高中人教版 (新课标)选修3-2第五章 交变电流4 变压器学案设计

这是一份高中人教版 (新课标)选修3-2第五章 交变电流4 变压器学案设计，共6页。学案主要包含了概念规律练，方法技巧练等内容，欢迎下载使用。

1．______现象是变压器工作的基础．原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变磁通量，不仅穿过________也穿过________，则副线圈中就要产生______．尽管原、副线圈没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈．
2．原、副线圈的电压之比等于两个线圈的__________，公式表示为______________．如果原线圈的匝数大于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈低，这种变压器称为____________；如果原线圈的匝数小于副线圈的匝数，则副线圈得到的电压比原线圈高，这种变压器称为__________．
3．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
4．对理想变压器，下列说法中正确的是( )
A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大
B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大
C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
5．某变电站用原、副线圈匝数比为n1∶n2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是( )
图1
A．原、副线圈电压比为n2∶n1
B．原、副线圈电流比为n1∶n2
C．原、副线圈电压比为n1∶n2
D．变压器的输入功率与输出功率的比为n1∶n2
【概念规律练】
知识点一 变压器的基本规律
1．如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )
图2
A．电流表的示数为eq \f(3\r(2),220) A
B．电源输出功率为1 200 W
C．电流表的示数为eq \f(3,220) A
D．原线圈端电压为11 V
2．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图3所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )
图3
A．输出电压的最大值为36 V
B．原、副线圈中电流之比为55∶9
C．变压器输入、输出功率之比为55∶9
D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz
知识点二 常见变压器
3．如图4所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是( )
图4
A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗
B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表
C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表
D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表
4．如图5所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100 V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.
图5
【方法技巧练】
一、变压器动态问题的分析方法
5．如图6所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈的电压，则( )
图6
A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大
B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小
C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大
图7
6．如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中正确的是( )
A．副线圈两端M、N的输出电压减小
B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大
C．通过灯泡L1的电流减小
D．原线圈中的电流增大
二、有多个副线圈的理想变压器问题的分析方法
7．理想变压器如图8所示，原线圈匝数n1＝1 000匝，两副线圈匝数分别为n2＝600匝，n3＝200匝，当原线圈两端接在220 V的交流电源上时，原线圈上电流为2 A，通过R2的电流为1 A，则通过R3的电流为( )
图8
A．10 A B．7 A
C．3 A D．1 A
8．如图9所示，一台有两个副线圈的理想变压器，原线圈匝数n1＝1 100匝，接入电压U1＝220 V的电路中．
图9
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 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？
参考答案
课前预习练
1．互感 原线圈 副线圈 感应电动势
2．匝数之比 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2) 降压变压器 升压变压器
3．C [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Φ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．]
4．AB [理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误．]
5．C [电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比．]
课堂探究练
1．C [因为灯泡正常发光
所以副线圈中的电流
I2＝eq \f(P出,U2)＝eq \f(60,220) A＝eq \f(3,11) A
根据公式eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)得I1＝eq \f(n2,n1)I2＝eq \f(1,20)×eq \f(3,11) A＝eq \f(3,220) A，即电流表的示数应为eq \f(3,220) A，故A错，C对；
电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入＝P出可得电源的输出功率为60 W，故B选项错误；
根据公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得U1＝eq \f(n1,n2)U2＝eq \f(20,1)×220 V＝4 400 V，故D选项错误．]
点评 变压器的基本规律
(1)电压关系：①只有一个副线圈时eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)或eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)
②当有多个副线圈时eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
(2)功率关系：P入＝P出：①只有一个副线圈时，P1＝P2
②当有多个副线圈时P1＝P2＋P3＋…
(3)电流关系：①只有一个副线圈时，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2，得eq \f(I1,I2)＝eq \f(U2,U1)＝eq \f(n2,n1)，即eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)
②当有多个副线圈时，由P1＝P2＋P3＋…知
I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
2．D [由题图知原线圈电压最大值为220eq \r(2) V，周期T＝2×10－2 s，故电压有效值为220 V，频率为50 Hz；由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)得输出电压的最大值为36eq \r(2) V，原、副线圈电流之比为9∶55，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.]
点评 变压器的电压关系、电流关系是各物理量的有效值(或最大值)间的关系，例如公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)中，若U1是有效值则U2就是有效值，若U1是最大值则U2就是最大值．
3．C [电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多．]
点评 甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路．它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量．
4．200 5
解析 由理想变压器公式 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)得
UCD＝eq \f(n2,n1)UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝eq \f(UCD,R0)＝eq \f(200,40) A＝5 A.
点评 自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全．变压器的规律都适用于自耦变压器．
5．ABD [K由a合到b时，n1减小而U1不变，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副线圈上电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A项正确．同理K由b合到a时，P2减小，B项正确．
P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2＝eq \f(U2,R)可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知I1将减小，故C项错误．
当U1增大时，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知U2也增大，I2＝eq \f(U2,R)增大，再由eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知I1增大，故D项正确．]
方法总结 此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)，输入功率、输出功率随匝数比的变化而变化的情况，如选项A、B；另一类是原、副线圈的匝数比不变，上述各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，如选项C.处理此类问题时，要根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系．
6．BCD [由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变．并联灯泡L2，负载总电阻变小，由欧姆定律I＝eq \f(U,R)知，流过R的电流增大，电阻R上的电压UR＝IR增大．副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得I2增大，则原线圈输入电流I1也增大．
UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小．]
方法总结 变压器动态分析问题的思路程序可表示为
7．B [由理想变压器变压比公式 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可得U2＝eq \f(U1n2,n1)＝eq \f(220×600,1 000) V＝132 V，由eq \f(U1,U3)＝eq \f(n1,n3)可得U3＝eq \f(n3,n1)U1＝eq \f(200×220,1 000) V＝44 V，根据输入功率等于输出功率有I1U1＝I2U2＋I3U3
解得I3＝7 A，选B]
方法总结 理想变压器变压比公式 eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，对有一个或n个副线圈的变压器均适用，而变流比公式eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，只适用于有一个副线圈的变压器，若为两个以上副线圈的变压器，必须用P入＝P出，即U1I1＝U2I2＋U3I3或n1I1＝n2I2＋n3I3来计算．
8．(1)30匝 550匝 (2)0.36 A
解析 (1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由
eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(U1,U3)＝eq \f(n1,n3)
得n2＝eq \f(U2,U1)n1＝eq \f(6,220)×1 100匝＝30匝
n3＝eq \f(U3,U1)n1＝eq \f(110,220)×1 100匝＝550匝
(2)设原线圈输入电流为I1，P入＝P出，即
I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，
所以I1＝eq \f(P2＋P3,U1)＝eq \f(20＋60,220) A＝0.36 A
方法总结 第(1)问中，也可根据原、副线圈每伏电压分配到的匝数相等进行计算．即由eq \f(n1,U1)＝eq \f(1 100匝,220 V)＝5 匝/V，得匝数n2＝5×6匝＝30匝，n3＝5×110匝＝550匝．