2017-2018学年高中物理第4章远距离输电第2节变压器教学案鲁科版选修3_2
鲁科版-选修3-2-第4章 远距离输电-第2节 变压器 优秀
变压器的学法指导
知识要点
生产、生活中使用的各种用电设备，需要的电压不是都一样的．在由统一的供电线路供电的情况下，为了适应不同的电压需要，就需有一种改变电压的设备．变压器就是这种能够改变交流电流电压的设备．有关变压器的一些知识见下表．
学法建议
本节学习时要注意应用电磁感应规律分析变压器工作原理；明确变压规律的电磁感应理论依据．求解变压器电路问题时，要特别注意各物理量变化是由什么原因引起的，这样可以从根本上分析，解决有关问题．
疑难解析
1．变压器怎样变压？
如图6，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1，n2，原线圈两端加交变电压U1，当通过闭合铁芯的磁通量发生变化时，由于原、副线圈
能量的转化关系是：电能→磁场能→电能．若忽略铜损、铁损等，则转化过程中能量守恒，因此变压器的输入功率等于输出功率P1=P2．
2．变压器能变换直流电压吗？
变压器是利用原线圈产生交变的磁通量，通过副线圈而产生感应电动势的．若原线圈中通以恒定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了．
但是，若在原线圈中通以方向不变而大小变化的脉冲电流，同样也可以达到变压的目的．汽车、摩托车内设一个特殊开关，产生脉冲电流送入变压器中，获得高电压来提供汽油机的点火电压的．。
2018版高中物理鲁科版选修3-2学案：第4章+远距离输电+习题课 变压器的应用及远距离输电问题
第4讲 习题课 变压器的应用及远距离输电问题[目标定位] 1.进一步理解变压器原理及规律.2.熟练应用变压器原、副线圈的决定因素解决动态分析问题.3.熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题．1．理想变压器原、副线圈的三个关系： P 入＝P 出，U 1U 2＝n 1n 2，I 1I 2＝n 2n 1.(一个副线圈)2．输电线上的功率损失P 损＝I 2R 线，输电线上的电压损失ΔU ＝IR 线．3．减小输电线路上功率、电压损失的途径：减小输电线的电阻、减小输电导线中的电流(即提高输电电压)．4．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压.一、理想变压器中的规律分析 1．功率关系：P 入＝P 出． 2．电压关系：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…3．电流关系：若只有一个副线圈I 1I 2＝n 2n 1.若有多组副线圈n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋… 4．变压器不改变频率 5．原、副线圈的地位(1)原线圈在原线圈回路中所处的地位是充当负载． (2)副线圈在副线圈回路中所处的地位是充当电源．例1 如图1甲所示，左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R ＝55Ω，、为理想电流表和理想电压表．若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V ，下列表述正确的是( )图1A ．电流表的示数为2AB ．原、副线圈匝数比为1∶2C ．电压表的示数为电压的有效值D ．原线圈中交变电压的频率为100Hz 答案 AC解析 由题图乙可知原线圈两端电压的有效值U 1＝220V ，由U 1U 2＝n 1n 2，可得原、副线圈匝数之比n 1n 2＝U 1U 2＝220V 110V＝2∶1，故B 错误；电流表示数与电压表示数都为有效值，故C 正确；电流表示数I ＝U R ＝11055A ＝2A ，故A 正确；由题图乙可知T ＝0.02s ，所以交变电压的频率为f ＝1T＝10.02Hz ＝50Hz ，D 错误． 针对训练1 如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u ＝U 0sin ωt 的交流电源，副线圈接一个R ＝27.5Ω的负载电阻．若U 0＝2202V ，ω＝100πrad/s ，则下述结论正确的是( )图2A ．副线圈中电压表的读数为55VB ．副线圈中输出交变电流的周期为1100πsC ．原线圈中电流表的读数为0.5AD ．原线圈中的输入功率为1102W 答案 AC解析 原线圈电压有效值为U ＝220V ，电压表读数为U 2＝2204V ＝55V ，周期T ＝2πω＝150s ，副线圈中电流I 2＝U 2R ＝2A ，原线圈中电流I 1＝I 24＝0.5A ，P ＝I 1U ＝110W.二、理想变压器电路的动态问题分析 1．首先明确变压器各物理量间的制约关系(1)输入电压U 1决定输出电压U 2：变压器原、副线圈匝数n 1、n 2确定，U 1便决定了U 2，与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线圈无关． (2)输出功率P 2决定输入功率P 1：即用多少送多少．(3)输出电流I 2决定输入电流I 1：U 2与负载电阻R 通过欧姆定律决定输出电流I 2的大小，由I 1＝n 2n 1I 2决定I 1的大小． 2．分清动态变化中哪个量变化，结合串、并联电路的特点，欧姆定律及变压器各物理量间因果关系来依次确定其他量变化．例2 如图3所示，理想变压器原线圈输入电压u ＝U m sin ωt ，副线圈电路中R 0为定值电阻，R 是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U 1和U 2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I 1和I 2表示．下列说法正确的是( )图3A ．I 1和I 2表示电流的瞬时值B ．U 1和U 2表示电压的最大值C ．滑片P 向下滑动过程中，U 2不变、I 1变大D ．滑片P 向下滑动过程中，U 2变小、I 1变小 答案 C解析 交流电表测量的是交变电流的有效值，故A 、B 皆错误；由于理想变压器的输出电压U 2＝n 2n 1U 1与负载无关，即滑片P 下滑时U 2不变，故D 错误；由I 1U 1＝U 22R 0＋R 知R 减小时I 1变大，故C 正确．针对训练2 如图4所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，开始时开关S 是断开的．现将开关S 闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( )图4A ．V 1、V 2的示数不变，A 1的示数增大，A 2的示数减小，P 入增大B ．V 1、V 2的示数不变，A 1、A 2的示数增大，P 入增大C ．V 1、V 2的示数不变，A 1、A 2的示数减小，P 入减小D ．V 1的示数不变，V 2的示数增大，A 1的示数减小，A 2的示数增大，P 入减小 答案 B解析 电压表V 1的示数由输入电压决定；电压表V 2的示数由输入电压U 1(大小等于电压表V 1的示数)和匝数比n 1n 2决定；电流表A 2的示数即I 2由输出电压U 2(大小等于电压表V 2的示数)和负载电阻R 负决定；电流表A 1的示数即I 1由变压器的匝数比n 2n 1和输出电流I 2决定；P 入随P出而变化，由P 出决定．因输入电压不变，所以电压表V 1的示数不变；据公式U 2＝n 2U 1n 1，可知U 2也不变，即电压表V 2的示数不变；又据I 2＝U 2R 负知，S 闭合后R 负减小，故I 2增大，电流表A 2的示数增大；输入电流I 1随输出电流I 2而增大，故电流表A 1的示数增大；因P 出＝U 2I 2，故P 出增大；P 入随P 出变化，故P 入也增大．可见本题的正确选项为B. 三、远距离高压输电中的损耗问题1．解决远距离输电问题时，应首先画出输电的电路图，如图5所示，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．图52．分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源．3．综合运用下面三方面的知识求解 (1)能量守恒：P 1＝U 1I 1＝U 2I 2＝P 用户＋ΔPΔP ＝I 22RP 用户＝U 3I 3＝U 4I 4.(2)电路知识：U 2＝ΔU ＋U 1 ΔU ＝I 2R .(3)变压器知识：U 1U 2＝I 2I 1＝n 1n 2U 3U 4＝I 4I 3＝n 3n 4. 其中ΔP ＝I 22R ，ΔU ＝I 2R 往往是解题的切入点．例3 某发电站通过燃烧煤来发电．发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明用户，发电机输出功率是120 kW ，输出电压是240 V ，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶25，输电线的总电阻为10 Ω，用户需要的电压为220 V ．则：(1)输电线上损耗的电功率为多少？ (2)降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？ 答案 (1)4 000 W (2)29011解析 (1)根据理想变压器的变压规律 U 1U 2＝n 1n 2 得输电电压U 2＝n 2n 1U 1＝251×240 V ＝6 000 V输电电流I 2＝P U 2＝120×1036 000A ＝20 A输电线上损失的功率P 损＝I 22r ＝202×10 W ＝4 000 W.(2)输电线上损失的电压 U 损＝I 2r ＝20×10 V ＝200 V 降压变压器原线圈两端的电压U 3＝U 2－U 损＝6 000 V －200 V ＝5 800 V 根据理想变压器的变压规律得： n 3n 4＝U 3U 4＝5 800 V 220 V ＝29011.变压器基本规律的应用1．如图6所示 ，一理想变压器的原线圈匝数为n 1＝1 100 匝，接电压U 1＝220 V 的交流电，副线圈接“20 V 10 W ”的灯泡，灯泡正常发光，可知( )图6A ．副线圈的匝数n 2＝200 匝B ．副线圈中的电流I 2＝0.5 AC ．原线圈中的输入功率为10 WD ．原线圈中的电流I 1＝0.1 A 答案 BC解析 由于理想变压器的电压比等于匝数比，副线圈匝数n 2＝100 匝，A 错误；理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为10 W ，C 正确；由功率P ＝UI 可得副线圈中的电流I 2＝0.5 A ，原线圈中的电流I 1＝n 2n 1I 2≈0.045 A ，B 正确，D 错误．变压器电路的动态问题分析2．如图7所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ( )图7A ．原线圈匝数n 1增加B ．副线圈匝数n 2增加C ．负载电阻R 的阻值增大D ．负载电阻R 的阻值减小 答案 BD解析 由U 1U 2＝n 1n 2，P 出＝U 22R可得P 出＝U 21n 22n 21R又因为P 入＝P 出，所以P 入＝U 21n 22n 21R分析可得选项B 、D 正确．3．如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶5, 原线圈两端的交变电压为u ＝202sin (100πt ) V ．氖泡在两端电压达到100V 时开始发光．下列说法中正确的有( )图8A ．开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB ．开关接通后，电压表的示数为100VC ．开关断开后，电压表的示数变大D ．开关断开后，变压器的输出功率不变 答案 AB解析 变压器不能改变交变电流的频率，T ＝2πω＝2π100πs ＝0.02s ，f ＝1T ＝50Hz.因为一个周期内氖泡发光2次，故开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz ，A 项正确； 电压表的示数是有效值， U 1＝2022V ＝20V ，U 2＝n 2n 1U 1＝100V ，B 项正确；不论开关是否断开，电压表示数不变，C 项错误；开关断开后，变压器的输出功率减小，D 项错误．远距离输电问题分析4．一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电，输电线路总电阻R线＝1kΩ，到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()A．T1原、副线圈电流分别为103A和20AB．T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D．有6×104盏灯泡(220V,60W)正常发光答案ABD解析根据题意画出输电线路示意图如图所示．对升压变压器有P1＝U1I1，可知I1＝103A，由输电线上消耗的功率ΔP＝I22R线＝400kW，可知输电线上电流为I2＝20A，A项正确；T1的变压比为I2∶I1＝1∶50；根据P＝U2I2得U2＝2×105V，输电线上电压ΔU＝I2R线＝20000V，则副线圈输入电压为U3＝U2－U线＝1.8×105V，又灯泡正常发光，可知副线圈电压U4＝220V，B项正确；T2的变压比为n3∶n4＝U3∶U4＝1.8×105∶220，C项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率P3＝P4＝U3I2＝60W·n，解得n ＝6×104，D项正确.。
2018版高中物理第4章远距离输电4.2变压器学案鲁科版选修3_
第2讲 变压器[目标定位] 1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理.2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.3.了解自耦变压器的工作原理．一、变压器的结构1．构造：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成．2．物理量：(1)与电源相连的线圈叫原线圈或初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈或次级线圈．(2)原线圈两端的电压叫输入电压，用符号U 1表示；副线圈两端的电压叫输出电压，用符号U 2表示．3．分类：按输出电压的升降，变压器分为升压变压器和降压变压器．二、变压器的工作原理1．工作原理：互感现象是变压器工作的基础．2．理想变压器：在理想变压器中，通过原、副线圈的变化磁通量相同，在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相同．三、变压器电压与匝数的关系1.＝.U 1U 2n 1n 22.＝.I 1I 2n 2n 1四、自耦变压器1．特点：是只有1个绕组的变压器．2．作用：(1)这个绕组可以当做原线圈接电源，而绕组的一部分当做副线圈接负载，成为降压变压器．(2)可以将绕组的一部分当做原线圈接电源，而将整个绕组当做副线圈接负载，成为升压变压器．想一想 1.把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图1所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图1答案 能．当左边线圈加上交流电压时，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通量，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．想一想 2.若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？答案 不发光.一、变压器“变压”的原理 电压与匝数的关系1．变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率相等，若原线圈匝数为n 1，则U 1＝n 1，副线圈匝数为n 2，则U 2＝n 2，所ΔΦΔt ΔΦΔt ΔΦΔt 以＝.U 1U 2n 1n 22．变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：＝.U 1U 2n 1n 2(2)有多个副线圈：＝＝＝…U 1n 1U 2n 2U 3n 33．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．4．变压器不改变交流电的频率例1 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芯流到了副线圈答案 BC解析 I 变化，则磁场变化，由于面积S 不变，故Φ变化，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 错误．二、理想变压器的功率关系和电流关系1．理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失．(2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失．2．理想变压器的功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，P 入＝P 出．3．电流关系(1)只有一个副线圈时，有U 1I 1＝U 2I 2，得n 1I 1＝n 2I 2，即＝.I 1I 2n 2n 1(2)当有多个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…，得n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…4．电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U 1决定输出电压U 2.(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I 2决定输入电流I 1.例2 理想变压器连接电路如图2甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A ，则( )图2A ．电压表读数为282 VB ．电压表读数为28.2 VC ．输入功率为56.4 WD ．输入功率为40 W答案 D 解析 由题图乙可知，U m ＝282 V ，则输入电压有效值U 1＝≈200 V ．根据＝知，U 2＝20 U m2U 1U 2n 1n 2V ，再根据＝知，I 1＝0.2 A ，输入功率P ＝U 1I 1＝40 W ，故A 、B 、C 错，D 正确．I 1I 2n 2n1答案 A解析 U 2＝220V ，根据U 1∶U 2＝n 1∶n 2得，U 1＝110V.I 2＝＝0.1A ，根据I 1∶I 2＝n 2∶n 1得I 1＝0.2A ．所以正确答案是A.P U2例3 如图3所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n 1∶n 2∶n 3＝10∶5∶1，其中n 1接到220V 的交流电源上，n 2和n 3分别与电阻R 2、R 3组成闭合回路．已知通过电阻R 3的电流I 3＝2A ，电阻R 2＝110Ω，求通过电阻R 2的电流I 2和通过原线圈的电流I 1.图3答案 1A 0.7A解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R 2上的电压U 2＝U 1＝×220V ＝110V n 2n 1510通过电阻R 2的电流I 2＝＝A ＝1A U 2R 2110110加在R 3上的电压U 3＝U 1＝×220V ＝22V n 3n 1110根据输出功率等于输入功率得：U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3代入数据解得通过原线圈的电流为：I 1＝0.7A.三、几种常见的变压器1．自耦变压器如图4所示，铁芯上只绕一个线圈，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4规律：＝，＝.U 1U 2n 1n 2I 1I 2n 2n 12．电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图5甲所示．(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表，为了安全，外壳和副线圈应接地．(3)作用：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．图53．电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示．(2)接法：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：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．例4 普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图6所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd，为了使电流表能正常工作，则( )图6A．ab接MN、cd接PQ，I ab＜I cdB．ab接MN、cd接PQ，I ab＞I cdC．ab接PQ、cd接MN，I ab＜I cdD．ab接PQ、cd接MN，I ab＞I cd答案 B解析 根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd 接PQ，I ab＞I cd，故B正确.变压器原理分析1．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1答案 BD解析 对于理想变压器，认为无磁通量损失，因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同，磁通量的变化率相等，每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比，故A、C错误，B正确；理想变压器没有能量损失，故输入功率等于输出功率，故D正确．理想变压器基本规律的应用2．理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )A．I1由I2决定 B．U2与负载有关C．P1由P2决定D．以上说法都不正确答案 AC3.如图7所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是( )图7A ．120V,0.10AB ．240V,0.025AC ．120V,0.05AD ．240V,0.05A答案 D解析 灯泡正常工作，副线圈电压U 2＝12V ，副线圈电流I 2＝2×A ＝1A ，根据匝数比得原线612圈电流I 1＝I 2＝0.05A ，原线圈电压U 1＝20U 2＝240V ，选项D 正确．120互感器的应用4．如图8所示，L 1和L 2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n 1∶n 2＝1000∶1，n 3∶n 4＝1∶100，图中电压表示数为220V ，电流表示数为10A ，则高压输电线的送电功率为( )图8A ．2.2×103WB ．2.2×10－2WC ．2.2×108WD ．2.2×104W答案 C解析 由电流互感器知电压输电线中电流I ＝1000A ，由电压互感器知电压U ＝220×103V ，则高压输电线功率P ＝UI ＝2.2×108W.。
2018版高中物理鲁科版选修3-2学案：第4章+远距离输电
一、变压器原理及相关电路的动态分析处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系，大致有两种情况：1．负载不变，原、副线圈匝数比改变．2．原、副线圈匝数比不变，负载改变．该类动态分析问题的思路可表示为：例1 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1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1 A ．副线圈输出电压的频率为50HzB ．副线圈输出电压的有效值为31VC ．P 向右移动时，原、副线圈的电流比减小D ．P 向右移动时，变压器的输入功率增大答案 AD解析 变压器不改变电压的频率，副线圈中的电压频率等于原线圈中的电压频率为f ＝1T＝12×10－2Hz ＝50Hz ；由U 1U 2＝n 1n 2可得副线圈中电压的最大值为31V ，故有效值为312V ；P 向右移动时，输出电压不变，电阻减小，电流增大，由于输出电流决定输入电流，输入电流也增大，由I 1I 2＝n 2n 2知，原、副线圈电流比不变；输出电压不变，输出电流增大，所以输出功率增大，变压器的输入功率等于输出功率，输入功率也增大，故正确的选项为A 、D.针对训练 图2甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝5∶1，电阻R ＝20Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图乙所示．现将S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光．下列说法正确的是( )图2A．输入电压u的表达式u＝202sin (50πt) VB．只断开S1后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W答案 D解析由输入电压u随时间t的变化关系图象可知，交变电流周期为0.02s，输入电压u的表达式u＝202sin (100πt) V，选项A错误；只断开S1后，L1、L2均不能发光，选项B错误；只断开S2后，灯泡L1、L2串联后接入电路，变压器输出电流减小，原线圈的输入功率减小，选项C错误；若S1换接到2后，变压器输出电压U＝4V，R中电流为I＝0.2A，R消耗的电功率为P＝UI＝0.8W，选项D正确．二、电能的输送解决远距离输电问题要注意以下两点：1．画出输电线路示意图：包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，在图中标出相应物理量符号．2．分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系．例2有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一个学校照明用电，如图3所示，升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻R＝4 Ω，全校共22个班，每班有“220 V,40 W”的电灯6盏，若要保证电灯全部正常发光，求：图3(1)发电机输出功率；(2)发电机电动势；(3)输电效率；(4)若使用灯数减半且正常发光，发电机输出功率是否减半．答案 (1)5 424 W (2)250 V (3)97% (4)大于一半解析 由于发电机至升压变压器、降压变压器至学校距离较短，不必考虑这两部分输电导线上的功率损耗，发电机的电动势E ，一部分降在电源内阻上，另一部分为发电机的路端电压U 1，升压变压器副线圈电压U 2的一部分降在输电线上，其余的就是降压变压器原线圈电压U 3，而U 4应为灯的额定电压U 额．(1)对降压变压器：P 3＝P 4＝U 4I 4＝nP 灯＝22×6×40 W ＝5 280 W 而U 3＝41U 4＝880 V 所以I 3＝nP 灯U 3＝5 280880A ＝6 A 对升压变压器：U 1I 1＝U 2I 2＝I 2线R ＋U 3I 3＝I 23R ＋P 3＝62×4 W ＋5 280 W ＝ 5 424 W所以，发电机的输出功率P 出＝5 424 W(2)因为U 2＝U 3＋I 线R ＝U 3＋I 3R ＝880 V ＋6×4 V ＝904 V所以U 1＝14U 2＝14×904 V ＝226 V 又U 1I 1＝U 2I 2所以I 1＝U 2I 2U 1＝4I 2＝4I 3＝24 A 故E ＝U 1＋I 1r ＝226 V ＋24×1 V ＝250 V(3)η＝P 3P 2×100%＝5 2805 424×100%＝97% (4)电灯减少一半时n ′P 灯＝2 640 W ，I 3＝n ′P 灯U 3＝2 640880A ＝3 A 所以P 出＝n ′P 灯＋I 23R ＝2 640 W ＋32×4 W ＝2 676 W ．发电机输出功率减少一半还要多，因输电线上的电流减少一半，输电线上电功率的损失减少到原来的14.。
高中物理鲁科版选修3-2第4章远距离输电第2节变压器
4.2 变压器［教学目标］：（一）知识与技能1、知道变压器的构造．知道变压器是用来改变交流电压的装置．2、理解互感现象，理解变压器的工作原理．3、掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题．4、理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题．5、理解变压器的输入功率等于输出功率．能用变压器的功率关系解决简单的变压器的电流关系问题．6、知道课本中介绍的几种常见的变压器．（二）过程与方法1、通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯．2、从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力．3、从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。
（三）情感、态度与价值观1、通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。
2、让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想．3、培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度．［教学重点］变压器工作原理及工作规律．［教学难点］（l）理解副线圈两端的电压为交变电压．（2）推导变压器原、副线圈电流与匝数关系．（3）掌握公式中各物理量所表示对象的含义．（4）变压器铁芯是否带电即如何将电能从原线圈传输到副线圈．［教学器材］：变压器、电源、小电炮、开关、电压表等导线等［教学方法］：讲授、讨论，类比、归纳法［教学过程］（一）引入新课在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？需改变电压，以适应各种不同电压的需要----变压器（二）进行新课能够改变交流电压的设备叫变压器．一、变压器（一）变压器构造教师利用课件展示画变压器实物图、示意图及其在电路图中的符号（见图1），要求学生搞清图中所用字母和符号的意义．闭合铁芯匝原线圈（初级线圈，一次线圈）n1匝副线圈（次级线圈，二次线圈）n2：输入电压U1U：输出电压2提问：把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。
高二物理鲁科版选修3-2第四章第二节变压器 教案
2变压器一、教学目标知识与技能：1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理。
2．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题。
3．明白理想变压器是忽略了变压器的能量损失，它的输出功率等于输入功率。
4．能运用功率关系推导电流与匝数关系过程与方法：从探究“匝数与电压关系”全过程指导学生学习物理的思想与方法。
情感态度与价值观：认识变压器在现实生活中的应用，感受它的价值。
二、教学重点和难点教学重点：变压器的工作原理；通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系。
教学难点：推导理想变压器原副线圈电压与匝数关系。
三、教学用具：可拆式变压器、多用电表、学生电源、小灯泡、导线若干四、教学过程引入新课问：我们国家民用统一供电均为____V？幻灯片打出一组数据在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压可能各不相同，如何使这些额定电压不是220V的用电器正常工作呢？这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压，从而使我们各类用电器在供电电压220V都能正常工作。
进行新课一、变压器的结构图片展示不同样式的变压器。
出示可拆变压器，仔细观察，变压器主要由哪几部分构成？变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
一个线圈与交流电源连接，叫做原线圈，也叫初级线圈；另一个线圈与负载连接，叫做副线圈，也叫次级线圈。
画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：问：变压器又是如何实现变压的呢？二、变压器的工作原理思考：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接电压U1后，副线圈是否产生电压U2？演示实验1：把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到电源的两端：(1)恒定直流；(2)正弦交流。
另一个线圈连到小灯泡上。
观察小灯泡的发光情况。
现象：原线圈接直流电时小灯泡不发光，接交流电时小灯泡发光。
互感现象是变压器工作的基础。
电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。
高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器课件 鲁科版选修3-2
[解析] 变压器只能改变变化的电压或电流，不能改变恒定电 压或电流，故 A 选项错误；变压器可以有一个或多个副线圈， C 选项正确；变压器的工作原理是电磁感应现象中的互感现象， 副线圈输出的电流(或电压)是原线圈电流(或电压)的感应电流 (或感应电压)，故 B 选项正确；根据变压器的结构特点和在电 路中的作用可知选项 D 正确． [答案] BCD
1.如图所示，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 盏灯均能正 常发光，则 L1 和 L2 的功率之比为( )
A．1∶1 C．9∶1
B．1∶3 D．3∶1
解析：选 C.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.
命题视角 1 “匝数不变”的动态分析 (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，变压器的输入电流变小 D．P 向上滑动时，变压器的输出功率变大 [解题探究] 当 P 向下(或向上)移动时，回路中电阻如何变化？
命题视角 2 “一原多副”变压器的分析与计算
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 的交流电源上，n2 和 n3 分 别与电阻 R2、R3 组成闭合回路．已知通过电阻 R3 的电流 I3＝2 A，电阻 R2＝110 Ω，求通过电阻 R2 的电流 I2 和通过原线圈的 电流 I1.
2017_2018学年高中物理第4章远距离输电第2节变压器教学案鲁科版选修3_2
A．输出电压的最大值为36 V
B．原、副线圈中电流之比为55∶9
C．变压器输入、输出功率之比为55∶9
D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz
解析：选D 输出电压的有效值U2＝ U1＝36 V，故输出电压的最大值U2max＝36 V，因此选项A错误；由于 ＝ ＝ ，因此选项B错误；变压器输入、输出功率相等，应选项C错误；由题图可知选项D正确。
2．互感器
(1)电压互感器：如图4 2 11甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。互感器将高电压变成低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。
图4 2 11
(2)电流互感器：如图4 2 11乙所示，原线圈串联在待测大电流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的
3．(多项选择)如图4 2 9所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两头的交变电压，I1为原线圈中的电流，那么( )
图4 2 9
A．维持U1及P的位置不变，K由a扳向b时，I1将增大
B．维持U1及P的位置不变，K由b扳向a时，R消耗功率减小
C．维持U1不变，K接在a处，使P上滑，I1将增大
图4 2 1
(2)原线圈：与电源相连的线圈，也叫低级线圈，其两头电压叫输入电压，用符号U1
表示。
副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，其两头电压叫输出电压，用符号U2表示。
3．变压器的分类
按输出电压的起落，变压器分为升压变压器和降压变压器两种。
二、变压器的工作原理
1．互感：交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交变磁场在副线圈中产生感应电动势，当副线圈闭合时，副线圈中有电流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，那个交变磁通量也穿过原线圈，在原线圈中产生
鲁科版-选修3-2-第4章 远距离输电-第2节 变压器 名师获奖
变压器题解中应注意的几个问题交流电部分变压器属于一个重要的知识点，在此部分的习题教学及复习中应注意以下几个问题．1、变压器关系式u1/u2=n1/n2中，u1、u2指的是原、副线圈的端压，即线圈两端的电压，这一点务必注意．例1 如图1所示，理想变压器初、次级分别接有相同的灯泡A、B，且初、次级线圈匝数之比n1∶n2=2∶1，电源电压为u，则B灯两端的电压为多大？析与解：∵u1=u-uA（uA为灯泡A的电压），u2＝uB（uB为灯泡B的电压）．∴u1∶u2=n1∶n2可写成（u-uA）∶uB＝n1∶n2又I1∶I2=n2∶n1，及uB=I2R，uA=I1R得uB=2uA2、I1∶I2=n2∶n1只限一个副线圈时成立．若有两个或两个以上副线圈，电流与匝数成反比的关系并不成立．如有副线圈多个，其匝数分别为n2、n3、n4……，由P出=P入知I1u1=I2u2+I3u3+I4u4+……，利用电压比等于匝数比得关系式为：I1n1=I2n2+I3n3+I4n4+……，显然在n3=n4=……=0即只有一个副线圈时，才有I1∶I2=n2∶n1．3、变压器不能变恒定直流电，可以变大小变化的脉动直流电（如图2，即电子线路中的隔直耦合作用）．4、注意线圈的连接．多个副线圈可以独立输出电压，也可以组合提供电压．组合后输出电压与线圈的同极性端（又称同名端）的连接有关，也可由线圈绕向来定．同向绕向线圈串联，电压相加，反向绕向线圈串联，电压相减．例2 一理想变压器如图3所示，如果要把两只标有“6V、”的灯泡和一只标有“3V、”的灯泡全部接入变压器次级，且能够正常发光．请你在次级画出连接的示意图，此时初级线圈的电流强度多大？析与解：由题意知u12=2V，u34=7V，只有将2、3短接，将两只“6V、”的灯并联后与“3V、”灯串联接在1、4间即可（示意图略）．由P出=P入有：3×=I1u1=I1×220V，由此得：初级线圈电流I1=．变压器复习，抓住电压比等于匝数比；输入功率与输出功率相等是关键，并能正确分析连接问题，这部分知识就容易掌握了．。
高中物理第4章远距离输电第2节变压器课件鲁科版选修32
[核心点击]
1．理想变压器的变压(变流)规律
规律表示
依据
备注
变压规律 Un11＝Un22＝Un33…
ΔΦ 适于一个原线圈 E＝n Δt 及多个副线圈的情况
功率关系
P 入＝P 出
能量守恒 适于理想变压器
II12＝nn21
适于一个原线圈一个副线 U1I1＝U2I2 圈
变流规律
n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
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3．自耦变压器 如图 4-2-6 所示为自耦变压器示意图，其特点是铁芯上只绕一个线圈．图甲 中把整个线圈做为原线圈，取一部分做为副线圈，可以降低电压；图乙中把一 部分做为原线圈，把整个线圈做为副线圈，可以升高电压．
图 4-2-6
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4．对于理想变压器，下列说法中不正确的是( ) 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着副线圈的输出电流增大而增大 C．原线圈的电压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
U1I1＝U2I2＋U3I3 适于一个原线圈，多个副 ＋… 线圈
第二十四页，共33页。
2.理想变压器各物理量间的制约关系 对于一个给定的理想变压器，原、副线圈的匝数一定． (1)输入电压决定输出电压：由Un11＝Un22，得 U2＝nn21U1. 当 U1 不变时，U2 也不会变，与负载电阻 R 多大及是否变化无关． (2)输出功率决定输入功率：对理想变压器 P 出＝P 入．
第八页，共33页。
[核心点击] 1．理想变压器有什么特点 (1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样； (2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)； (3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流； (4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于 0.
高中物理第4章远距离输电第2节变压器课件鲁科版选修3-2
对变压器的理解 1．变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用． 2．变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的． 3．变压器不能改变交变电流的频率． 4．若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压． 5．原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于零．
理想变压器电压与匝数的关系及自耦变 压器
理想变压器的电压关系和电流关系 1．理想变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的情况都成立． 2．电流关系只适用于有一个副线圈的情况，若有多个副线圈，则电流关系 应根据功率关系 P 入＝P 出求出．
[先填空] 1．电压与匝数的关系：UU12＝nn12． 2．电流与匝数的关系：II12＝nn21．
3．自耦变压器 (1)它只有 一个线圈，这个线圈可以作为原线圈接电源，线圈的一部分作为 副线圈接负载，成为降压变压器；也可以反过来使用，将线圈的一部分接电源， 整个线圈接负载，成为升压变压器．自耦变压器的工作原理和一般双绕组变压 器一样，原、副线圈两端的电压之比等于匝数比． (2)可调自耦变压器的最大优点是可以连续调节输出电压；缺点是低压端和 高压端直接有电的联系，使用不够安全．
U2表示．在电路中变压器的符号如图乙所示．
(3)种类：变压器分为 升压变压器和降压变压器两种． 图 4-2-1
2．变压器的工作原理 当原线圈两端加上交变电压时，就有 交变电流通过原线圈，并在铁芯中产 生交变的磁场，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线 圈，并在副线圈两端产生感应电动势．如果变压器在传输电能的过程中损失的 能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫做理想变压器．
知 识 点 一
学
业
第 2 节 变压器
分
层Leabharlann 测评知 识 点 二
2018版高中物理鲁科版选修3-2学案：第4章+远距离输电+4.3+电能的远距离传输
第3讲电能的远距离传输[目标定位] 1.了解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关.2.应用理想变压器、电路知识对简单的远距离输电线路进行定量计算.3.了解交变电流从变电站到用户的输电过程及电网设计.4.了解高压直流输电的原理．一、为什么要采用高压输电1．电功率损失(1)损失的电功率P＝I2R，即在输电线上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比．(2)在输送电功率不变的前提下，要减少电功率损失，只能采取减小导线中电流的方法．2．电压损失：在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减小输电电流的方法，或减小输电线电阻的方法．3．高压输电：由P＝UI知，在保证P不变的情况下，必须提高输送电压U，才能减小电流I.二、高压交流输电1．远距离输电的基本思路．如图1所示．在发电站内用升压变压器升高电压．然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降压．图12．电网通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络．3．电网送电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．(2)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．三、高压直流输电直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电和用电环节仍是交流；输电过程中只用两根导线．整流器和逆变器可以实现交流电和直流电的转换.一、降低输电损耗的两个途径1．输电导线上的功率损失(1)损失功率计算：设输电电流为I，输电线电阻为R线，则输电线上的功率损失为ΔP＝I2R线．(2)减小输电线上功率损失的方法：①减小输电线的电阻R线：由R线＝ρlS得，要减小R线，在l保持不变的情况下，可以减小ρ，增大S.②减小输电电流I：由P＝UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，即可减小输电电流．采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施．2．输电线上的电压损失(1)输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′，如图2所示，电压损失还可以表示为ΔU＝IR线＝PU R线．图2(2)减少输电线上电压损失的方法： ①减小输电线的电阻． ②提高输送电压．例1 远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压升高为原来的n 倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是(不考虑电抗产生的损失)( ) A ．功率损失是原来的1n B ．功率损失是原来的1n 2C ．电压损失是原来的1n D ．电压损失是原来的n 倍答案 BC解析 设输电电压为U ，所输送的功率为P ，输电线路总电阻为R 线，则输电电流I 线＝PU，线路的功率损失ΔP ＝I 2线R 线＝P 2R 线U 2，可知ΔP ∝1U2，当输电电压U 升高为原来的n 倍时，功率损失变为原来的1n 2，故选项B 正确；线路上的电压损失ΔU ＝I 线R 线＝PR 线U ，可知ΔU ∝1U，当输电电压升高为原来的n 倍时，电压损失变为原来的1n ，故选项C 正确．针对训练 发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电线总电阻为R 线，通过导线的电流为I ，学校输入电压为U 2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是( ) A.U 21R 线 B.(U 1－U 2)2R 线 C ．I 2R 线 D ．I (U 1－U 2) 答案 BCD解析 输电线功率损耗P 损＝I 2R 线＝U 2线R 线＝IU 线，其中U 线＝U 1－U 2，故B 、C 、D 正确．二、远距离输电及基本关系 1．输电线路的构成由发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电器构成． 2．远距离输电的基本关系(如图3所示)图3(1)功率关系P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝ΔP ＋P 3→能量守恒 (2)电压、电流关系U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3→理想变压器 U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线→串联电路中电压、电流关系 (3)输电导线中电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线.(4)输电导线上损耗的电功率：ΔP ＝ΔUI 线＝I 2线R 线＝⎝⎛⎭⎫P 2U 22R 线． 3．特别强调(1)升压变压器副线圈的电压U 2不等于降压变压器原线圈的电压U 3，输电线上的电压损失ΔU ＝I 线R 线，输电线上的功率损耗ΔP ＝I 2线R 线．(2)计算输电线的电阻时，应注意输电线长度为距离的两倍． (3)处理远距离输电问题．首先要画出输电线路示意图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置；其次解题时要抓“两头”——电源、用电器．要注意“中间两条线”——输电线，以变压器为界将整个输电电路划分为三个独立的回路．以变压器为联系的纽带将“两头”与中间“输电线”联系起来，利用能量守恒、变压比、变流比等规律进行分析与计算．例2发电机两端电压为220V，输出功率44kW，输电导线的总电阻为0.2Ω，如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户．(1)画出全过程的线路示意图；(2)求用户得到的电压和功率；(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率．答案见解析解析(1)示意图如图所示．(2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2＝n2n1U1＝2200V．据理想变压器P入＝P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2＝PU2＝44×1032200A＝20A，输电线上的功率损失和电压损失分别为P损＝I22R线＝202×0.2W＝80W.U损＝ΔU＝I2R线＝20×0.2V＝4V.所以降压变压器原线圈的输入电压和电流为U3＝U2－U损＝2200V－4V＝2196V，I3＝I2＝20A.降压变压器副线圈的输出电压和电流为U 4＝n 4n 3U 3＝110×2196V ＝219.6V ，I 4＝n 3n 4I 3＝10×20A ＝200A.用户得到的功率为P 4＝U 4I 4＝219.6×200W ＝4.392×104W.(3)若直接用220V 低压供电，电路如图所示，则输电电流I ′＝P U 1＝44×103220A ＝200A ．输电线路上的电压损失ΔU ′＝I ′R 线＝200×0.2V ＝40V .所以用户得到的电压U 2′＝U 1－ΔU ′＝220V －40V ＝180V ， 用户得到的功率为P ′＝U 2′I ′＝180×200W ＝3.6×104W.输电线上损耗的问题1．某发电厂原来用电压为U 1的交流电输电，后改用变压比为1∶50的升压器将电压升高为U 2后输电，输送的电功率保持不变．若输电线路的总电阻为R 线，则下列说法中正确的是( ) A ．由公式I ＝P U 2可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的150B ．由公式I ＝U 2R 线可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C ．由公式P ＝I 2R 线可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的12500D ．由公式P ＝U 22R 线可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的2500倍答案 AC解析 由U 1U 2＝n 1n 2可知，U 2＝50U 1，输送功率不变，由公式I ＝PU 2可知，输电线中的电流变为原来的150，选项A 正确；由P ＝I 2R 线＝⎝⎛⎭⎫P U 22·R 线可知，输电线上的功率损耗减为原来的12500，C 选项正确；B 、D 选项中的U 2应为损失的电压，所以选项B 、D 是错误的．2．某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km 外的用户，其输出电功率是3×106kW.现用500kV 电压输电，则下列说法正确的是( ) A ．输电线上输送的电流大小为2×105A B ．输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC ．若改用5kV 电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD ．输电线上损失的功率为ΔP ＝U 2R ，U 为输电电压，R 为输电线的电阻答案 B解析 输电线上输送的电流为I ＝P U ＝3×106×103500×103A ＝6×103A ，A 错；输电线上损失的电压为U 损＝IR ＝6×103×2.5V ＝1.5×104V ＝15kV ，B 项正确；当用5kV 电压输电时，输电线上损失的功率若超过3×106kW ，与实际情况相矛盾，故C 项错误；当用公式ΔP ＝U 2R 计算损失的功率时，U 为输电线上损失的电压而不是输电电压，D 项错误．远距离高压输电的应用3．某小型水电站的电能输送示意图如图4所示，发电机的输出电压为200V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原、副线圈匝数分别为n 1、n 2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220V 的用电器正常工作，则( )图4A.n 2n 1＞n 3n 4B.n 2n 1＜n 3n 4C ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率答案 AD解析 由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数的关系，可知要让用电器正常工作，必须有n 2n 1＞n 3n 4，故A 项对，B 、C 项错；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D 项也正确．4．在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失．有一个电站，输送的电功率为P ＝500kW ，当使用U ＝5kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度．求：(1)这时的输电效率η和输电线的总电阻R 线；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？ 答案 (1)60% 20Ω (2)22.4kV解析 (1)由于输送功率为P ＝500kW ，一昼夜输送电能E ＝Pt ＝12000度，终点得到的电能E ′＝7200度，因此效率η＝60%.输电线上的电流可由I ＝PU计算，为I ＝100A ，而输电线损耗功率可由P 损＝I 2R 线计算，其中P 损＝480024kW ＝200kW ，因此可求得R 线＝20Ω.(2)输电线上损耗功率P 损＝⎝⎛⎭⎫P U 2·R 线∝1U 2，原来P 损＝2200kW ，现在要求P 损′＝10kW ，计算可得输电电压应调节为U ′＝22.4kV .。
高中物理-4.2《变压器》学案2-鲁科版选修32
4.2《变压器》学案2[学习目标]1、理解变压器的工作原理；2、掌握理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系及功率关系；3、知道输电线上的功率损失及减少功率损失的方法；4、能解决高压送电的实际问题[自主学习]一、变压器1、变压器的原理 是变压器的工作基础。
由于互感现象，使得穿过原副线圈的 相同。
根据 E= 得 ，原、副线圈产生感应电动势E 与匝数n 成 。
2、理想变压器的变压、变流规律和功率关系： ⑴、变压规律：⑵、变流规律： ⑶、功率关系：3、变压器有二个副线圈的情况 ⑴、电压与匝数间关系： ①、 ②、 ③、⑵、电流与匝数间关系：⑶、功率关系： 4、简述理想变压器各种物理量的决定关系。
二、电能的输送 1、电功率损失和电压损失⑴功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。
出现功率损失。
△P= 。
⑵、电压损失：远距离输送电能，线路中电阻R 上消耗部分电压。
△U= 。
2、减少功率损失和电压损失的方法：⑴、 ⑵、3、高压输电网络及各物理量间关系：⑴、远距离输电线路图：⑵、常用分析公式：①、输电电流：I 2=②、输电导线损失的电功率：P 损=③、输电导线损失的电压：U 损=[典型例题]例1、如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U 1=3300v ，副线圈的输出电压U 2=220v ，绕过铁心的单匝导线的电压表的示数为U 0=2v,则：⑴、原、副线圈的匝数各是多少？⑵、当S 断开时，A 2的示数I 2=5A ，那么A 1的示数是多少？ ⑶、当S 闭合时，A 2的示数将如何变化？A 1的示数如何变化？I 1U 1 n 1 I 1~ n 1L 1 2 U 1~ 升压变压器 降压变压器n 1I 1I 1U 1 ~ n2 R~U 1 n 1 R 2 3 (1)N 1=1650匝；N 2=110匝(2) N 1:N 2=UI:U 2=15:1； I 1:I 2=N 2:N 1I 1=N 2I 2/N 1=0.33A （3）P=2200W例2、某小型实验水电站输出功率是20kW ，输电线路总电阻是6Ω。
高中物理 4.2《变压器》学案4 鲁科版选修32
高中物理 4.2《变压器》学案4 鲁科版选修32【要点导学】本节内容重点是：理想变压器的变压比和功率关系。
本节内容难点是：原副线圈中产生感应电动势的过程分析。
【学习内容】1．变压器的工作原理互感现象是变压器工作的基础．原线圈上加交变电压，原线圈中就有交变电流，在铁芯中产生交变磁通量，原、副线圈中都要引起感应电动势．若副线圈是闭合的，则副线圈中就要产生交变电流，此交变电流也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势．在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫互感现象．正是由于互感现象．才使得原、副线圈虽不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈．示意图如图5-4-1。
2．理想变压器忽略原副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，磁通量全部集中在铁芯内，称为理想变压器。
理想变压器的输入功率等于输出功率。
即P 1＝P 2。
3．理想变压器电压跟匝数的关系：U 1/U 2= n 1/n 2说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。
即有332211n U n U n U ===……。
这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内。
因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组线圈的电动势与匝数成正比。
在线圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。
4．理想变压器电流跟匝数的关系I 1/I 2= n 2/n 1 （适用于只有一个副线圈的变压器）说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：U 1I 1= U 2I 2+ U 3I 3+U 4I 4+……再根据U 2=12n n U 1 U 3=13n n U 1 U 4=14n n U 4……可得出： n 1I 1=n 2I 2+ n 3I 3+ n 4I 4+……5．注意事项（1）在理想变压器的公式中，功率关系和变压公式是基本公式。
4.2《变压器》教案(鲁科版选修3-2)
4． 2 《变压器》教案【学习目标】<1）知道变压器的结构，认识变压器的工作原理；<2）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它剖析解决相关问题。
【学习重点】变压比和匝数比的关系。
【知识重点】1、变压器的结构变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
一个线圈跟电源连结，叫原线圈<初级线圈），另一个线圈跟负载连结，叫副线圈 <次级线圈）。
两个线圈都是绝缘导线绕制成的。
铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
fFZrxdPAke变压器的结构表示图和符号，以以下图所示：2、变压器的工作原理互感现象时变压器工作的基础。
在原线圈上加交变电压 U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。
这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要惹起感觉电动势。
如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中相同惹起感觉电动势。
副线圈两头的电压就是这样产生的。
因此，两个线圈并无直接接触，经过互感现象，副线圈也能够输出电流。
fFZrxdPAke3、变压器电压与匝数的关系电压与匝数的关系U 1n1 U 2n2只合用于理想变压器。
实质上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，能够把实质变压器视为理想变压器。
P出 P入理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率关系：=I1U 2n2假如副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；假如副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。
升压变压器n2＞ n1，降压变压器n2＜n1。
升压变压器， I 2I 1，降压变压器， I 2I 1。
fFZrxdPAke<>【典型例题】例题 1：以下图，一个变压器<可视为理想变压器）的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为41.80 ×10 V 的霓虹灯供电，使它正常发光。
为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超出12 mA 时，熔丝就熔断。
高中物理鲁科版选修3-2第四单元第2课《变压器》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案
高中物理鲁科版选修3-2第四单元第2课《变压器》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案
高中物理鲁科版选修3-2第四单元第2课《变压器》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案
1教学目标
1.了解变压器的构造;
2. 理解变压器的变压规律和变流规律,并应用此规律解决实际问题;
3. 了解自耦变压器的原理;
2学情分析
1. 学生通过前面《电磁感应》整章节的学习,已经对磁生电和涡流有了基本掌握,在交流电的学习中,也已经对交流电的特征比较清楚,已经具备了学习变压器的基础;
2. 变压器在生活中也属于比较常见的仪器,学习时学生容易想象,能够帮助学生开拓视野,激发学习物理的兴趣,为之后的远距离输电打下基础;
3. 由于学生对变压器原线圈两端电压和原线圈产生的电动势大小关系这一知识点欠缺,在教学中要做补充;
3重点难点
1.了解变压器的构造;
2. 理解变压器的变压规律和变流规律,并应用此规律解决实际问题;
3. 了解自耦变压器的原理;
4教学过程
4.1.1教学活动
活动1【导入】引入新课
生产生活中使用的各种用电设备,需要的电压不是都一样的。
家用电器用220V电压,机床动力用380V,照明灯用36V安全电压,电子管灯丝用6.3V电压,电视显像管用1万多伏的电压,等等。
在由统一的供电线路供电情况下,为了适应这些不同电压的需要,就要有一种改变电压的设备——变压器。
这一节我们就要来了解一下变压器的构造及其工作
原理等原理。
活动2【讲授】一.变压器的构造。
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第2节 变压器一、变压器的结构 1．变压器的定义在交流电的传输过程中，能升高电压或降低电压的设备。
2．变压器的结构(1)如图421甲所示，变压器由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制。
在电路中，变压器的符号如图乙所示。
图421(2)原线圈：与电源相连的线圈，也叫初级线圈，其两端电压叫输入电压，用符号 U 1表示。
副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫输出电压，用符号 U 2表示。
3．变压器的分类按输出电压的升降，变压器分为升压变压器和降压变压器两种。
二、变压器的工作原理1．互感：交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交变磁场在副线圈中产生感1.变压器的工作原理是互感现象，理想变压器通过原、副线圈的磁通量、磁通量的变化率相同，每匝线圈产生的感应电动势相等。
2．理想变压器原、副线圈功率相等，电压比是U 1U 2＝n 1n 2；电流比是I 1I 2＝n 2n 1(仅用于一原一副)。
3．变压器高压线圈匝数多、电流小，可用细导线；低压线圈匝数少、电流大，一般用粗导线。
4．自耦变压器的工作原理和一般的双绕组变压器一样，原、副线圈两边的电压比等于匝数比。
应电动势，当副线圈闭合时，副线圈中有电流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过原线圈，在原线圈中产生相互感应的现象。
2．工作原理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。
3．理想变压器(1)变压器线圈的电阻忽略不计； (2)闭合铁芯的“漏磁”忽略不计； (3)闭合铁芯中产生的互感现象忽略不计。
即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。
三、科学探究——变压器电压与匝数的关系四、自耦变压器1．定义：只有一个绕组的变压器。
2．优、缺点(1)优点：可以连续地调节输出电压。
(2)缺点：低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全。
1．自主思考——判一判(1)变压器工作的原理是自感。
(×) (2)变压器能改变所有电流的电压。
(×) (3)升压变压器的副线圈电压高、电流大。
(×)(4)理想变压器无能量损失，其输入功率与输出功率相等。
(√) (5)理想变压器一定有U 1U 2＝n 1n 2；n 1n 2＝I 2I 1。
(×)(6)我们可以根据变压器线圈导线的粗细判断其匝数的多少。
(√) 2．合作探究——议一议(1)变压器的铁芯为什么是闭合的，而且由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成？提示：①在变压器中采用闭合铁芯的目的是为了防止漏磁。
②变压器的线圈中通过交变电流时，铁芯中将产生很大的涡电流，不仅损耗了大量的能量，甚至还可能烧毁这些设备。
为了减小涡电流及其损失，通常采用叠合起来的硅钢片代替整块铁芯，并使硅钢片平面与磁感应线平行。
一方面由于硅钢片本身的电阻率较大，另一方面各片之间涂有绝缘漆或附有天然的绝缘氧化层，把涡流限制在各薄片内，使涡流大为减小，从而减少了电能的损耗。
(2)变压器能否改变交流电的频率？提示：对变压器，当加在原线圈上的交变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，变压器只能改变交流电的电压及电流，不能改变交变电流的频率。
(3)原、副线圈为什么用粗细不同的导线绕制？提示：变压器由两个线圈组成：一个为原线圈，另一个为副线圈。
这两个线圈的电压不同。
作为高压线圈的匝数多、通过的电流小，根据焦耳定律和节材原则，应用较细的导线绕制；作为低压线圈的匝数少、通过的电流大，根据焦耳定律和节能原则，应当用较粗的导线绕制。
因此，我们打开变压器时看到两个线圈粗细不同，用粗导线绕制的线圈为低压线圈，用细导线绕制的线圈为高压线圈。
1．工作原理2．理想变压器的三种基本关系电流关系I 1I 2＝n 2n 1U 1I 1＝U 2I 2适用于一个原线圈、一个副线圈 n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋ … U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…适用于一个原线圈、多个副线圈[典例] 一台理想变压器，其原线圈为2 200匝，副线圈为440匝，并接一个100 Ω的负载电阻，如图422所示。
图422(1)当原线圈接在44 V 直流电源上时，电压表示数为______ V ，电流表示数为______ A 。
(2)当原线圈接在220 V 交流电源上时，电压表示数为______ V ，电流表示数为______ A 。
此时输入功率为______ W ，变压器效率为______。
[解析] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线 圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。
(2)由U 2U 1＝n 2n 1得U 2＝U 1n 2n 1＝220×4402 200 V ＝44 V(电压表读数)I 2＝U 2R ＝44100 A ＝0.44 A(电流表读数)P 入＝P 出＝I 2U 2＝0.44×44 W＝19.36 W效率η＝100%。
[答案] (1)0 0 (2)44 0.44 19.36 100%(1)变压器能改变交流电压，不能改变恒定直流电压。
(2)变压器不能改变交流电的周期和频率。
(3)交流电压表、电流表的示数均为有效值。
(4)理想变压器的效率是100%。
1．某理想变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压的变化规律如图423所示，副线圈接有负载。
下列判断中正确的是( )图423A ．输出电压的最大值为36 VB ．原、副线圈中电流之比为55∶9C ．变压器输入、输出功率之比为55∶9D ．交流电源电压有效值为220 V ，频率为50 Hz解析：选D 输出电压的有效值U 2＝n 2n 1U 1＝36 V ，故输出电压的最大值U 2max ＝36 2 V ，所以选项A 错误；由于I 1I 2＝n 2n 1＝955，所以选项B 错误；变压器输入、输出功率相等，故选项C 错误；由题图可知选项D 正确。
2．(2016·全国卷Ⅰ)一含有理想变压器的电路如图424所示，图中电阻R 1、R 2和R 3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，○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( )图424A ．2B ．3C ．4D ．5解析：选B 设原、副线圈的匝数比为k ，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I 时，副线圈电流为kI ；原线圈电流为4I 时，副线圈电流为4kI 。
根据变压器的输入功率等于输出功率得UI －I 2R 1＝(kI )2(R 2＋R 3)4UI －(4I )2R 1＝(4kI )2R 2 联立两式代入数据解得k ＝3 选项B 正确。
3．如图425所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000匝，两个副线圈的匝数分别为50匝和100匝，L 1是“6 V 2 W”的小灯泡，L 2是“12 V 4 W”的小灯泡。
当原线圈接上交变电压时，L 1、L 2都正常发光，那么，原线圈中的电流为( )图425A.160 A B.130 A C.120A D.110A 解析：选C 两灯泡正常发光，对L 1必有U 2＝6 V ，原线圈上电压U 1＝n 1n 2U 2＝1 00050×6 V＝120 V ，副线圈上总的输出功率P 出＝P L1＋P L2＝2 W ＋4 W ＝6 W ，原线圈上的输入功率P 入＝P 出＝6 W ，原线圈上的电流I 1＝P 入U 1＝6120 A ＝120A 。
故C 项正确。
1．理想变压器动态变化的两种情况(1)原、副线圈的匝数比不变，分析各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R →I 2→P 2→P 1→I 1。
(2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈的匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n 1、n 2→U 2→I 2→P 2→P 1→I 1。
2．理想变压器工作时的制约关系[典例] (多选)(2015·天津高考)如图426所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q 来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R 0和滑动变阻器R ，P 为滑动变阻器的滑动触头。
在原线圈上加一电压为U 的正弦交流电，则( )图426A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小[解析] 保持Q的位置不动，则副线圈的输出电压不变，当P向上滑动时，副线圈电路中的总电阻变大，副线圈中的电流减小，根据变流比可知，原线圈中的电流减小，因此电流表的读数变小，A项错误，B项正确；保持P的位置不动，副线圈电路中的总电阻不变，当Q向上滑动时，副线圈的匝数增多，由变压比可知，副线圈的输出电压增大，副线圈中的电流增大，由变流比可知，原线圈中的电流增大，电流表读数变大，C项正确，D项错误。
[答案] BC含有变压器的动态电路问题分析1．如图427所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。
现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是( )图427A ．电压表V 1示数增大B ．电压表V 2、V 3示数均增大C ．该变压器起升压作用D ．变阻器滑片是沿c →d 的方向滑动解析：选D 由于变压器原线圈的电压不变，因此电压表V 1、V 2的读数均不变，选项A 、B 均错误；由题意可知，该变压器起降压作用，选项C 错误；由于副线圈的电压不变，电流表A 2的示数增大，根据欧姆定律可知负载的电阻变小，所以滑动变阻器连入电路的阻值变小，选项D 正确。
2．(多选)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不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L 1、L 2，电路中分别接了理想交流电压表V 1、V 2和理想交流电流表A 1、A 2，导线电阻不计，如图428所示。