2020版高中物理 第3章 电能的输送与变压器 电能的开发与利用学案 沪科版选修3-2 7页

‎3.2　变压器为什么能改变电压 3.3　电能的开发与利用 ‎[目标定位] 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.4.了解我国电能开发与利用的现状及前景.‎ 一、变压器的原理及电压与匝数的关系 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁心上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示).连接电路，接通电源，小灯泡能发光.‎ 图1‎ ‎(1)电源和小灯泡并没有连接，小灯泡为什么会发光？‎ ‎(2)小灯泡两端电压与学生电源两端的输出电压相等吗？如果不相等与什么因素有关？‎ ‎(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论原因.‎ 答案　(1)当左边线圈加上交变电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁心中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.‎ 7‎ ‎(2)左、右线圈中每一匝线圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则E1＝n1；若右边匝数为n2，则E2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻，则有E1＝E电源，这样看来小灯泡两端电压与左侧交流电源电动势及两线圈匝数比都有关系.‎ ‎(3)不亮.因为在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以小灯泡不亮.‎ ‎[要点总结]‎ ‎1.变压器的构造：闭合铁心、与交流电源相连接的线圈叫原线圈(匝数用n1表示，又叫做初级线圈)、与负载相连的另一个线圈叫副线圈(匝数用n2表示，又叫做次级线圈)，两个线圈都绕在闭合铁心上.‎ ‎2.变压器的工作原理是电磁感应.因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.(后两空选填“变化”或“恒定”)‎ ‎3.变压器中的电压关系 ‎(1)只有一个副线圈：＝.‎ ‎(2)有多个副线圈：＝＝…‎ ‎4.变压器不能(填“能”或“不能”)改变交变电流的频率.‎ ‎5.原、副线圈的地位 ‎(1)原线圈在其所处回路中充当负载.‎ ‎(2)副线圈在其所处回路中充当电源.‎ 特别提醒：变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流.‎ 例1　(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 (　　)‎ A.通过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心流到了副线圈 答案　BC 解析　B∝I，由于面积S不变，故Φ∝I，A错误.因理想变压器无漏磁，故B、C正确.原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D错.‎ 二、理想变压器中的功率及电流关系 ‎1.什么是理想变压器？理想变压器输入与输出功率有什么关系？‎ 7‎ 答案　理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出.‎ ‎2.若只有一个副线圈时，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？‎ 答案　由能量守恒定律知P入＝P出，即U1I1＝U2I2.‎ 所以＝＝.‎ ‎3.若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？‎ 答案　若有多个副线圈P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…‎ 将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入得 n1I1＝n2I2＋n3I3＋…‎ ‎[要点总结]‎ ‎1.理想变压器的特点：‎ ‎(1)变压器铁心内无漏磁；无发热损失.‎ ‎(2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失.‎ 实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器.‎ ‎2.功率关系：P入＝P出.‎ ‎3.电流关系：‎ ‎(1)若只有一个副线圈时I1U1＝I2U2，即＝.‎ ‎(2)若有多个副线圈时I1U1＝I2U2＋I3U3＋…‎ 得I1n1＝I2n2＋I3n3＋….‎ 例2　如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB两端电压u1＝12sin 100πt(V).下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A.电流频率为100 Hz B.的读数为24 V C.的读数为‎0.5 A D.变压器输入功率为6 W 答案　D 解析　根据u1＝12sin 100πt(V)及U＝知U1＝12 V，f＝＝50 Hz，选项A错误；根据＝得U2＝U1＝×12 V＝6 V，即的读数为6 V，选项B错误；又I2＝＝ A＝‎1 A，即的读数为 7‎ ‎1 A‎，选项C错误；根据P入＝P出及P出＝＝ W＝6 W，选项D正确.‎ 三、自耦变压器和互感器 ‎1.自耦变压器如图3所示，铁心上只绕有一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用.‎ 图3‎ 规律：＝　＝.‎ ‎2.电压互感器、电流互感器 ‎(1)构造：小型变压器，如图4所示.‎ ‎(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地.‎ ‎(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压，电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流.‎ 图4‎ 例3　(多选)图5甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是(　　)‎ 图5‎ A.线圈匝数n1n2，n3>n4‎ C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路 D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路 7‎ 答案　CD 解析　题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，题图甲中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3