【创新设计】2015-2016学年高中物理5.5变压器学案新人教版选修3-2剖析.doc

变压器 [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.掌握理想变压器的功率关系.3.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． 一、变压器的原理 1．变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号． 图1 (1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副线圈(匝数用n2表示)．输入电压是U1，输出电压是U2，两个线圈都绕在闭合铁芯上． (2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈． (3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈． 2．变压器的工作基础 变压器的工作基础是互感现象． 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2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？ 图2 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． (2)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？ 答案　不发光． 二、电压与匝数的关系 1．理想变压器：没有能量损失的变压器． 2．电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝. 3．降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器． 4．升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器． 一、变压器“变压”的原理 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n1，则U1＝n1，副线圈匝数为n2，则U2＝n2，所以＝. 2．变压器的变压关系 (1)只有一个副线圈：＝. (2)有多个副线圈：＝＝＝……. 3．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　理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是(　　) A．每匝线圈中磁通量的变化率 B．交变电流的频率 C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率 D．原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势 答案　ABC 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，即P入＝P出． 3．电流关系 (1)只有一个副线圈时，有U1I1＝U2I2，得：n1I1＝n2I2，即＝. (2)当有多个副线圈时，由I1U1＝I2U2＋I3U3＋……得：n1I1＝n2I2＋n3I3＋……. 4．电压、电流、功率的制约关系 (1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2. (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I2决定输入电流I1. 图3 例2　如图3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(　　) A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A C．U＝110 V，I＝0.2 A D．U＝110 V，I＝0.2 A 解析　U2＝220 V，根据U1∶U2＝n1∶n2得，U1＝110 V．I2＝＝0.1 A，根据I1∶I2＝n2∶n1得I1＝0.2 A．所以正确答案是A. 答案　A 针对训练　用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流随时间变化的图象如图4所示，则(　　) 图4 A．变压器输入功率约为3.9 W B．输出电压的最大值是110 V C．变压器原、副线圈的匝数比是1∶2 D．负载电流的函数表达式i＝0.05sin (100πt＋) A 答案　A 解析　变压器的输入功率等于输出功率，等于输出电压的有效值与输出电流的有效值的乘积，所以P＝UI＝110 V× A≈3.9 W，A正确；输出电压的有效值是110 V，最大值是110 V，所以B错；变压器原、副线圈匝数之比是2∶1，C错；负载电流的函数表达式是i＝0.05sin(100πt) A，D错． 图5 例3　如图5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. 解析　由变压器原、副线圈