人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器学案设计

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[学习目标] 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系．
一、变压器的原理
1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈．
2．原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势．
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2).
3．两类变压器
副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器．
三、变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量．
1．判断下列说法的正误．
(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．( √ )
(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．( × )
(3)变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压．( × )
(4)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．( × )
(5)理想变压器的输入和输出功率相等．( √ )
2．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为________，输出功率为________，变压器原线圈中的电流为________．
答案 250 V 50 kW 5 A
解析 由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得U2＝eq \f(U1n2,n1)＝eq \f(10×103×1,40) V＝250 V；由理想变压器功率关系，得P入＝
P出＝U1I1＝U2I2＝250×200 W＝50 kW，同时得I1＝eq \f(U2I2,U1)＝eq \f(250×200,10×103) A＝5 A.
一、变压器的原理 电压与匝数的关系
1．变压器的构造
变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图1甲、乙所示．
图1
2．变压器的工作原理
(1)原理
互感现象是变压器工作的基础．电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，所以铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流．
(2)原理图解
3．变压器原、副线圈中的电压关系
(1)只有一个副线圈：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)；
(2)有多个副线圈：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
4．自耦变压器
铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图2所示．
图2
(多选)如图3所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶2，U1＝220eq \r(2)sin ωt (V)，n1＝1 100匝，以下说法正确的是( )
图3
A．穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1∶2
B．穿过原、副线圈的磁通量的变化率的最大值相等，均为eq \f(\r(2),5) V
C．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2 V
D．原、副线圈电压的最大值之比为1∶2
答案 BCD
解析 对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过原、副线圈的磁通量的大小相等，磁通量的变化率相等，A错误．根据E1＝n1eq \f(ΔΦ,Δt)得磁通量的变化率的最大值为每一匝线圈产生的电动势的最大值，即(eq \f(ΔΦ,Δt))max＝eq \f(220\r(2),1 100) V＝eq \f(\r(2),5) V，所以每一匝线圈产生的电动势的有效值为0.2 V，B、C正确．由于原、副线圈的匝数比为1∶2，所以原、副线圈电压的最大值之比也为1∶2，D正确．
一自耦变压器如图4所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中( )
图4
A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．U2