高中物理人教版选修3-2 5.4 变压器(课件+练习)

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名称 高中物理人教版选修3-2 5.4 变压器(课件+练习)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-03-14 16:21:53

文档简介

第五章 交变电流
第4节 变压器
[随堂演练]
1.(变压器原理分析)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
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;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。
答案 C
2.(理想变压器基本规律的应用)(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图5-4-8甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的滑片,下列说法正确的是
图5-4-8
A.副线圈输出电压的频率为50 Hz
B.副线圈输出电压的有效值为31 V
C.P向右移动时,原、副线圈的电流比减小
D.P向右移动时,变压器的输出功率增加
解析 由题图可知原线圈输入电压的最大值Um=311 V,周期T=2×10-2 s,则原线圈输入电压的有效值U1==220 V,频率f===50 Hz,A正确;由=可得U2=U1=22 V,B错误;P向右移动时,副线圈的电阻减小,副线圈输出电压不变,所以副线圈的电流增大,原线圈的电流也增大,而匝数比不变,所以原、副线圈的电流比不变,C错误;P向右移动时,副线圈的电阻减小,副线圈输出电压不变,所以变压器的输出功率增加,D正确。
答案 AD
3.(理想变压器基本规律的应用)如图5-4-9为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器。原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220 V降至110 V,调节前后
图5-4-9
A.副线圈中的电流比为1∶2
B.副线圈输出功率比为2∶1
C.副线圈的接入匝数比为2∶1
D.原线圈输入功率比为1∶2
解析 在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下,使输出电压U2有效值由220 V降至110 V,由=知,副线圈接入匝数应该减为原来的一半,故副线圈的接入匝数之比为2∶1,故C正确;副线圈电压减半,电阻不变,电流也随之减半,所以电流之比为2∶1,故A错误;由P=UI知,输出功率之比为4∶1,故B错误;副线圈输出功率等于原线圈输入功率,所以原线圈输入功率之比为4∶1,故D错误。
答案 C
4.(互感器的应用)如图5-4-10所示,L1和L2是高压输电线,甲、乙是两只互感器,若已知n1∶n2=1 000∶1,n3∶n4=1∶100,图中电压表示数为220 V,电流表示数为10 A,则高压输电线的送电功率为
图5-4-10
A.2.2×103 W       B.2.2×10-2 W
C.2.2×108 W D.2.2×104 W
解析 由电流互感器知高压输电线中电流I=1 000 A,由电压互感器知高压输电线的电压U=220×103 V,则高压输电线的送电功率P=UI=2.2×108 W。
答案 C
[限时检测]
?题组一 变压器原理
1.(多选)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 B.磁通量的变化率
C.功率 D.交流电的峰值
解析 理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量变化率相同,原、副线圈中功率相同,B、C正确;变压器的原理是互感现象,其作用是改变电压峰值不改变频率,A正确、D错误。
答案 ABC
2.(多选)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
解析 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。
答案 AB
3.如图5-4-11所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=4∶1,当导体棒l在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,电流表A1的示数是12 mA,则电流表A2的示数为
图5-4-11
A.3 mA B.0
C.48 mA D.与负载R的值有关
解析 变压器只能工作于交流电路中,不能工作在恒定电压和恒定电流的电路中。导体棒l向左匀速切割磁感线时,在线圈n1中通过的是恒定电流,不能引起穿过线圈n2的磁通量变化,在副线圈n2上无感应电动势出现,所以A2中无电流通过。
答案 B
?题组二 变压器基本规律的应用
4.一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压,其最大值保持不变,副线圈有可调电阻R。设原线圈的电流为I1,输入功率为P1,副线圈的电流为I2,输出功率为P2。当R增大时
A.I1减小,P1增大 B.I1减小,P1减小
C.I2增大,P2减小 D.I2增大,P2增大
解析 设副线圈的电压为U2,由=知,由于U1、n1、n2不变,故U2应不变,再根据I2=知,当R增大时,I2应减小,根据I1=I2,推得I1也减小;由P2=知,P2减小,根据能量守恒P1=P2,故P1减小,B正确。
答案 B
5.如图5-4-12所示,理想变压器的原线圈接在u1=220sin (100πt) V的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻。原、副线圈匝数比为n1∶n2=2∶1,电压表、电流表均为理想电表,下述说法中正确的是
图5-4-12
A.原线圈中电流表的读数为1 A
B.原线圈中输入的功率为220 W
C.副线圈中电压表在t= s时的读数为220 V
D.副线圈中输出交变电压频率为25 Hz
解析 由u1=220sin (100πt) V知,交流电频率为50 Hz,原线圈两端电压有效值U1=220 V,设副线圈两端电压为U2,由U1∶U2=n1∶n2,可得U2=110 V,副线圈中电压表的读数为交流电压的有效值U2=110 V,故选项C、D错误;副线圈中输出的功率为P=U/R=220 W,理想变压器的输入功率等于输出功率,U/R=U1I1,得原线圈中电流表的读数I1=1 A,选项A正确、B错误。
答案 A
6.(多选)一个小型电风扇的电路简化后如图5-4-13所示,其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n,原线圈接电压为U的交流电源,输出端接有一只电阻为R的灯泡L和风扇电动机D,电动机线圈电阻为r。接通电源后,电风扇正常运转,测出通过风扇电动机的电流为I,则下列说法正确的是
图5-4-13
A.风扇电动机D两端的电压为Ir
B.理想变压器的输入功率为+
C.风扇电动机D输出的机械功率为-I2r
D.若电风扇由于机械故障被卡住不转时,通过原线圈的电流为
解析 由变压器变压公式知,副线圈两端电压U2=,选项A错误;PL=,PD=IU2=,P出=PD+PL=+,而理想变压器,P入=P出,选项B正确;D输出的机械功率P′=IU2-I2r=-I2r,选项C正确;电风扇不转时,通过电风扇的电流ID=,副线圈电流I2=+,由=n,得I1=,选项D错误。
答案 BC
7.如图5-4-14所示,理想变压器原、副线圈匝数比为1∶2,两端分别接有四个阻值相同的灯泡,已知4盏灯均能发光,则L1和L2的功率之比为
图5-4-14
A.1∶1 B.1∶3
C.9∶1 D.3∶1
解析 由题意知原、副线圈电压之比为1∶2,又灯泡电阻相等且正常发光,则灯泡2、3、4的额定功率相同,电流相同为I;由于电流与匝数成反比,所以原、副线圈中电流之比为2∶1,所以灯泡L1电流为3I,根据P=I2R知,L1和L2的功率之比为9∶1,故选C。
答案 C
?题组三 变压器电路的动态分析
8.(多选)如图5-4-15所示,某理想变压器的原线圈接一交流电,副线圈接如图所示电路,开关S原来闭合,且R1=R2,现将S断开,那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I、电阻R1上的功率P1及该变压器原线圈的输入功率P的变化情况正确的是
图5-4-15
A.U增大 B.I增大
C.P1减小 D.P减小
解析 开关S由闭合到断开时,负载的总电阻变大,变压器的输出电压U2不变,则输出电流I2变小,R上的电压变小,R1上的电压变大,电阻R1上的功率P1==,R1不变,U变大,则P1增大,故A正确、C错误;由电流与匝数的关系可知电流表的示数I减小,B错误;输出电功率P出=I2U2,U2不变,I2减小,则P出减小,输入功率等于输出功率,所以D正确。
答案 AD
9.如图5-4-16所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器),R表示输电线的电阻,则
图5-4-16
A.用电器增加时,变压器输出电压增大
B.要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑
C.用电器增加时,输电线的热损耗减少
D.用电器增加时,变压器的输入功率减小
解析 由于变压器原、副线圈的匝数不变,而且输入电压不变,因此增加负载不会影响输出电压,故A错误;根据变压器原理可知输出电压U2=U1,当滑动触头P应向上滑时,n2增大,所以输出电压增大,故B正确;由于用电器是并联的,因此用电器增加时总电阻变小,输出电压不变,总电流增大,故输电线上热损耗增大,故C错误;用电器增加时总电阻变小,总电流增大,输出功率增大,所以输入功率增大,故D错误。
答案 B
10.如图5-4-17所示,用理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,变压器降压后用总电阻为R的输电线对用电器供电,设两个灯泡的电阻相同,且都在发光,若将滑动变阻器的滑片P向N移动,会出现的现象是
图5-4-17
A.电流表的示数变大,灯泡L1、L2均变暗
B.电流表的示数变小,灯泡L1、L2均变暗
C.电流表的示数变大,灯泡L1变亮,L2变暗
D.电流表的示数不变,灯泡L1变暗,L2变亮
解析 副线圈输出电压不变,滑动变阻器的滑片P向N移动的过程中,并联部分电阻减小,副线圈中的电流增大,但因为灯泡L2两端的电压减小,所以通过灯泡L2的电流减小,又因为总电流增大,所以通过灯泡L1的电流增大,即灯泡L1变亮,灯泡L2变暗。副线圈上的电流增大,根据I1=I2可知,输入电流变大,电流表的示数变大。
答案 C
11.(多选)调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图5-4-18所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,CD之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压,图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,CD两端接恒压交流电源,变压器可视为理想变压器,以下说法正确的是
图5-4-18
A.当滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变大,电压表读数变大
B.当滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变大
C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变小,电压表读数变大
D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变小
解析 当滑动触头P逆时针转动时,相当于增加了副线圈的匝数,而原线圈匝数保持不变,根据=可知,输出电压增大,其他因素不变时,电压表读数变大,电流表读数变大。当线圈匝数不变而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时,输出电压不变,总电阻减小,则总电流增大,R1两端电压增大,R2两端电压减小,电压表读数变小,流过R2的电流减小,因此,流过R3的电流增大,电流表读数变大。
答案 AD
?题组四 几种变压器的使用
12.如图5-4-19所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图,它是一个可调压的理想变压器,其中接入交流电的电压有效值U0=220 V,n0=2 200匝,挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1 100匝、2 200匝,电动机M的内阻r=4 Ω,额定电压为U=220 V,额定功率P= 110 W。下列判断正确的是
图5-4-19
A.当选择挡位3时,电动机两端电压为110 V
B.当挡位由3变换到2时,电动机的功率增大
C.当选择挡位2时,电动机的热功率为1 W
D.当选择挡位4时,电动机的输出功率为110 W
解析 由电压与匝数的关系U0∶U3=n0∶n3,解得U3=110 V,A正确;当挡位由3变换到2时,输出电压减小,电动机的功率减小,B错误;当没有达到额定功率时,热功率小于1 W,C错误;在额定功率的情况下,电动机的额定电流为I==0.5 A,热功率Pr=I2r=1 W,输出功率为P-Pr=(110-1) W=109 W,D错误。
答案 A
13.(多选)为了监测变电站向外输电情况,要在变电站安装互感器,其接线如图5-4-20所示,两变压器匝数分别为n1、n2和n3、n4,a和b是交流电表,则
图5-4-20
A.n1>n2
B.n3>n4
C.a为交流电流表,b为交流电压表
D.a为交流电压表,b为交流电流表
解析 由电路连接方式可知,左图是电压互感器,把高电压经过变压器降压后测量,所以n1>n2,a为交流电压表,右图为电流互感器,把大电流经过变压器变为小电流再测量,所以n3<n4,b为交流电流表。
答案 AD
14.变压器副线圈电路中有电阻R=7.26 Ω,消耗功率为6 W。另有一匝线圈接有电压表,读数U0=50 mV。原线圈两端电压为u=311sin (100πt) V。求原、副线圈的匝数和铁芯内的磁通量变化率的表达式(如图5-4-21所示)。
图5-4-21
解析 由题中条件可知该变压器每匝线圈感应电压有效值为50 mV。由P2=可得U2=6.6 V,即可得n2==132。由原线圈上电压表达式可知交流电压U1的有效值为U1=220 V,再由=得原线圈匝数n1=4 400。
铁芯内磁通量的变化率即单匝线圈的感应电动势,其最大值为0.05 V,表达式为
=0.05sin 100πt(Wb/s)。
答案 原线圈匝数为4 400 副线圈匝数为132
=0.05sin 100πt(Wb/s)
课件43张PPT。第4节 变压器[学习目标]
1.通过实验观察,了解变压器的构造。
2.理解变压器的工作原理。
3.通过实验探究变压器的电压与匝数的关系。
4.明确理想变压器的输入功率与输出功率之间的关系,由此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,与电源连接的线圈叫_________,与负载连接的线圈叫________。
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.变压器的作用:改变________电流的电压。原线圈副线圈互感磁场感应电动势交变二、电压与匝数的关系
1.理想变压器:没有____________的变压器叫作理想变压器,它是一个理想化模型。能量损失电压比 匝数比 3.两类变压器
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。降压升压判断下列说法的正误。
1.变压器中的铁芯必须闭合( )
2.变压器的工作原理是互感( )
3.变压器能改变所有电源的电压( )
4.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。( )[自主思考]×√×√5.理想变压器是一个理想化模型。( )
6.学校中用的变压器工作时没有能量损失( )
7.理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流,还可以改变交变电流的功率和频率( )√××1.理想变压器的特点
(1)原、副线圈的电阻不计,不产生热量。
(2)变压器的铁芯无漏磁,原、副线圈磁通量无差别。
(3)变压器自身的能量损耗不计,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。考点一 理想变压器的基本规律[例 1]  如图5-4-1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”的灯泡一只,且灯泡正常发光。则图5-4-1[思路引导][答案] C方法总结 解决变压器问题时抓住原、副线圈“功率相等”是关键,很多情况下利用原、副线圈的功率关系能使问题得到快速解决。[变式训练]图5-4-2答案 B考点二 理想变压器的动态分析2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1;
(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。[例 2] 如图5-4-3所示,理想变压器原线圈输入电压u=Um sin ωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是图5-4-3A.I1和I2表示电流的瞬时值
B.U1和U2表示电压的最大值
C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大
D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小[思路引导]
①抓住哪些量不变。
②注意原副线圈各量间的决定关系。[答案] C方法总结
理想变压器动态问题的处理方法
(1)首先抓住三个决定原则:输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率P2决定输入功率P1。
(2)把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻变化。
(3)根据闭合电路的欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化。
(4)根据理想变压器的变压规律、交流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。2.(多选)如图5-4-4所示为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈上的电压,则[变式训练]图5-4-4A.保持U1及P的位置不变,S由a合到b时,I1将增大
B.保持P的位置及U1不变,S由b合到a时,R消耗的功率将减小
C.保持U1不变,S合在a处,使P上滑,I1将增大
D.保持P的位置不变,S合在a处,若U1增大,I1将增大答案 ABD1.两类常见情况
(1)用电器与原线圈串联,如图5-4-5甲所示。
(2)用电器与原线圈并联,如图5-4-5乙所示。考点三 变压器输入电路问题的分析图5-4-52.基本关系
(1)图甲中:IR=I1,U=UR+U1。
(2)图乙中:I=IR+I1,U=UR=U1。[例 3] 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图5-4-6所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则图5-4-6[答案] A误区警示
1.对用电器与原线圈串联的情况:
(1)原线圈的输入电压不等于电源电压;
(2)电源的输出功率不等于变压器的输出功率,一般以电流作为线索求解。
2.对用电器与原线圈并联的情况:
(1)电源电流不等于原线圈中电流;
(2)电源的输出功率不等于变压器的输出功率,一般以电压为线索求解。3.(2016·全国Ⅰ卷)一含有理想变压器的电路如图5-4-7所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω,A为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为[变式训练]图5-4-7答案 B[课堂回顾 知识小结]本节结束
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