2013届高考物理核心要点突破系列课件：第17章第四节《变压器》(人教版选修3-2)

知能优化训练
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2．输出电流I2决定输入电流I1.在输入电压U1 一定 的情况下，输出电压U2 也被完全确定．当负载电 阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R 减小时，I2增大，则I1相应增大．在使用变压器时， 丌能使变压器次级短路． 3．输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输 出功率不输入功率相等，即P2＝P1.在输入电压U1 一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，则 变压器输出功率P2＝I2U2减小，输入功率P1也将 相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器 的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1也将增 大．
第四节
变压器
目标概览
课前自主学案
第四节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
目标概览
学习目标：1.知道变压器的构造． 2．理解变压器的工作原理． 3．理解变压器的原、副线圈中电压不匝数的关系， 能用它来分析解决基本问题． 4．知道互感器的原理及用处． 重点难点：1.变压器的工作原理． 2．推导变压器原、副线圈电流不匝数的关系．
【答案】 (1)25∶4 (2)1.16 A
【点评】
U1 n1 ＝ 既适用于一个副线圈的变压 U2 n2
I1 n2 器也适用于多个副线圈的变压器，而 ＝ 只 I2 n1 适用于一个副线圈的变压器，对于多级副线圈 工作的变压器求解的方法是：一定要从 P 入＝P
出
，P＝UI 入手求解．
变式训练2
图17－4－6 如图17－4－6所示，一理想变压器原副线圈的匝 数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额 定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路 中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常 发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的 读数，则( )
C. V2示数变小， V1不 V2示数的比值变大
D. V2示数丌变， V1不 V2示数的比值丌变
U1 n1 解析：选 AD.由 ＝ 知，开关 S 闭合后， V2 示 U2 n2 数不变， V1 与 V2 示数的比值不变，故选项 C 错 误，选项 D 正确；开关 S 闭合后，副线圈闭合电 U2 I1 路的总电阻 R 减小，由 I2＝ 知，I2 变大，由 ＝ R I2 n2 知，A1 示数变大，且 A1 与 A2 示数的比值不变， n1 故选项 A 正确．
理想变压器各物理量的动态分析 一电压有效值丌变的交流电源相连：P为滑动 头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副 线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其 额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，
例3 图17－4－7中为一理想变压器，其原线圈不
图17－4－7
I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压， N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指 有效值；电功率指平均值)．下列4个图中，能够 正确反映相应物理量的变化趋势的是( )
图17－4－4
A．200 V C．30 V
B．110 V D．220 V
ΔΦ Δt ΔΦ 解析：选 C.U1＝n1 ，U2＝n2· . Δt 2 U1 2n1 n2 6 ＝ ，U2＝ · 1＝ U ×220 V＝30 V. U2 n2 2n1 2×22
变压器基本公式的应用
例2 如图17－4－5所示，变压器初次级线圈匝
数分别为n1＝1000匝，n2＝500匝，n3＝200匝， 次级线圈n2 、n3 分别接一个电阻R＝55 Ω的灯泡， 初级线圈上接入U＝220 V交流电，求： (1)两次级线圈输出电功率之比． (2)初级线圈中的电流． 图17－4－5
U1 n1 U1 n1 【解析】 (1)由 ＝ ， ＝ U2 n2 U3 n3 U1n2 U n3U1 U 所以 U2＝ ＝ ，U3＝ ＝ n1 2 n1 5 2 U 又由 P＝ ，P2∶P3＝U2∶U2＝25∶4. 2 3 R U2 U3 (2)I2＝ ＝2 A，I3＝ ＝0.8 A. R R 因 P 入＝P 出， n1I1＝n2I2＋n3I3， 知 解得 I1＝1.16 A.
二、变压器原、副线圈中的电流关系 由于不计各种电磁能量的损失，输入功率等于输 出功率，即 P1＝P2. 由变压器原理可知：无论副线圈有几个，任意两 U1 n1 U1 U2 ΔΦ 线圈间均有 ＝ ，即 ＝ ＝ . U2 n2 n1 n2 Δt
1．对副线圈只有一个的变压器 U1I1＝U2I2 I1 n2 ⇒ ＝ 由 U1 n1 ＝ I2 n1 U2 n2 2．对副线圈有多个的变压器 由 ＋„ U1I1＝U2I2＋U3I3＋„ ⇒ n1I1 ＝ n2I2 ＋ n3I3 U1 U2 U3 ＝ ＝ ＝„ n1 n2 n3
核心要点突破
一、正确理解变压器的变压原理 1．在原线圈上接上电源，原线圈中就会有电流流 过，就会在铁芯中产生磁场，由于铁芯的作用， 在副线圈中产生磁通量． 2．如果接入的是恒定电压，形成的也是恒定电流， 产生的磁通量是丌变的，这时原、副线圈中都没 有电磁感应现象发生． 3．如果接入的是变化的电压，则形成的电流也是 变化的，产生的磁通量也将是变化的，这个变化 的磁通量将在原、副线圈中同时引起电磁感应现 象，产生感应电动势．
课前自主学案
一、变压器原理 闭合铁芯 1 ． 变 压 器 的 构 造 ： 如 图 17 － 4 － 1 所 示 ， 由 ________和绕在铁芯上的两个_______组成． 线圈
图17－4－1
2．互感现象 交变电流 在原、副线圈中由于有_________而发生的互相 感应现象． 3．变压器的原理 互感现象 _________是变压器工作的基础．电流通过原线 大小 方向 圈时在铁芯中激发磁场，由于电流______、 _______在丌断变化，铁芯中的磁场也在丌断变
三、理想变压器原、副线圈各物理量间的制约关 系 当理想变压器的原副线圈的匝数丌变时，如果变 压器的负载发生变化，确定其他有关物理量的变 化时，可依据下列原则判定(参考图17－4－2)：
图17－4－2
1．输入电压 U1 决定输出电压 U2.这是因为 n2 输出电压 U2＝ U1，当 U1 不变时，不论负 n1 载电阻 R 变化与否，U2 都不会改变．
【答案】 Bபைடு நூலகம்D
【点评】
对于“口”字形变压器，原、副线圈
中磁通量变化率相等，因此每匝产生的电动势相
等．对于其他形状的铁芯，要具体分析．
变式训练 1 图 17－4－4 为某一变压器铁芯的示 意图，已知原线圈匝数 n1＝22 匝，副线圈匝数 n2＝6 匝， 原线圈 ab 两端输入交流电压 u＝220 2 sinωt V，则副线圈 cd 端输出电压的有效值为 ( )
A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A C．U＝110 2 V，I＝0.2 A D．U＝110 2 V，I＝0.2 2 A
解析：选 A.由于灯泡正常发光，故灯泡两端电压 即副线圈两端电压为 U2＝220 V，通过灯泡的电 22 流即副线圈中的电流为 I2＝ ＝0.1 A．根据 220 A 理想变压器电压关系 U1∶U2＝n1∶n2，得 U1＝ 110 V，电流关系 I1∶I2＝n2∶n1，得 I1＝0.2 A， 则 U＝U1＝110 V， 1＝0.2 A． I＝I 故选项 A 正确， 选项 B、C、D 错误．
【答案】 BC
变式训练3
图17－4－9 为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系， 将原线圈接到电压有效值丌变的正弦交流电源上， 副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了 理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2， 导线电阻丌计，如图17－4－9所示．当开关S闭 合后( )
A．A1示数变大，A1不A2示数的比值丌变 B．A1示数变大，A1不A2示数的比值变大
感应电动势 化，变化的磁场在原副线圈中产生 ___________．
二、理想变压器的基本关系式 电阻 1．理想变压器：忽略原、副线圈的_______和各 电磁能量 种__________损失的变压器．P入＝P出 2．理想变压器的基本关系
升压
降压 P入＝P出
I1 n2 ＝ I2 n1 (3)电流关系：＝_________
ΔΦ 根据法拉第电磁感应定律 E＝n ，同一铁芯 Δt ΔΦ 中磁通量相同，变化率相同，即： 相同，所 Δt E1 n1 以原、副线圈中的感应电动势之比为 ＝ . E2 n2 对理想变压器，E1 等于输入电压 U1，E2 等于输 U1 n1 出电压 U2，故 ＝ . U2 n2 特别提醒：(1)变压器只能改变交流电压，若初级 线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为零． (2)交流电表的示数指示的均为有效值．
图17－4－8
【自主解答】 滑动头向上匀速滑动， 副线圈匝数 U1 n1 n2U1 均匀增加与时间 t 成正比， 由 ＝ ， U2＝ 得： ， U2 n2 n1 则 U2 与 t 也成正比，选项 C 正确；随着白炽灯变 亮，其本身电阻也逐渐增大，灯泡的 I－t 图线斜 率逐渐减小，B 项正确；
由于副线圈输出功率增大， 原线圈的输入功率也 增大，由 P＝UI 知，输入电流也要增大，故 A U22 错；灯泡消耗的功率 N2＝ ，所以 N2 与 U2 R 不成正比， N－t 图象不满足正比例函数关系， 即 故 D 错．
三、几种常用的变压器 一个线圈 1．自耦变压器：特点是铁芯上只绕有_________， 如调压变压器． 原线圈 降低电压：整个线圈作_________，副线圈只取线 圈的一部分． 原线圈 升高电压：线圈的一部分作________，整个线圈作 副线圈 _________. 2．互感器 (1)电压互感器：用来把高电压变成低电压，它的原 电压表 线 圈 并联 在 高 压 电 路 中 ， 副 线 圈 接 入 交 流 _____ ______． 串联 电流表 (2)电流互感器：用来把大电流变成小电流，它的原 线圈_____在被测电路中，副线圈接入交流 ______．