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PAGE11-變壓器1.變壓器的原理(1)定義在交變電流的傳輸過程中,能上升電壓或降低電壓的設(shè)備.(2)構(gòu)造由閉合的鐵芯和繞在鐵芯上的兩個或兩個以上的線圈構(gòu)成.①原線圈:與電源相連的線圈,也叫初級線圈,其兩端電壓叫輸入電壓.②副線圈:與負(fù)載相連的線圈,也叫次級線圈,其兩端電壓叫輸出電壓.(3)原理互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ).原線圈中電流的大小、方向不斷變更,在鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變更,變更的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.(4)作用變更交變電流的電壓,不變更交變電流的周期和頻率.為什么恒定電流不能利用變壓器變壓?提示:通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ),而恒定電流產(chǎn)生恒定磁場,不產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,所以無法對直流電變壓.2.變壓器的電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系(1)探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系①在該試驗中,要探究的物理量是四個,即輸入電壓、輸出電壓、原線圈匝數(shù)和副線圈匝數(shù),因此為了搞清關(guān)系,應(yīng)當(dāng)用限制變量法.②猜想:線圈兩端的電壓與其匝數(shù)可能有什么關(guān)系?原、副線圈的匝數(shù)對副線圈兩端的電壓是否都有影響?③設(shè)計試驗方案:限制變量,分別探究.先保持原線圈的匝數(shù)不變,變更副線圈的匝數(shù),探討對輸出電壓的影響;然后,再保持副線圈的匝數(shù)不變,變更原線圈的匝數(shù),探討對輸出電壓的影響.④進(jìn)行試驗,記錄數(shù)據(jù).⑤分析數(shù)據(jù),得出結(jié)論:原副線圈的電壓之比,等于兩個線圈的匝數(shù)之比.(2)志向變壓器電壓跟匝數(shù)的關(guān)系:eq\f(U1,U2)=eq\f(n1,n2)(表達(dá)式).(3)志向變壓器電流跟匝數(shù)的關(guān)系:eq\f(I1,I2)=eq\f(n2,n1)(適用于只有一個副線圈的變壓器).(4)功率關(guān)系:對志向變壓器而言,輸入功率等于輸出功率.3.互感器(1)電壓互感器:是大匝數(shù)比的降壓變壓器,把高電壓變?yōu)榈碗妷?,用來測量溝通高電壓,應(yīng)并聯(lián)在電路中.(2)電流互感器:是大匝數(shù)比的升壓變壓器,把大電流變?yōu)樾‰娏鳎脕頊y量溝通大電流,應(yīng)串聯(lián)在電路中.考點一志向變壓器的特點及工作原理1.構(gòu)造變壓器由一個閉合的鐵芯、原線圈和副線圈組成,兩個線圈都是由絕緣導(dǎo)線繞制而成的,鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成,是用來變更溝通電壓的裝置(單相變壓器的構(gòu)造示意圖及電路圖中的符號分別如圖甲、乙所示).2.工作原理變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng).如圖所示,當(dāng)原線圈上加溝通電壓U1時,原線圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量,在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.假如副線圈是閉合的,則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流,它也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量,在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢.由于互感現(xiàn)象,原、副線圈間雖然不相連,電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈.其能量轉(zhuǎn)換方式為原線圈電能→磁場能→副線圈電能.3.志向變壓器的志向化條件(1)忽視原、副線圈的內(nèi)阻;(2)忽視原、副線圈磁通量的差別;(3)忽視變壓器自身的能量損耗,即忽視變壓器原、副線圈電路的功率因素的差別.1變壓器只對變更的電流起作用,對恒定電流不起作用;2變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起,兩個線圈間是絕緣的;3變壓器不能變更交變電流的頻率;4若直流電的電壓是隨時間變更的,也可以用變壓器變更電壓;5原、副線圈的感抗均趨于無窮大,從而空載電流趨于0.【例1】[多選]關(guān)于志向變壓器的工作原理,以下說法正確的是()A.通以正弦式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候都相等C.穿過副線圈的磁通量的變更使得副線圈產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈中原線圈中的交變電流所產(chǎn)生的變更磁場,除穿過原線圈之外,也穿過副線圈,在兩個線圈中都能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象.[答案]BC[解析]通入交變電流時,原線圈產(chǎn)生的磁通量是變更的,故A錯誤;原、副線圈在同一鐵芯上,沒有漏磁,磁通量相等,故B正確;由電磁感應(yīng)現(xiàn)象,磁通量變更引起感應(yīng)電動勢,故C正確;副線圈中的電流是由于磁通量變更引起的,故D錯誤.如圖所示為一種變壓器的銘牌圖,依據(jù)其銘牌上所供應(yīng)的信息,以下推斷正確的是(B)A.這是一個升壓變壓器B.原線圈的匝數(shù)比副線圈的匝數(shù)多C.當(dāng)原線圈輸入溝通電壓220V時,副線圈輸出直流電壓12VD.當(dāng)原線圈輸入溝通電壓220V、副線圈接負(fù)載時,副線圈中電流比原線圈中電流小解析:依據(jù)銘牌上所供應(yīng)的信息可知:變壓器的輸入電壓為220V,輸出電壓為12V,該變壓器為降壓變壓器,故選項A錯誤,B正確;變壓器的工作原理是電磁感應(yīng),故變壓器的原、副線圈上的電壓都為溝通電壓,選項C錯誤;由志向變壓器的輸出功率等于輸入功率,且原線圈的電壓大于副線圈的電壓,故副線圈接負(fù)載時,副線圈中電流比原線圈中電流大,選項D錯誤.考點二1.志向變壓器的三種基本關(guān)系表達(dá)名稱規(guī)律表示依據(jù)備注電壓關(guān)系eq\f(U1,n1)=eq\f(U2,n2)=eq\f(U3,n3)…E=neq\f(ΔΦ,Δt)適用于一個原線圈、一個或多個副線圈的狀況功率關(guān)系P入=P出能量守恒適用于志向變壓器電流關(guān)系eq\f(I1,I2)=eq\f(n2,n1)U1I1=U2I2適用于一個原線圈、一個副線圈n1I1=n2I2+n3I3+…U1I1=U2I2+U3I3+…適用于一個原線圈、多個副線圈2.變壓器工作時的制約關(guān)系(1)電壓制約:當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)肯定時,輸出電壓U2由輸入電壓U1確定,即U2=eq\f(n2U1,n1).(2)電流制約:當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)肯定時,且輸入電壓U1確定時,原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2確定,即I1=eq\f(n2I2,n1).(3)功率制約:P2確定P1,P2增大,P1增大;P2減小,P1減??;P2為0,P1為0.【例2】如圖所示,志向變壓器的原線圈接入u=11000eq\r(2)sin100πt(V)的交變電壓,副線圈通過電阻r=6Ω的導(dǎo)線對“220V,880W”的電器R供電,該電器正常工作.由此可知()A.原、副線圈的匝數(shù)比為501B.交變電壓的頻率為100HzC.副線圈中電流的有效值為4AD.變壓器的輸入功率為880W本題可按以下思路進(jìn)行求解:(1)由交變電壓的瞬時值表達(dá)式可知原線圈兩端電壓的頻率和有效值;(2)由電器R正常工作,可知副線圈中電流的有效值和副線圈兩端電壓的有效值;(3)由功率關(guān)系P入=P出可求變壓器的輸入功率.[答案]C[解析]原線圈接入電壓u=11000eq\r(2)sin100πt(V),輸入電壓的有效值U1=11000V,已知“220V,880W”的電器正常工作,則副線圈中的電流為I2=eq\f(PR,UR)=4A,副線圈兩端的電壓為U2=I2r+UR=4×6V+220V=244V,原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)=eq\f(U1,U2)=eq\f(11000,244)=eq\f(2750,61),選項A錯誤,C正確;交變電壓的頻率f=eq\f(ω,2π)=eq\f(100π,2π)Hz=50Hz,選項B錯誤;變壓器的輸入功率P入=P出=PR+Pr=880W+42×6W=976W,選項D錯誤.總結(jié)提能變壓器工作時的制約關(guān)系:(1)電壓:當(dāng)變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比(n1n2)肯定時,輸出電壓U2由輸入電壓U1確定,即U2=eq\f(n2,n1)U1.(2)電流:當(dāng)變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比(n1n2)肯定,且輸入電壓U1肯定時,原線圈中的電流I1由副線圈中的電流I2確定,即I1=eq\f(n2,n1)I2.(3)功率:志向變壓器的輸入功率和輸出功率相等,即P1=P2,輸出功率P2確定輸入功率P1.[多選]如圖所示是通過變壓器為一精密儀器供電的電路,儀器兩端的電壓可通過示波器顯示出來,電路中的變壓器可視為志向變壓器.已知示波器顯示的電壓U2=31.1sin100πtV,變壓器原線圈與副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)=eq\f(10,1),若儀器可以看成純電阻電路,其工作時的電阻R=44Ω,I1、I2表示原、副線圈中的電流,則下列推斷正確的是(BD)A.原線圈兩端電壓為311V,原線圈中的電流為70.7mAB.原線圈兩端電壓為220V,原線圈中的電流為50mAC.原線圈所接溝通電源的頻率為100HzD.原線圈所接溝通電源的頻率為50Hz解析:依據(jù)題目給出的副線圈輸出電壓的變更規(guī)律可知,副線圈兩端的電壓U2=eq\f(Um,\r(2))=eq\f(31.1,\r(2))V≈22V,由eq\f(U1,U2)=eq\f(n1,n2),得U1=220V;由U2=I2R,得I2=0.5A=500mA,由eq\f(I1,I2)=eq\f(n2,n1),得I1=50mA,故A錯誤,B正確.變壓器原、副線圈中交變電流的頻率相等,均為50Hz,故C錯誤,D正確.【例3】[多選]如圖所示,志向變壓器原線圈接有溝通電源,當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時,燈泡L能發(fā)光.要使燈泡變亮,可以實行的方法有()A.向下滑動P B.增大溝通電源的電壓C.增大溝通電源的頻率 D.減小電容器C的電容解答本題時應(yīng)把握以下兩點:(1)變壓器只變更交變電流的電壓和電流,不變更交變電流的頻率;(2)電容器的容抗與交變電流的頻率以及電容器的電容有關(guān),與其他因素?zé)o關(guān).[答案]BC[解析]向下滑動P時,副線圈的匝數(shù)變少,由志向變壓器的電壓關(guān)系可知,副線圈兩端的電壓變小,燈泡變暗,選項A錯誤;增大溝通電源的電壓,由志向變壓器的電壓關(guān)系可知,副線圈兩端的電壓增大,燈泡變亮,選項B正確;電壓不變,增大溝通電源的頻率,電容器的容抗減小,電路中的電流變大,燈泡變亮,選項C正確;減小電容器的電容,電容器的容抗增大,電路中的電流減小,燈泡變暗,選項D錯誤.總結(jié)提能本題考查變壓器電路的動態(tài)分析和電容器的容抗,意在考查考生對變壓器規(guī)律的駕馭狀況及對電容器容抗的理解.如圖所示,志向變壓器原線圈輸入電壓u=Umsinωt,副線圈電路中R0為定值電阻,R是滑動變阻器,和是志向溝通電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示;和是志向溝通電流表,示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說法正確的是(C)A.I1和I2表示電流的瞬時值B.U1和U2表示電壓的最大值C.滑片P向下滑動過程中,U2不變,I1變大D.滑片P向下滑動過程中,U2變小,I1變小解析:溝通電壓表和溝通電流表測量的是有效值,選項A、B錯誤;滑片P向下滑動時,滑動變阻器接入電路中的電阻減小,副線圈負(fù)載電阻減小,因為原、副線圈的匝數(shù)比不變,所以U1、U2不變,因I2=eq\f(U2,R+R0),所以I2變大,又U1I1=U2I2,所以I1變大,故選項C正確,D錯誤.1.如圖所示,為四種亮度可調(diào)的臺燈的電路示意圖,它們所用白熾燈泡相同,且都是“220V,40W”,當(dāng)燈泡所消耗的功率都調(diào)于20W時,哪種臺燈消耗的功率最小(C)解析:C圖為志向變壓器調(diào)整,而志向變壓器不消耗能量,A、B、D三圖中均利用電阻來調(diào)整燈泡上的電壓,故肯定要消耗能量.2.有一電子線路中運用的小變壓器,變壓比為220V/6V,由于運用時間長了分不清原、副線圈,其外形如圖所示,現(xiàn)要作為降壓變壓器運用,則電源(220V)應(yīng)接在(B)A.a(chǎn)b兩端 B.cd兩端C.a(chǎn)c兩端 D.bd兩端解析:本題考查變壓器的電流關(guān)系.由變壓器結(jié)構(gòu)原理可知,線圈中的電流越大,應(yīng)當(dāng)用越粗的導(dǎo)線,在降壓變壓器中,原線圈的匝數(shù)多于副線圈的匝數(shù),即n1>n2,又eq\f(I1,I2)=eq\f(n2,n1),所以I2>I1,說明通過電流大的(I2)線圈應(yīng)是副線圈,導(dǎo)線相應(yīng)要粗些,由圖知,ab線較粗,故輸入電壓(220V)應(yīng)接cd兩端.故正確答案為B.3.如圖所示,志向變壓器原、副線圈上接有四個完全相同的燈泡,若四個燈泡恰好都能正常發(fā)光,則下列說法正確的是(B)A.U1U2=34B.U1U2=43C.若將L1短路,則副線圈的三個燈泡仍能正常發(fā)光D.若將L2短路,則副線圈的兩個燈泡兩端的電壓變?yōu)轭~定電壓的eq\f(3,2)倍解析:設(shè)燈泡的額定電壓為U,額定電流為I,則副線圈電壓為3U,電流為I,原線圈的燈泡正常發(fā)光,電流也為I,所以原、副線圈的匝數(shù)比為11,原線圈兩端電壓為3U,所以U1U2=43,選項A錯誤,B正確;若將L1短路,則原線圈的電壓增大,則副線圈兩端電壓也增大,三個燈泡不能正常發(fā)光,選項C錯誤;若將L2短路,設(shè)副線圈的電流為I′,原線圈的電流也為I′,因此2I′R+I(xiàn)′R=U1=4U,則I′R=eq\f(4,3)U,即副線圈的每個燈泡兩端的電壓變?yōu)轭~定電壓的eq\f(4,3),選項D錯誤.4.用電高峰期,電燈往往會變暗,其原理可簡化為如下物理問題,如圖所示,志向變壓器副線圈上,通過輸電線連接兩只相同的燈泡L1和L2,輸電線的等效電阻為R,原線圈輸入有效值恒定的溝通電壓,當(dāng)開關(guān)S閉合時,以下說法中正確的是(B)A.原線圈中的電流減小 B.R兩端的電壓增大C.原線圈輸入功率不變 D.副線圈輸出的電壓減小解析:開關(guān)S閉合,用戶端阻值變小,用戶端干路電流增大,則原線圈中電流變大,原線圈輸入功率變大,選項A、C均錯誤;用戶端干路電流增大,則輸電線R上電壓損失變大,選項B正確;由于原電壓及匝數(shù)比不變,故副線圈輸出電壓不變,選項D錯誤.5.如圖所示,一個變壓器(可視為志向變壓器)的原線圈接在220V的市電上,向額定電

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