀 龀 始 wú 应 以 kuì亡 匮 (rèn)穷 仞 万 。 词 的 点 加 中 句 列 下 释 解 2. 阻 于 苦 : 塞 之 北 山 (1)惩 远 绕 , 折 曲 : 也 迂 之 入 (2)出 家 : 曰 谋 而 室 (3)聚 赞 同 共 , 皆 : 许 相 然 (4)杂 问 出 提 : 曰 疑 献 妻 (5)其 山 土 : 丘 之 父 魁 损 能 不 (6)曾 人 个 : 夫 三 者 担 (7)荷 思 意 的 凿 是 里 这 。 敲 : 壤 垦 石 (8)叩 回 才 : 焉 反 一 (9)始 分 过 太 : 惠 不 之 汝 , 矣 (10)甚 木 草 的 长 面 地 : 毛 一 之 山 毁 能 不 (1)曾 叹 : 曰 息 长 公 愚 山 (12)北 执 : 固 之 心 (13)汝 尽 : 也 匮 穷 无 , 孙 (14)子 心 担 , 愁 : 平 不 而 苦 (15)何 拿 , 持 : 闻 神 之 蛇 (16)操 。 释 解 并 字 假 通 的 中 句 列 下 出 找 3. 明 聪 慧 通 ” “ 惠 不 之 汝 , 矣 (1)甚 有 没 , 无 通 ” “ 应 以 亡 叟 智 曲 (2)河 置 放 , 措 通 ” “ 东 朔 厝 (3)一 。 词 虚 言 文 的 点 加 中 句 列 下 释 解 4. 靠 , 凭 力 余 年 残 (1)以 ) 来 (用 应 以 亡 叟 智 曲 河 里 哪 石 土 置 且 (2)焉 ) 词 气 (语 焉 反 一 始 近 将 十 九 年 (3)且 ) (况 石 土 置 焉 且 的 , 词 助 构 结 力 君 以 (4)之 ) 译 不 性 立 独 的 子 句 消 取 , 间 谓 主 在 (用 死 之 我 虽 公 愚 指 代 曰 疑 献 妻 (5)其 ) 气 语 问 反 强 加 面 前 ” … “ 在 (用 何 石 土 如 其 饰 修 表 居 山 面 (6)而 ) 是 可 , 折 转 (表 增 加 不 山 而 。 子 句 列 下 译 翻 语 汉 代 现 5.用 。 也 迂 入 出 , 塞 之 北 山 (1)惩 。 路 远 绕 要 都 进 出 , 塞 阻 通 交 面 北 的 山 于 )苦 (他 ? 乎 可 阴 汉 于 达 南 豫 通 指 , 险 平 力 毕 汝 与 (2)吾 ? 吗 行 岸 水 汉 达 到 部 南 州 豫 向 通 )直 它 (使 , 山 大 的 峻 险 平 铲 力 全 尽 们 你 同 我 。 尾 之 海 渤 于 运 畚 箕 , 壤 垦 石 (3)叩 。 上 边 的 海 渤 到 运 把 畚 箕 用 土 泥 挖 , 头 石 )凿 们 (他 ? 平 苦 何 增 加 不 山 而 也 匮 穷 无 , 孙 (4)子 ? 平 铲 么 什 心 担 高 增 再 会 不 山 是 可 , 尽 穷 有 没 孙 子 。 空 填 识 常 学 — 累 积 化 文 6. 。 力 毅 强 坚 和 魄 气 大 伟 然 造 改 民 人 动 劳 代 古 国 我 了 映 反 事 故 则 这 释 集 子 列 自 选 , 言 寓 是 裁 体 的 》 山 移 公 愚 《 。 写 默 — 累 积 子 句 7. 阴 汉 于 达 南 豫 通 指 标 目 。 也 迂 入 出 , 塞 之 北 惩 : 是 子 句 因 原 的 山 移 公 愚 代 交 中 文 (1)课 。 应 以 亡 曲 河 : 是 子 句 风 下 拜 甘 中 论 辩 的 公 愚 与 在 叟 智 明 (2)表 。 焉 反 始 节 易 暑 寒 : 是 子 句 难 之 山 移 家 一 公 愚 托 烘 面 侧 从 , 远 遥 途 路 的 石 土 运 写 (3)描 读 精 内 02课 。 目 题 的 面 下 成 完 , 文 课 读 阅 ? 面 方 个 四 哪 有 难 困 的 山 移 公 愚 , 谈 容 内 章 文 合 结 8. 。 远 遥 途 路 焉 反 一 始 节 易 暑 寒 ④ 陋 简 具 工 尾 之 海 渤 于 运 畚 箕 壤 垦 石 叩 ③ 力 动 劳 乏 缺 夫 三 者 担 荷 孙 子 率 遂 ② ; 大 和 的 山 : 仞 万 高 , 里 百 七 方 ① 么 什 为 ? 掉 去 否 可 容 内 一 这 ” 助 往 跳 龀 始 , 男 遗 有 妻 孀 之 氏 城 京 人 邻 “ 9. 。 忙 帮 过 都 孩 小 连 持 支 家 大 了 到 得 动 行 的 山 移 公 愚 明 说 面 侧 从 容 内 一 这 , 掉 去 能 不 ? 同 否 是 度 态 山 移 公 愚 对 么 那 , 似 相 很 话 的 之 止 而 笑 叟 智 和 ” 疑 献 妻 其 “ 10. 反 者 两 也 真 笑 嘲 会 才 人 之 浅 短 光 目 个 一 叟 智 而 。 疑 献 所 山 移 以 足 量 力 心 担 只 的 公 愚 持 支 是 实 ” 妻 其 “ , 同 相 不 ? 义 意 要 重 何 有 象 形 的 公 愚 现 表 对 , 山 大 走 搬 忙 帮 仙 神 、 阻 劝 叟 智 写 描 章 文 1. 。 望 愿 好 美 负 抱 实 盼 期 民 动 劳 代 古 映 也 人 感 精 现 表 , 山 大 走 搬 忙 帮 仙 神 ; 远 长 光 目 出 突 面 侧 从 了 为 是 驳 反 公 愚 和 阻 劝 的 叟 智 写 描 章 文 。 人 老 的 样 怎 位 一 是 公 愚 说 文 全 合 结 12. 。 人 老 的 全 周 虑 思 战 挑 于 勇 难 困 畏 不 、 远 长 光 目 位 一 是 公 愚 ? 养 营 神 精 些 哪 取 汲 以 可 们 我 上 身 的 公 愚 从 。 远 道 而 重 任 , 梦 国 中 现 实 13. 。 险 艰 畏 事 做 神 精 地 实 踏 脚 力 毅 的 拔 韧 坚 有 众 群 靠 依 泛 广 作 合 结 团 ), 状 现 于 安 (不 干 想 敢 读 阅 展 03拓 。 目 题 成 完 , 文 两 乙 、 甲 面 下 读 )阅 考 中 田 (莆 》 山 移 公 愚 《 文 课 见 】 甲 【 ④ 寝 事 决 能 ③ 夷 犹 也 虑 甚 足 房 下 妇 仆 添 必 成 者 有 人 家 从 焉 忧 何 又 护 栏 设 通 径 筑 复 ? 耶 ② 踬 颠 女 儿 小 畏 不 妻 行 之 善 山 垒 可 或 止 遂 ” 。 土 置 地 无 “ : 曰 父 池 凿 欲 , 园 ① 治 公 鲁 】 乙 【 止 停 寝 ④ 子 样 的 决 不 疑 迟 夷 犹 ③ 倒 绊 西 东 被 踬 颠 ② 。 建 修 : 治 ① 】 释 注 【 。 词 的 点 加 中 句 列 下 释 解 14. 石 土 装 用 指 里 这 , 簸 即 : 尾 之 海 渤 于 运 畚 (1)箕 有 没 : 应 以 亡 叟 智 曲 (2)河 , 放 安 : 土 置 地 (3)无 就 , 是 于 : 止 遂 (4)公 。真空机变压器 子 句 列 下 译 翻 语 汉 代 现 用 15. 。 焉 反 一 始 , 节 易 暑 (1)寒 。 次 一 返 往 才 , 换 变 节 季 夏 冬 ? 何 石 土 如 其 毛 一 之 山 毁 能 不 曾 , 力 余 年 残 (2)以 ? 呢 样 么 怎 头 石 土 泥 把 能 又 了 不 毁 损 都 木 草 棵 一 上 山 连 , 气 力 余 残 和 纪 年 的 迈 老 你 )凭 (就 。 漠 冷 心 )热 孩 /小 人 (邻 男 遗 笑 讥 忧 担 子 妻 ; 庸 平 见 远 个 一 , 比 对 叟 智 和 公 愚 中 文 】 甲 【 16. 。 点 特 格 性 的 鲁 和 公 愚 括 概 要 简 意 文 据 根 请 17. ) 可 即 理 合 括 (概 。 退 而 遇 尾 首 决 豫 犹 断 寡 柔 优 见 主 乏 缺 鲁 ; 难 艰 畏 不 定 坚 念 信 , 大 远 负 抱 : 公 愚 : 译 考 参 文 】 乙 【 附 了 止 停 就 情 )事 件 这 园 (修 , 决 不 疑 迟 公 鲁 ” 。 啊 虑 考 得 值 2 2 山 移 公 18愚 法 用 的 ” 其 “ 2 够 房 住 给 理 打 仆 添 要 定 必 止 阻 家 办 话 从 听 呢 心 担 好 么 什 它 着 围 栏 栅 设 里 到 通 路 条 又 ? 吗 倒 绊 被 孩 小 怕 就 你 妻 做 去 法 照 按 错 )不 见 意 (这 为 认 山 成 堆 以 可 人 了 来 下 停 是 于 ” 。 土 放 方 地 有 没 “ : 说 亲 父 的 他 池 个 一 挖 想 , 子 园 建 修 公 鲁 8

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关键词: 真空机变压器