教科版高中物理選修3-2第二章交變電流6變壓器教案教學(xué)設(shè)計(jì)

1、1 11 2教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫學(xué)案 6變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器，理解變壓器的工作原理.2.掌握理 想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系并能用它解決相關(guān)問題.3.掌握理想變壓器的功率關(guān)系，并能推 導(dǎo)出原、副線圈的電流關(guān)系1 當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象，稱為互感利用 互感現(xiàn)象，可以把能量從一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈2 電流在一段電路上做功的功率 p 等于電流 i 與這段電路兩端的電壓 u 的乘積，即 pui.一、變壓器的結(jié)構(gòu)與原理1 變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈組成的，與交流電源連接的線圈叫原線圈， 也叫初級線

2、圈，與負(fù)載連接的線圈叫副線圈，也叫次級線圈2 變壓器的原、副線圈并不相連，電能從原線圈通過磁場傳輸給副線圈二、變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系u n理想變壓器原、副線圈兩端的電壓跟它們的匝數(shù)成正比，即 .u n2 2三、電流與匝數(shù)的關(guān)系i n理想變壓器原、副線圈中的電流 i 、i 與它們的匝數(shù) n 、n 的關(guān)系： .1 2 1 2 i n2 1四、電壓互感器和電流互感器1 電壓互感器是一種降壓變壓器，它的初級并聯(lián)在高壓交流線路上，次級則與交流電壓表 相連2 電流互感器是一種升壓變壓器，它的原線圈串聯(lián)在被測交流電路中，副線圈與交流電流 表相連.一、變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系問題設(shè)計(jì)把兩個(gè)沒有導(dǎo)線相連

3、的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線圈通過開關(guān)連到交流電源的兩 端，另一個(gè)線圈連到小燈泡上(如圖 1 所示)教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫tt1 1t e n11 11 2 3教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫圖 1(1) 小燈泡能發(fā)光嗎？為什么？(2) 若小燈泡發(fā)光，那么小燈泡兩端電壓與什么因素有關(guān)？(3) 若將原線圈接到恒定的直流電源上，小燈泡亮不亮？分析討論小燈泡亮或不亮的原因答案(1)能發(fā)光，當(dāng)左邊線圈加上交變電壓時(shí)，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在左、右線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢， 右線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會發(fā)光

4、 (2)左、右線圈中每一圈上磁通量的變化率 都相同，若左邊匝數(shù)為 n ，則 e n ；若1 1 1 e n右邊匝數(shù)為 n ，則 e n ，故有 ；若忽略左邊線圈的電阻，則有 e e ，這樣2 2 2 1 電源2 2n看來小燈泡兩端電壓與左側(cè)交流電源電動(dòng)勢及兩線圈匝數(shù)比 都有關(guān)系n2(3)不亮原線圈接到恒定直流電源上，通過原線圈的電流的大小、方向均不變，它產(chǎn)生的 磁場通過副線圈的磁通量不變，因此在副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，副線圈兩端沒有電壓， 所以小燈泡不亮這種現(xiàn)象說明，變壓器不能改變恒定電流的電壓要點(diǎn)提煉1 互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)因此變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作 用(后兩

5、空填“變化”或“恒定”)2 變壓器不能(填“能”或“不能”)改變交變電流的頻率3 變壓器中的電壓關(guān)系：u n(1)只有一個(gè)副線圈： .u n2 2u u u(2)有多個(gè)副線圈： n n n1 2 34原、副線圈的地位(1) 原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載(2) 副線圈在其所處回路中充當(dāng)電源二、理想變壓器中的功率關(guān)系及電流關(guān)系問題設(shè)計(jì)1什么是理想變壓器？理想變壓器原、副線圈中的功率有什么關(guān)系？答案 理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線 圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率， 即 p p入 出教科版高中物理必修高考必刷知識

6、點(diǎn)及題庫1221 212 112 2教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫2若只有一個(gè)副線圈，原、副線圈中的電流與匝數(shù)有什么關(guān)系？答案 由能量守恒定律，有 p p ，即 u i u i .入 出 1 1 2 2i u n所以 i u n .2 1 13若有多個(gè)副線圈時(shí)，電流與匝數(shù)間的關(guān)系是什么？答案 若有多個(gè)副線圈 p p p ，即 u i u i u i 1 2 3 1 1 2 2 3 3將 u u u n n n 代入得1 2 3 1 2 3n i n i n i 1 1 2 2 3 3要點(diǎn)提煉1理想變壓器的特點(diǎn)：(1) 變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁；無發(fā)熱損失(2) 原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即無能量損

7、失實(shí)際變壓器(特別是大型變壓器)一般可以看成理想變壓器2功率關(guān)系：p p入 出3電流關(guān)系：i n(1)若只有一個(gè)副線圈，有 i u i u ，即 .1 1 2 2 i n2 1(2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí) i u i u i u 1 1 2 2 3 3得 i n i n i n 1 1 2 2 3 3三、理想變壓器中各量的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析1變壓器工作時(shí)的制約關(guān)系n(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比( )一定時(shí)，輸入電壓 u 決定輸出電壓 u ，即n 1 22n uu .2 n1(2)功率制約：p 決定 p ，p 增大，p 增大；p 減小，p 減小，p 為 0，p 為 0.出 入 出 入 出

8、 入 出 入n(3)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比( )一定，且輸入電壓 u 確定時(shí)，副線圈中的n 12n i輸出電流 i 決定原線圈中的電流 i ，即 i .2 1 1 n12 對理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，負(fù)載電阻變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是 ri p p i ；2 出 入 1(2)負(fù)載電阻不變，匝數(shù)比變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是 n 、n u i p p i .1 2 2 2 出 入 1一、對變壓器的原理的理解例 1關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是 ( )a 通過正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變b 穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都相等

9、c 穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫m1 1m11 22221 2教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫d原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈解析 i 變化，則磁場變化，由于面積 s 不變，故 變化，a 錯(cuò)誤因理想變壓器無漏磁， 故 b、c 正確原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，故 d 錯(cuò)答案 bc二、理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用例 2理想變壓器連接電路如圖 2 甲所示，已知原、副線圈匝數(shù)比為 101，當(dāng)輸入電壓波形如圖乙時(shí)，電流表讀數(shù)為 2 a，則( )a電壓表讀數(shù)為 282 v圖 2 b電壓表讀數(shù)為 28.2 vc輸入功率為 56.4

10、w d輸入功率為 40 wu u n解析 由題圖乙可知，u 282 v，則輸入電壓有效值 u 200 v根據(jù) 知，u2 u2 n2 2i n20 v，再根據(jù) 知，i 0.2 a，輸入功率 pu i 40 w，故 a、b、c 錯(cuò)，d 正確i n 1 1 12 1答案 d三、理想變壓器中的動(dòng)態(tài)分析例 3如圖 3 所示為一理想變壓器，k 為單刀雙擲開關(guān)，p 為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，u1為加在原線圈兩端的交變電壓，i 為原線圈中的電流，則( )1圖 3a保持 u 及 p 的位置不變，k 由 a 扳向 b 時(shí)，i 將增大1 1b保持 u 及 p 的位置不變，k 由 b 扳向 a 時(shí)，r 消耗的功率減小1

11、c保持 u 不變，k 接在 a 處，使 p 上滑，i 將增大1 1d保持 p 的位置不變，k 接在 a 處，若 u 增大，i 將增大1 1n n解析 保持 u 及 p 的位置不變，k 由 a 扳向 b 時(shí)，n 減小， 增大，由 u u 知 u 變1 1 n 2 n 1 21 1大，則輸出電流 i 增大，輸出功率增大，輸入功率也增大，由 p u i 知，i 增大，a 正確同2 1 1 1 1理，k 若由 b 扳向 a，r 消耗功率將減小，b 正確u 不變，k 接在 a 處，使 p 上滑時(shí)，i1 2減小，i 也減小，故 c 錯(cuò)保持 p 的位置不變，k 接在 a 處，使若 u 增大，則 u 也增大，

12、1 1 2u i n即 i 增大，又 ，故 i 也應(yīng)增大，故 d 正確2 r i n 12 1答案 abd教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫1(對變壓器原理的理解)如圖 4 所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比 n n 41，當(dāng)1 2導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速切割磁感線時(shí)，電流表 的示數(shù)是 12 ma，則副線圈中電流表 的示 數(shù)是( )a3 mac零圖 4b48 mad與 r 阻值有關(guān)答案 c解析 當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電流是恒定的電流，不會使副線圈的磁通量 變化，因而副線圈中無感應(yīng)電流，選項(xiàng) c 正確2(理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用)如圖 5 所示

13、，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201，兩個(gè) 標(biāo)有“12 v,6 w”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當(dāng)兩燈泡都正常工作時(shí)，原線圈電路中電 壓表和電流表(可視為理想電表)的示數(shù)分別是 ( )a120 v,0.10 a c120 v,0.05 a圖 5 b240 v,0.025 a d240 v,0.05 a答案 d6解析 燈泡正常工作，副線圈電壓 u 12 v ，副線圈電流 i 2 a1 a ，根據(jù)匝數(shù)比2 2 121得原線圈電流 i i 0.05 a，原線圈電壓 u 20u 240 v，選項(xiàng) d 正確1 20 2 1 23(理想變壓器中的動(dòng)態(tài)分析)如圖 6 所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為 10

14、1，b 是教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想交流電表，從某時(shí)刻開始在原線圈兩端加上交 變電壓 u，其瞬時(shí)值表達(dá)式為 u220 2 sin (100t) v，現(xiàn)把單刀雙擲開關(guān)與 a 連接，則( )圖 6a 電壓表的示數(shù)為 22 vb 流過滑動(dòng)變阻器的電流的方向每秒改變 100 次c 在滑動(dòng)變阻器的觸頭 p 向上移動(dòng)的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)均變大d 若把單刀雙擲開關(guān)由 a 扳向 b 時(shí)，保持滑動(dòng)變阻器的觸頭 p 不動(dòng)，電壓表示數(shù)變大，電 流表的示數(shù)變小答案 ab解析 理想變壓器可以變壓、變流，但不改變功率和頻率

15、；由交變電壓的表達(dá)式可知，該交 變電壓的頻率為 50 hz，而產(chǎn)生交變電壓的線圈每轉(zhuǎn)一圈，其電流變向兩次，故b 正確；電 壓表的讀數(shù)是有效值，根據(jù)理想變壓器的變壓比等于匝數(shù)比可知，該電壓表的讀數(shù)為22 v， a 正確；滑動(dòng)變阻器的觸頭 p 向上移動(dòng)，其接入電路的阻值減小，而變壓器兩端的電壓不 變，則電壓表的讀數(shù)不變，副線圈中的電流變大，則電流表的讀數(shù)變大，c 錯(cuò)誤；單刀雙擲u u開關(guān)由 a 扳向 b，變壓器的原線圈的有效匝數(shù)減小，由 可知，u變大，變壓器的輸n n1 2出功率和輸入功率變大，故電壓表和電流表的讀數(shù)都變大，d 錯(cuò)誤題組一 對變壓器原理的理解1如圖所示四個(gè)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓的是 (

16、 )答案 d解析 變壓器只能對交變電流變壓，不能對直流變壓，故a、b 錯(cuò)誤；由于電壓與線圈匝數(shù) 成正比，所以，c 錯(cuò)誤，只有 d 能實(shí)現(xiàn)升壓2理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 101，以下說法中正確的是( )a穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是 101教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫2教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫b 穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等c 原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢瞬時(shí)值之比為 101d 正常工作時(shí)原、副線圈的輸入、輸出功率之比為 11答案 bd解析 對于理想變壓器，認(rèn)為無磁通量損失，因而穿過兩個(gè)線圈每一匝的磁通量相同，磁通 量的變化率相同，每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)

17、勢相等，電壓與匝數(shù)成正比理想變壓器沒有能 量損失，故輸入功率等于輸出功率題組二 理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用3如圖 1 所示，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為 n 1 100 匝，接電壓 u 220 v 的交流電，1 1副線圈接“20 v 10 w”的燈泡，燈泡正常發(fā)光，可知 ( )圖 1a副線圈的匝數(shù) n 200 匝2b副線圈中的電流 i 0.5 a2c 原線圈中的輸入功率為 10 wd 原線圈中的電流 i 0.1 a1答案 bc解析 本題考查變壓器的知識意在考查學(xué)生對變壓器知識的理解由于理想變壓器的電壓 比等于匝數(shù)比，副線圈匝數(shù) n 100 匝，a 錯(cuò)誤；理想變壓器的原、副線圈的功率相等所2以原線圈

18、的輸入功率為 10 w，c 正確；由功率 pui 可得副線圈中的電流 i 0.5 a，原線2n圈中的電流 i i 0.045 a，b 正確，d 錯(cuò)誤1 n 214.如圖 2 所示，理想變壓器的原線圈接在 u220 2 sin (100t) v 的交流電源上，副線圈接 有 r55 的負(fù)載電阻原、副線圈匝數(shù)之比為 21.電流表、電壓表均為理想電表，下列 說法中正確的是( )圖 2a原線圈中電流表的讀數(shù)為 1 a b原線圈中的輸入功率為 220 2 w c副線圈中電壓表的讀數(shù)為 110 2 v d副線圈中輸出交流電的周期為 50 s教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫331 21 11 2教科版高

19、中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫答案 a解析 先計(jì)算副線圈的電壓的有效值，原線圈電壓的有效值為 220 v，根據(jù)匝數(shù)比可以得到 副線圈的電壓的有效值為 110 v，根據(jù)負(fù)載電阻的大小可以知道副線圈中電流為 2 a ，根據(jù) 原、副線圈的輸入功率和輸出功率相等可以知道原線圈中輸入功率為 220 w，電流有效值為 1 a副線圈中輸出交流電的周期與原線圈相同為 0.02 s.5一臺理想降壓變壓器從 10 kv 的線路中降壓并提供 200 a 的負(fù)載電流已知兩個(gè)線圈的 匝數(shù)比為 401，則變壓器的原線圈電流、輸出電壓及輸出功率是( )a 5 a,250 v,50 kwb 5 a,10 kv,50 kwc

20、200 a,250 v,50 kwd 200 a,10 kv,210 kw答案 ai n 1 u n u n 1010 1解析 由 得：i 200 a5 a；由 得：u v250 v； i n 1 40 u n 2 n 402 1 2 2 1由理想變壓器功率關(guān)系得：p p u i u i 200250 w50 kw.故正確選項(xiàng)為 a.入 出 1 1 2 26圖 3 甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是( )圖 3a線圈匝數(shù) n n ，n n ，n n1 2 3 4c甲圖中的電表是電壓表，輸出端不可短路 d乙圖中的電表是電流表，輸出端不可斷路 答案 cd解析題圖甲中的原線圈

21、并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器， n n ，題圖甲中1 2的電表為電壓表；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器，n n ，3 4題圖乙中的電表為電流表，故選項(xiàng) c、d 正確7.如圖 4 所示，一只理想變壓器原線圈與頻率為 50 hz 的正弦交變電源相連，兩個(gè)阻值均為 20 的電阻串聯(lián)后接在副線圈的兩端圖中的電流表、電壓表均為理想交流電表，原、副 線圈分別為 200 匝和 100 匝，電壓表的示數(shù)為 5 v則 ( )教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫1 21 12教科版高中物理必修高考必刷知識點(diǎn)及題庫圖 4a 電流表的讀數(shù)為 0.5 ab 流過電阻的交變電流的頻

22、率為 100 hzc 交變電源的輸出電壓的最大值為 20 2 vd 交變電源的輸出功率為 2.5 w答案 cdu解析 根據(jù)歐姆定律可得副線圈中的電流 i 0.25 a，根據(jù)理想變壓器原、副線圈中的2 ri n電流與匝數(shù)的關(guān)系 可解得，i 0.125 a，a 錯(cuò)誤；理想變壓器原、副線圈中的交變電i n 12 1流的頻率相同，都為 50 hz，b 錯(cuò)誤；副線圈輸出電壓的有效值為 10 v根據(jù)正弦交變電流u n的最大值和有效值的關(guān)系可得其最大值應(yīng)為 u 10 2 v原、副線圈電壓比為 ，2m u n2 2可得交變電源輸出電壓的最大值為 u 20 2 v，c 正確；對于理想變壓器，交變電源的1m5輸出

23、功率等于變壓器副線圈負(fù)載消耗的功率，p2 w2.5 w，故 d 正確20題組三 理想變壓器中的動(dòng)態(tài)分析8如圖 5 所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡 l 和 l ，輸電線1 2的等效電阻為 r.開始時(shí)，開關(guān) s 斷開當(dāng)開關(guān) s 接通時(shí)，以下說法中正確的是 ( )圖 5a 副線圈兩端 m、n 的輸出電壓減小b 副線圈輸電線等效電阻 r 上的電壓增大c 通過燈炮 l 的電流減小1d原線圈中的電流增大答案 bcd解析 由于輸入電壓不變，所以當(dāng) s 接通時(shí)，理想變壓器副線圈 m、n 兩端輸出電壓不變并聯(lián)燈泡 l ，總電阻變小，由歐姆定律知，流過 r 的電流增大，電阻上的電壓 u ir 增大2 r副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率 i u i u 得，i 增大，原線圈輸入電流1 1 2 2 2i 也增大1u 不變，u 變