第3节 科学探究:变压器
A级 必备知识基础练
1.将输入电压为220 V、输出电压为6 V的理想变压器改绕成输出电压为30 V的变压器,副线圈原来是30匝,原线圈匝数不变,则副线圈新增匝数为( )
A.120 B.150
C.180 D.220
2.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=5∶1,副线圈中接一线圈内阻为10 Ω的电动机,电压表和电流表均为理想交流电表,当原线圈接上如图乙所示的正弦交流电时,电流表A2的示数为1 A,则下列说法正确的是( )
A.交变电流的频率为50 Hz
B.电动机的输出功率为10 W
C.电流表A1的示数为5 A
D.电压表的示数为220 V
3. 一理想自耦变压器如图所示,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c、d间接定值电阻R。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点顺时针旋转到N点的过程中( )
A.U2>U1,U2降低
B.U2>U1,U2升高
C.变压器输入功率增大
D.变压器输入功率减小
4. 如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,通过原、副线圈中的电流分别为I1、I2。若保持n1、n2和U1不变,且闭合开关S后两灯泡均能发光。将开关S由闭合变为断开,则( )
A.U2增大
B.I1减小
C.I2增大
D.变压器的输入功率增大
5.(2022山东卷)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcos 100πt V。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时,功率为12 W。下列说法正确的是( )
A.n1为1 100,Um为220 V
B.BC间线圈匝数为120,流过R的电流为1.4 A
C.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为100 Hz
D.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A,周期为0.02 s
6.(多选)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片。保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是( )
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流减小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
7.(2023河北邯郸大名县第一中学月考)某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。
(1)实验中使用的电源应为 。
A.低压直流电源
B.高压直流电源
C.低压交流电源
D.高压交流电源
(2)该同学把电源接在原线圈两端,调节电源使输出电压为30 V,用多用电表测得副线圈两端的电压为7.5 V,若将实验中使用的变压器视为理想变压器,则原、副线圈的匝数比为 。
(3)实验中由于变压器的铜损和铁损,原线圈与副线圈的电压之比一般 (选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
B级 关键能力提升练
8. (多选)如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2、L3,输电线的等效电阻为R,原线圈接有一个理想电流表,开始时,开关S接通,当S断开时,以下说法正确的是( )
A.等效电阻R上消耗的功率变小
B.原线圈两端间的输入电压减小
C.原线圈中电流表示数减小
D.灯泡L1、L2变暗
9.(多选)在如图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
甲
乙
A.所用交变电流的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
10.一理想变压器如图甲所示,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的uab-t图像如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式。
(2)求只在ce间接400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1。
(3)求ce和de间线圈的匝数比。
11.如图所示,理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,交流电源电压u1=311sin100πt V,F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝,负载为一可变电阻。
(1)当电阻R=100 Ω时,保险丝能否被熔断
(2)要使保险丝不被熔断,电阻R的阻值应不小于多少 变压器输出的电功率不能超过多少
第3节 科学探究:变压器
1.A 由,得,所以n1=1100。
当U2'=30V时,,所以n2'=150,故Δn2=n2'-n2=120,故选A。
2.AD 由图乙可如交变电流的周期为0.02s,则频率f=50Hz,A项正确;由得U2=44V,则电动机的输出功率P出=U2I2-R=34W,B项错误;由得,I1=0.2A,C项错误;电压表的示数应为有效值,则电压表的示数为220V,D项正确。
3.D 根据变压器的电压关系有,当滑动触头M顺时针转动时,即n2减小时,电压U2应该减小,即降低,由于n24.B 根据可知U2不变,选项A错误;将开关S由闭合变为断开,则次级电阻变大,次级电流I2减小,则初级电流I1减小,选项B正确,C错误;变压器的输出功率P2=I2U2减小,则输入功率减小,选项D错误。
5.D 根据电压与匝数关系,可得,解得n1==2200,Um=U1=220V,选项A错误。因为PBC=,所以UBC=V=12V,IBC==1A,根据电压与匝数的关系,可得,解得nBC=120,选项B错误。因为u=Umcos100πtV,所以交变电流频率为50Hz,周期为0.02s;由题意可知,变压器可输出12V、18V、30V电压,由选项B解析可知UBC=12V,则UAB=18V,UAC=30V;R接AC两端,IAC==2.5A,选项C错误,D正确。
6.BD 由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡电压没有影响,故灯泡亮度不变,则选项A错误;滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,故选项B正确;滑片P上滑,电阻减小,电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,故选项C错误;此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,故选项D正确。
7.解析 (1)变压器工作原理为互感现象,故应选用交流电源,为确保安全应选用低压,所以实验中使用的电源应为低压交流电源。
(2)若将实验中使用的变压器视为理想变压器,则原、副线圈的匝数比为。
(3)根据可知,理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比;实验中由于变压器的铜损和铁损导致副线圈的电压U2减小,所以导致,因此原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。
答案 (1)C (2)4∶1 (3)大于
8.AC 电流表是理想的电流表,所以原线圈两端输入电压不变,当S断开后,副线圈上的总电阻增大,电流减小,根据P=I2R知等效电阻R上消耗的功率变小,A正确,B错误;当S断开后,副线圈上的总电阻增大,电流减小,根据变压器原副线圈电流关系:n1I1=n2I2,可知输入电流也减小,C正确;由于电流减小,输电线上电压损失减小,总的输出电压不变,所以灯泡L1和L2两端电压增大,变亮,D错误。
9.AD 本题以理想变压器为背景,意在考查变压器原理和描述交变电流的物理量。由题图乙可得,交变电流的周期T=0.02s,频率为f==50Hz,选项A正确;R2中电流的最大值为A,电流的有效值为I2==1A,R2与R3并联,两端电压相等,I2R2=I3R3,因为R2的电阻为R3的一半,所以R3电流的有效值为0.5A,电流表示数为0.5A,选项C错误;副线圈的电压为U2=I2R2=10V,根据可得,原线圈电压的有效值为U1=100V,电压表的示数为220V-100V=120V,选项B错误;副线圈的总功率为P2=R2+R3=15.0W,原线圈的功率也为15.0W,选项D正确。
10.解析 (1)由题图乙知ω=rad/s=200πrad/s,电压瞬时值uab=400sin200πtV。
(2)电压有效值U1=200V,理想变压器P1=P2,原线圈中的电流I1=,解得I1=0.28A。
(3)设ab间匝数为n1,则,同理,由题意知,联立以上各式得,代入数据得。
答案 (1)uab=400sin200πt V (2)0.28 A (3)
11.解析 原线圈电压的有效值为U1=V=220V,由得副线圈两端的电压U2=U1=×220V=110V。
(1)当R=100Ω时,副线圈中电流I2=A=1.10A,由U1I1=U2I2得原线圈中的电流为I1=I2=×1.10A=0.55A,由于I1(2)设电阻R取某一值R0时,原线圈中的电流刚好达到熔断电流,即I1'=1.0A,则副线圈中的电流为I2'=I1'=2×1.0A=2.0A,电阻R的阻值为R0=Ω=55Ω,此时变压器的输出功率为P2=I2'U2'=2.0×110W=220W,可见,要使保险丝F不被熔断,电阻R的阻值不能小于55Ω,变压器输出的电功率不能超过220W。
答案 (1)不会熔断 (2)55 Ω 220 W(共23张PPT)
第3章
第3节 科学探究:变压器
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A 级 必备知识基础练
1.将输入电压为220 V、输出电压为6 V的理想变压器改绕成输出电压为30 V的变压器,副线圈原来是30匝,原线圈匝数不变,则副线圈新增匝数为
( )
A.120 B.150
C.180 D.220
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2.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=5∶1,副线圈中接一线圈内阻为10 Ω的电动机,电压表和电流表均为理想交流电表,当原线圈接上如图乙所示的正弦交流电时,电流表A2的示数为1 A,则下列说法正确的是( )
A.交变电流的频率为50 Hz
B.电动机的输出功率为10 W
C.电流表A1的示数为5 A
D.电压表的示数为220 V
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3. 一理想自耦变压器如图所示,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c、d间接定值电阻R。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点顺时针旋转到N点的过程中( )
A.U2>U1,U2降低
B.U2>U1,U2升高
C.变压器输入功率增大
D.变压器输入功率减小
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解析 根据变压器的电压关系有 ,当滑动触头M顺时针转动时,即n2减小时,电压U2应该减小,即降低,由于n21
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4. 如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,通过原、副线圈中的电流分别为I1、I2。若保持n1、n2和U1不变,且闭合开关S后两灯泡均能发光。将开关S由闭合变为断开,则
( )
A.U2增大
B.I1减小
C.I2增大
D.变压器的输入功率增大
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解析 根据 可知U2不变,选项A错误;将开关S由闭合变为断开,则次级电阻变大,次级电流I2减小,则初级电流I1减小,选项B正确,C错误;变压器的输出功率P2=I2U2减小,则输入功率减小,选项D错误。
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5.(2022山东卷)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcos 100πt V。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时,功率为12 W。下列说法正确的是( )
A.n1为1 100,Um为220 V
B.BC间线圈匝数为120,流过R的电流为1.4 A
C.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为100 Hz
D.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A,周期为0.02 s
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6.(多选)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片。保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是( )
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流减小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
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解析 由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡电压没有影响,故灯泡亮度不变,则选项A错误;滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,故选项B正确;滑片P上滑,电阻减小,电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,故选项C错误;此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,故选项D正确。
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7.(2023河北邯郸大名县第一中学月考)某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。
(1)实验中使用的电源应为 。
A.低压直流电源 B.高压直流电源
C.低压交流电源 D.高压交流电源
(2)该同学把电源接在原线圈两端,调节电源使输出电压为30 V,用多用电表测得副线圈两端的电压为7.5 V,若将实验中使用的变压器视为理想变压器,则原、副线圈的匝数比为 。
(3)实验中由于变压器的铜损和铁损,原线圈与副线圈的电压之比一般
(选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
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解析 (1)变压器工作原理为互感现象,故应选用交流电源,为确保安全应选用低压,所以实验中使用的电源应为低压交流电源。
(2)若将实验中使用的变压器视为理想变压器,则原、副线圈的匝数比为
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8. (多选)如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2、L3,输电线的等效电阻为R,原线圈接有一个理想电流表,开始时,开关S接通,当S断开时,以下说法正确的是( )
A.等效电阻R上消耗的功率变小
B.原线圈两端间的输入电压减小
C.原线圈中电流表示数减小
D.灯泡L1、L2变暗
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9.(多选)在如图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
甲
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A.所用交变电流的频率为50 Hz
B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A
D.变压器传输的电功率为15.0 W
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10.一理想变压器如图甲所示,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的uab-t图像如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式。
(2)求只在ce间接400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1。
(3)求ce和de间线圈的匝数比 。
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解析 (1)由题图乙知ω= rad/s=200π rad/s,电压瞬时值uab=400sin200πt V。
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11.如图所示,理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,交流电源电压u1=311sin100πt V,F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝,负载为一可变电阻。
(1)当电阻R=100 Ω时,保险丝能否被熔断
(2)要使保险丝不被熔断,电阻R的阻值应不小于多少 变压器输出的电功率不能超过多少
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(2)设电阻R取某一值R0时,原线圈中的电流刚好达到熔断电流,即I1'=1.0 A,
Ω=55 Ω,此时变压器的输出功率为P2=I2'U2'=2.0×110 W=220 W,可见,要使保险丝F不被熔断,电阻R的阻值不能小于55 Ω,变压器输出的电功率不能超过220 W。
答案 (1)不会熔断 (2)55 Ω 220 W(共43张PPT)
第3章
第3节 科学探究:变压器
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及工作规律。(物理观念)
2.通过实验探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数、电流与匝数的关系。(科学探究)
3.理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系。(科学思维)
4.理解理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率的关系。(科学思维)
思维导图
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、变压器的工作原理 互感现象
1.构造:由 和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成,如图所示。
(1)原线圈:与 相连的线圈,也叫 。
(2)副线圈:与 相连的线圈,也叫 。
闭合的铁芯
电源
初级线圈
负载
次级线圈
2.原理: 现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的 也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生 。
3.作用:改变交变电流的 ,不改变交变电流的 和 。
4.在两绕组变压器中,原线圈中电流的变化会在副线圈中产生 ,这种由一个线圈中电流的变化导致相邻线圈的 发生变化,而在该相邻线圈中产生 的现象,称为互感现象。
互感
磁场
感应电动势
电压
周期
频率
感应电动势
磁通量
感应电动势
想一想生活中的用电器一般都可以使用220 V的交流电源,与它们的额定工作电压都不相同,用电器是如何正常工作的呢 如果把变压器接入直流电路,变压器能起到变压作用吗
提示 变压器可以降低电压也可以升高电压,通过变压器得到用电器所需的合适电压。变压器是依据电磁感应工作的,因此只能在交流电路中工作,如果变压器接入直流电路,原线圈中的电流不变,在铁芯中不会引起磁通量的变化,就没有互感现象出现,变压器就起不到变压作用。
二、探究变压器电压与线圈匝数的关系
定性探究变压器电压与匝数的关系:如图所示为原、副线圈匝数可变的变压器。先保持原线圈匝数不变,使副线圈的匝数依次减少,电压表V2的示数依次 。再保持副线圈的匝数不变,使原线圈匝数依次减少,电压表V2的示数依次 。
减小
增大
三、理想变压器电压与线圈匝数的关系
1.理想变压器:没有 的变压器叫理想变压器,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 等于两个线圈的 ,即 。
3.理想变压器原、副线圈功率的关系
P1 P2(选填“>”“=”或“<”)。
能量损失
电压之比
匝数之比
=
4.两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫 变压器;副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 变压器。
5.理想变压器电流与线圈匝数的关系: (适用于只有一个副线圈的变压器)。
想一想变压器的铁芯为什么用薄硅钢片叠压而成
降压
升压
提示 为了减少损耗,变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样,涡流被限制在狭窄的薄片之中,回路的电阻很大,涡流大为减弱,从而减少了铁损。
易错辨析 判一判
(1)变压器工作的原理是自感。( )
(2)理想变压器无能量损失,其输入功率与输出功率相等。( )
(3)变压器的两个线圈所用导线的粗细一样。( )
(4)变压器能改变交变电流的频率。( )
×
提示 电磁感应是变压器的工作原理,即互感现象是变压器工作的基础。
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提示 不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小,用较细的导线绕制而成;低压线圈匝数少而通过的电流大,用较粗的导线绕制而成。
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提示 对变压器,当加在原线圈上的交流电压发生一个周期性变化时,原线圈中的交变电流就发生一个周期性变化,铁芯中产生的磁通量也发生一个周期性变化,副线圈中产生的交变电动势(电压)也发生一个周期性变化,因此,变压器只能改变交变电流的电压及电流,不能改变交变电流的频率。
即学即用 练一练
1.对理想变压器作出的判断正确的是( )
A.高压线圈匝数多、电流大、导线粗
B.低压线圈匝数少、电流小、导线细
C.高压线圈匝数多、电流大、导线细
D.低压线圈匝数少、电流大、导线粗
D
解析 电压高的匝数多,电流小,用细线。电压低的,匝数少,电流大,用粗线。故D正确。
B
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探究一 变压器的工作原理
情境探究
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,如图所示是一个变压器通过降压给用户供电的示意图。
(1)理想变压器实际存在吗 为什么
(2)变压器的原、副线圈连在一起吗
(3)是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗
要点提示 (1)理想变压器实际不存在,因为原、副线圈中的电流产生电热、变压器铁芯中的涡流产生电热、变压器铁芯漏磁引起的能量损失均不可避免。
(2)变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上,但两线圈是彼此绝缘的。(3)是利用互感现象在副线圈上感应出电流的,并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了。
知识归纳
1.理想变压器
理想变压器是实际变压器的近似。理想变压器有三个特点:
(1)铁芯封闭性好,无漏磁现象,即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都一样,每匝线圈中所产生的感应电动势相等。
(2)线圈绕组的电阻不计,无能损现象。
(3)铁芯中的电流不计,铁芯不发热,无能损现象。
记住“三个特点”
2.工作原理
变压器的变压原理是电磁感应。
(1)当原线圈两端加上交变电压U1时,就有交变电流I1通过原线圈,并在铁芯中产生变化的磁场,铁芯中就有变化的磁通量。
(2)由于副线圈也绕在同一铁芯上,这个变化的磁通量同样穿过副线圈,并在副线圈上产生感应电动势。
(3)如果在副线圈两端连接负载构成闭合回路,在副线圈中就会产生交变电流 I2。
电磁感应的互感现象
闪光语录 理想变压器的工作原理
应用体验
典例1 (多选)关于变压器,下列说法正确的是( )
A.变压器的工作原理是电磁感应
B.一切变压器的工作基础都是互感现象
C.各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作
D.只有交变电流接入变压器的原线圈中,变压器才能持续正常工作
AD
解析 变压器的原线圈接交流电源时,有交变电流流过,引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,A项正确;有一种变压器叫自耦变压器,它只有一个线圈绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变压器的工作基础是自感,B项错误;变压器要想持续正常工作,原线圈必须接交变电流,若接直流,原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势,变压器不能持续正常工作,C项错误,D项正确。
规律方法 互感现象是变压器工作的基础
(1)在原、副线圈中由交变电流而引发的相互感应现象,叫互感现象。
(2)互感现象是变压器工作的基础:变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。
(3)变压器是依据电磁感应来工作的,因此只能在交流电路中工作,如果变压器接入直流电路,原线圈中的电流不变,在铁芯中不能引起磁通量的变化,没有互感现象出现,变压器起不到变压作用。
针对训练1
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
C
解析 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;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。
探究二 理想变压器电压、电流、功率与匝数的关系
情境探究
如图所示,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈(原线圈)通过开关连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡两端。连接电路,接通电源,小灯泡能发光。
(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光
(2)此变压器的变压原理是什么 原、副线圈的电压和电流与线圈的匝数有什么关系
(3)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗 如果不相等,与什么因素有关
(4)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗 为什么
要点提示 (1)当左边线圈接上交流电源时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光。
(2)此变压器的变压原理是电磁感应现象中的互感现象。原、副线圈的电压、电流与匝数的关系: 。
线圈的电阻,则有U1=U电源,这样看来只要n1≠n2,小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等。小灯泡两端的电压,即副线圈两端的电压与原线圈两端的电压及原、副线圈匝数比有关。
(4)不发光,因为无法在副线圈中产生感应电动势。
知识归纳
3.功率关系:输入功率等于输出功率,即P入=P出,U1I1=U2I2。
4.电流关系:(1)由功率关系可知,当只有一个副线圈时, ;(2)当有多个副线圈时,I1U1=I2U2+I3U3+…,I1n1=I2n2+I3n3+…
U1、U2、I1、I2均为有效值
闪光语录 电压、电流、功率的制约关系
(1)电压制约:输入电压U1决定输出电压U2。
(2)功率制约:P出决定P入,这体现了能量守恒的特点。
(3)电流制约:输出电流I2决定输入电流I1。
应用体验
典例2 用理想变压器给负载电阻R供电,变压器输入电压一定时,在下列四个方法中,可以使变压器输入功率增加的是( )
A.增加变压器原线圈匝数,而副线圈匝数及负载电阻的阻值保持不变
B.减小负载电阻的阻值,而变压器原、副线圈匝数不变
C.增加负载电阻的阻值,而变压器原、副线圈匝数不变
D.减小变压器副线圈匝数,而原线圈匝数和负载电阻的阻值保持不变
B
规律方法 变压器的特点
(1)理想变压器没有能量损失,所以输入功率和输出功率相等。任何实际的变压器都会有能量损失,所以理想变压器是不存在的。
(2)根据变压器的电流与匝数关系,电流大的线圈匝数少,为了减小导线上的电阻发热,要求用较粗的导线绕制;电流小的线圈匝数多,要求用较细的导线绕制,故可利用导线的粗细判断线圈匝数的多少。
(3)变压器的输出电压由输入电压和原、副线圈的匝数比决定,与交变电流的频率无关。
针对训练2
(2023山东滨州期末)理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路,变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流,则下列说法正确的是( )
A.R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2
B.R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4
C.a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2
D.a、b间输入电压与变压器输入电压之比为3∶1
C
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1.理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,下列说法正确的是( )
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,但穿过每匝线圈的磁通量并不相等
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
D
解析 对理想变压器,无磁通量损失,因而穿过两个线圈的磁通量相同,磁通量变化率相同,因而每匝线圈产生的感应电动势相等,才导致电压与匝数成正比,选项A、B、C错误;理想变压器可以忽略各种损耗,故输入功率等于输出功率,选项D正确。
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2.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是( )
A.原、副线圈匝数之比为9∶1
B.原、副线圈匝数之比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶9
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3.如图所示为一与电源相接的理想变压器,当副线圈中的负载电阻变小时,则原线圈中的电流I1 ;副线圈中的电流I2 。(选填“变大”“变小”或“不变”)
变大
变大
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4.如图所示,理想变压器三个线圈的匝数之比为n1∶n2∶n3=10∶5∶1,其中n1接到220 V的交变电源上,n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路。已知电阻R2=110 Ω,电阻R3=11 Ω,求通过原线圈的电流I1。
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根据输出功率等于输入功率得U1I1=U2I2+U3I3
代入数据解得通过原线圈的电流为I1=0.7 A。
答案 0.7 A
