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人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器教案配套ppt课件
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器教案配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，乙组装后的变压器，答案C，4升压等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养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.通过探究得出理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。3.明确理想变压器的输入功率与输出功率之间的关系,会推导原、副线圈中的电流关系。
一、变压器的原理1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示。
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。
2.原理:互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3.作用:改变交变电流的电压。4.变压器工作时有能量损耗,我们把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。
微探究 如图所示,我们发现变压器原、副线圈不相通,那么给原线圈接直流电源,副线圈接一个小灯泡,通电后,小灯泡会发光吗?如果将原线圈改接为交流电源,小灯泡会发光吗?为什么?
提示:接直流电源不发光。接交流电源发光。线圈接交流电源时,因为左边线圈的电流是变化的,闭合铁芯中磁通量发生变化,右边线圈产生感应电动势,由于有闭合回路,所以能形成感应电流,小灯泡能发光。如果原线圈接直流电源,闭合铁芯中虽有磁场,但磁场不是变化的,所以不能产生感应电动势,小灯泡不会发光。
二、电压与匝数的关系1.电压与匝数的关系。理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即2.理想变压器原、副线圈功率关系。P1 = (选填“>”“=”或“<”)P2。3.两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器;副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。
微判断(1)变压器中穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势。( )(2)变压器的原理是电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流。( )(3)理想变压器是忽略了能量损耗的变压器。( )(4)变压器原线圈输入的交变电流频率越高,输出的电流越大。( )(5)理想变压器有多个副线圈时,输入功率和输出功率相等。( )
一 理想变压器的特点和原理
重难归纳1.理想变压器的定义:没有能量损耗的变压器。2.理想变压器的特点。(1)原、副线圈的电阻不计,不产生热量。(2)变压器的铁芯无漏磁,原、副线圈磁通量无差别。(3)变压器自身的能量损耗不计,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。
3.原理分析。(1)变压器的变压原理是电磁感应。当原线圈上加交流电压时,原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生交变的磁通量,在原、副线圈中都要产生感应电动势。(2)如果副线圈是闭合的,则副线圈中将产生交变的感应电流,它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。(3)由于互感现象,原、副线圈间虽然不相连,电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。
如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=4∶1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,电流表A1的示数是12 mA,则电流表A2的示数为多大?
提示:导体棒向左匀速运动切割磁感线时,在线圈n1中通过的是恒定电流,不能引起穿过副线圈的磁通量变化,在副线圈上无感应电动势出现,所以A2中无电流通过,示数为0。
典例剖析【例1】 关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )A.通有正弦式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不相等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:C
解析:通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,选项A错误。因理想变压器无漏磁,选项B错误。由互感现象知选项C正确。线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,选项D错误。
特别提醒(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。(2)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。(3)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。
学以致用1.(多选)右图是一个理想变压器的示意图,在它正常工作时,下列说法正确的是( )A.副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的B.输送的电能经变压器先转化为磁场能,再转化为电能C.输送的电能经变压器先转化为电场能,再转化为电能D.输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去答案:AB
解析:变压器的原理是原线圈的电流发生变化,从而引起副线圈中磁通量变化,产生电动势,故选项A正确;变压器电能的输送是电能经原线圈先转化为磁场能,再经副线圈转化为电能,故选项B正确,C、D错误。
二 理想变压器的规律及制约关系
重难归纳1.理想变压器的规律。
(3)负载制约。①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,③总功率P入=P线+P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。
钳形电流测量仪的结构图如图所示,在捏紧扳手时其铁芯会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,请思考下面的问题:(1)载流导线中电流I0与内置线圈中的电流值I的关系是什么?(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流大于还是小于实际电流?(3)将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数如何变化?
提示:(1)载流导线、铁芯和内置线圈可看成理想变压器,载流导线为1匝的原线圈,由电流跟匝数成反比可知载流导线中电流大小I0=nI。(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,则通过内置线圈中的磁通量变小,磁通量的变化率也变小,故产生的感应电流变小,测量出的电流将小于实际电流。(3)若将载流导线在铁芯上多绕几匝,设匝数为n',由 ,即钳形电流测量仪的示数将变大。
典例剖析【例2】 关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1,现在原线圈两端加上交流电压u=311sin 100πt(V)时,灯泡L1、L2均正常发光,电压表和电流表可视为理想电表。则下列说法正确的是( )A.该交变电流的频率为100 HzB.电压表的示数为155.5 VC.若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,则电流表读数变大D.若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,则L1将变暗,L2将变亮
规律总结分析动态问题的思路流程可表示为
学以致用2.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦式交流电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式B.只断开S2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0.8 W答案:D
三 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
重难归纳【实验目的】探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
【实验原理】如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。
【实验器材】可变匝数的变压器(铁芯)、多用电表、低压交流电源、导线若干。【实验步骤】1.要先估计被测电压的大致范围,再选择恰当的量程,若不知道被测电压的大致范围,则应选择多用电表的最大量程进行测量。2.把两个线圈穿在铁芯上,闭合铁芯。3.改变副线圈的匝数,用多用电表交流电压挡测量输出电压。并将实验数据记录在下面表格中。
【数据处理】分析实验数据,得到结论:在误差允许范围内,n1和U1一定时,U2和n2成正比。【误差分析】1.线圈通过电流时会发热。2.变压器铁芯内有漏磁。3.铁芯中有焦耳热产生。
【注意事项】1.要事先推测副线圈两端电压的可能值。2.通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。3.为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
典例剖析【例3】 物理研究课上,同学们用可拆变压器探究变压器的电压与匝数的关系,可拆变压器如图甲、乙所示。
甲 可拆变压器零部件
(1)下列说法正确的是 。 A.为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B.变压器的原线圈接低压交流电源,测量副线圈电压时应当用多用电表的直流电压挡C.可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响D.测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量E.变压器开始正常工作后,铁芯导电,把电能由原线圈输送到副线圈
F.变压器开始正常工作后,若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示,某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端,副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 。 A.与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力B.若仅增加原线圈绕制的圈数,小灯泡的亮度将保持不变C.若仅增加副线圈绕制的圈数,学生电源的过载指示灯可能会亮起答案:(1)CDF (2)AC
解析:(1)为确保实验安全,应该降低输出电压,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,选项A错误。变压器只能改变交变电流的电压,原线圈输入交流电压,副线圈输出交流电压,应用多用电表的交流电压挡测量,选项B错误。研究变压器电压和匝数的关系,用控制变量法,可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响,选项C正确。为了保护电表,测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量,选项D正确。变压器的工作原理是电磁感应现象,即若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用,不是铁芯导电,传输电能,选项E错误,F正确。
(2)与变压器未通电时相比较,通电时线圈产生磁场,对横条铁芯具有吸引力,若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,选项A正确。增加原线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压减小,灯泡的亮度降低,选项B错误。增加副线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压增大,根据欧姆定律可知,输出电流增大,根据变流比可知,输入电流增大,学生电源的过载指示灯可能会亮起,选项C正确。
学以致用3.在探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,除了已有的可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、开关、导线若干,实验室中还备有下列可供选择的器材:A.条形磁体 B.交流电源C.直流电源D.多用电表(1)在本实验中还需要选择上述器材中的 (填正确答案标号)。
(2)某同学将原线圈接在适当的电源上,增大电源的电压,观察到副线圈两端的电压也随之增大;然后在电源电压不变的情况下,保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,则可以观察到副线圈两端的电压 (选填“增大”“减小”或“不变”)。(3)为了进一步探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系,该同学又取线圈匝数Na=80和Nb=160的一个变压器重新接在电源上,测量结果如表所示,考虑到变压器实际存在的各种损耗,可判断电源U1两端接的是 (选填“Na”或“Nb”)。
解析:(1)变压器的原理是互感现象,原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化,所以不需要外界的磁场,故选项A不需要。如果原线圈中通的是直流电源,则副线圈中不会有感应电流产生,故选项B需要,C不需要。需要测电压,所以需要一个测电压的仪器,故选项D需要。(2)变压器线圈两端的电压与匝数的关系为 ,在电源电压不变的情况下,保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,则可以观察到副线圈两端的电压增大。
(3)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的,但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计;考虑到这些损耗,则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。由题可知 ,结合表格中的数据可知,如果Ua接电源,则Ub必定小于2Ua,而图中Ub>2Ua,则接电源的是Nb。
1.关于理想变压器的特点,下列说法正确的是( )A.理想变压器能够使电压升高,同时电流变大B.原、副线圈具有相同的磁通量及变化率,产生的感应电动势也相同C.原、副线圈没有电阻,铁芯中不会产生涡流D.原线圈往往匝数少,绕线粗,电流大答案:C
解析:理想变压器原、副线圈功率相等,即U1I1=U2I2,不可能同时使电压升高,电流增大,选项A错误。原、副线圈匝数不同,感应电动势不同,选项B错误。理想变压器没有能量损耗,所以线圈无电阻,铁芯不产生涡流,选项C正确。原、副线圈中匝数少的一边,电流大,绕线粗,但不一定作为原线圈使用,选项D错误。
2.如图所示,理想变压器原线圈输入电压u=Umsin ωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是( )A.I1和I2表示电流的瞬时值B.U1和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小答案:C
解析:交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值,选项A、B错误。由于输入端电压U1和理想变压器匝数比不变,所以U2不变。滑片P向下滑动过程中,电阻变小,电流I2变大,输出功率变大,则输入功率变大,电流I1变大,选项C正确,D错误。
3.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦式交流电源,副线圈接“220 V 60 W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则( )
4.(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,变压器的输入电流减小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大答案:BD
解析:由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡电压没有影响,故灯泡亮度不变,选项A错误。滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,选项B正确。滑片P上滑,电阻减小,电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,选项C错误。此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,选项D正确。
5.在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中,小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1=120、n2=240,某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压,用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压,数据如表所示。
(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值,还有一组U1、U2的比值没有算出,这组的结果是 。 (2)由实验数据可知,电压比与匝数比并不相等,主要原因是 (至少写出两点)。 (3)实验误差范围内,可得出结论:变压器线圈两端电压与匝数关系为 (用题目中给出的字母表示)。 (4)该变压器是 (选填“升压”或“降压”)变压器。
答案:(1)1∶1.9 (2)漏磁、导线发热、铁芯发热、电表误差等
6.如图所示,理想变压器输入的交流电压U1=220 V,有两组副线圈,其中n2=36,标有“6 V 9 W”“12 V 12 W”的电灯分别接在两副线圈上,均正常发光。求: (1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3;(2)原线圈中电流I1。答案:(1)1 320 72 (2)0.095 A
目 标 素 养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.通过探究得出理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。3.明确理想变压器的输入功率与输出功率之间的关系,会推导原、副线圈中的电流关系。
一、变压器的原理1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示。
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。
2.原理:互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3.作用:改变交变电流的电压。4.变压器工作时有能量损耗,我们把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。
微探究 如图所示,我们发现变压器原、副线圈不相通,那么给原线圈接直流电源,副线圈接一个小灯泡,通电后,小灯泡会发光吗?如果将原线圈改接为交流电源,小灯泡会发光吗?为什么?
提示:接直流电源不发光。接交流电源发光。线圈接交流电源时,因为左边线圈的电流是变化的,闭合铁芯中磁通量发生变化,右边线圈产生感应电动势,由于有闭合回路,所以能形成感应电流,小灯泡能发光。如果原线圈接直流电源,闭合铁芯中虽有磁场,但磁场不是变化的,所以不能产生感应电动势,小灯泡不会发光。
二、电压与匝数的关系1.电压与匝数的关系。理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即2.理想变压器原、副线圈功率关系。P1 = (选填“>”“=”或“<”)P2。3.两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器;副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。
微判断(1)变压器中穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势。( )(2)变压器的原理是电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流。( )(3)理想变压器是忽略了能量损耗的变压器。( )(4)变压器原线圈输入的交变电流频率越高,输出的电流越大。( )(5)理想变压器有多个副线圈时,输入功率和输出功率相等。( )
一 理想变压器的特点和原理
重难归纳1.理想变压器的定义:没有能量损耗的变压器。2.理想变压器的特点。(1)原、副线圈的电阻不计,不产生热量。(2)变压器的铁芯无漏磁,原、副线圈磁通量无差别。(3)变压器自身的能量损耗不计,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。
3.原理分析。(1)变压器的变压原理是电磁感应。当原线圈上加交流电压时,原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生交变的磁通量,在原、副线圈中都要产生感应电动势。(2)如果副线圈是闭合的,则副线圈中将产生交变的感应电流,它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。(3)由于互感现象,原、副线圈间虽然不相连,电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。
如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=4∶1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,电流表A1的示数是12 mA,则电流表A2的示数为多大?
提示:导体棒向左匀速运动切割磁感线时,在线圈n1中通过的是恒定电流,不能引起穿过副线圈的磁通量变化,在副线圈上无感应电动势出现,所以A2中无电流通过,示数为0。
典例剖析【例1】 关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )A.通有正弦式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不相等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:C
解析:通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,选项A错误。因理想变压器无漏磁,选项B错误。由互感现象知选项C正确。线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,选项D错误。
特别提醒(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。(2)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。(3)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。
学以致用1.(多选)右图是一个理想变压器的示意图,在它正常工作时,下列说法正确的是( )A.副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的B.输送的电能经变压器先转化为磁场能,再转化为电能C.输送的电能经变压器先转化为电场能,再转化为电能D.输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去答案:AB
解析:变压器的原理是原线圈的电流发生变化,从而引起副线圈中磁通量变化,产生电动势,故选项A正确;变压器电能的输送是电能经原线圈先转化为磁场能,再经副线圈转化为电能,故选项B正确,C、D错误。
二 理想变压器的规律及制约关系
重难归纳1.理想变压器的规律。
(3)负载制约。①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,③总功率P入=P线+P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。
钳形电流测量仪的结构图如图所示,在捏紧扳手时其铁芯会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,请思考下面的问题:(1)载流导线中电流I0与内置线圈中的电流值I的关系是什么?(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流大于还是小于实际电流?(3)将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数如何变化?
提示:(1)载流导线、铁芯和内置线圈可看成理想变压器,载流导线为1匝的原线圈,由电流跟匝数成反比可知载流导线中电流大小I0=nI。(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,则通过内置线圈中的磁通量变小,磁通量的变化率也变小,故产生的感应电流变小,测量出的电流将小于实际电流。(3)若将载流导线在铁芯上多绕几匝,设匝数为n',由 ,即钳形电流测量仪的示数将变大。
典例剖析【例2】 关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1,现在原线圈两端加上交流电压u=311sin 100πt(V)时,灯泡L1、L2均正常发光,电压表和电流表可视为理想电表。则下列说法正确的是( )A.该交变电流的频率为100 HzB.电压表的示数为155.5 VC.若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,则电流表读数变大D.若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,则L1将变暗,L2将变亮
规律总结分析动态问题的思路流程可表示为
学以致用2.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦式交流电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式B.只断开S2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0.8 W答案:D
三 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
重难归纳【实验目的】探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
【实验原理】如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。
【实验器材】可变匝数的变压器(铁芯)、多用电表、低压交流电源、导线若干。【实验步骤】1.要先估计被测电压的大致范围,再选择恰当的量程,若不知道被测电压的大致范围,则应选择多用电表的最大量程进行测量。2.把两个线圈穿在铁芯上,闭合铁芯。3.改变副线圈的匝数,用多用电表交流电压挡测量输出电压。并将实验数据记录在下面表格中。
【数据处理】分析实验数据,得到结论:在误差允许范围内,n1和U1一定时,U2和n2成正比。【误差分析】1.线圈通过电流时会发热。2.变压器铁芯内有漏磁。3.铁芯中有焦耳热产生。
【注意事项】1.要事先推测副线圈两端电压的可能值。2.通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。3.为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
典例剖析【例3】 物理研究课上,同学们用可拆变压器探究变压器的电压与匝数的关系,可拆变压器如图甲、乙所示。
甲 可拆变压器零部件
(1)下列说法正确的是 。 A.为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B.变压器的原线圈接低压交流电源,测量副线圈电压时应当用多用电表的直流电压挡C.可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响D.测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量E.变压器开始正常工作后,铁芯导电,把电能由原线圈输送到副线圈
F.变压器开始正常工作后,若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示,某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端,副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 。 A.与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力B.若仅增加原线圈绕制的圈数,小灯泡的亮度将保持不变C.若仅增加副线圈绕制的圈数,学生电源的过载指示灯可能会亮起答案:(1)CDF (2)AC
解析:(1)为确保实验安全,应该降低输出电压,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,选项A错误。变压器只能改变交变电流的电压,原线圈输入交流电压,副线圈输出交流电压,应用多用电表的交流电压挡测量,选项B错误。研究变压器电压和匝数的关系,用控制变量法,可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响,选项C正确。为了保护电表,测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量,选项D正确。变压器的工作原理是电磁感应现象,即若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用,不是铁芯导电,传输电能,选项E错误,F正确。
(2)与变压器未通电时相比较,通电时线圈产生磁场,对横条铁芯具有吸引力,若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,选项A正确。增加原线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压减小,灯泡的亮度降低,选项B错误。增加副线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压增大,根据欧姆定律可知,输出电流增大,根据变流比可知,输入电流增大,学生电源的过载指示灯可能会亮起,选项C正确。
学以致用3.在探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,除了已有的可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、开关、导线若干,实验室中还备有下列可供选择的器材:A.条形磁体 B.交流电源C.直流电源D.多用电表(1)在本实验中还需要选择上述器材中的 (填正确答案标号)。
(2)某同学将原线圈接在适当的电源上,增大电源的电压,观察到副线圈两端的电压也随之增大;然后在电源电压不变的情况下,保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,则可以观察到副线圈两端的电压 (选填“增大”“减小”或“不变”)。(3)为了进一步探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系,该同学又取线圈匝数Na=80和Nb=160的一个变压器重新接在电源上,测量结果如表所示,考虑到变压器实际存在的各种损耗,可判断电源U1两端接的是 (选填“Na”或“Nb”)。
解析:(1)变压器的原理是互感现象,原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化,所以不需要外界的磁场,故选项A不需要。如果原线圈中通的是直流电源,则副线圈中不会有感应电流产生,故选项B需要,C不需要。需要测电压,所以需要一个测电压的仪器,故选项D需要。(2)变压器线圈两端的电压与匝数的关系为 ,在电源电压不变的情况下,保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,则可以观察到副线圈两端的电压增大。
(3)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的,但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计;考虑到这些损耗,则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。由题可知 ,结合表格中的数据可知,如果Ua接电源,则Ub必定小于2Ua,而图中Ub>2Ua,则接电源的是Nb。
1.关于理想变压器的特点,下列说法正确的是( )A.理想变压器能够使电压升高,同时电流变大B.原、副线圈具有相同的磁通量及变化率,产生的感应电动势也相同C.原、副线圈没有电阻,铁芯中不会产生涡流D.原线圈往往匝数少,绕线粗,电流大答案:C
解析:理想变压器原、副线圈功率相等,即U1I1=U2I2,不可能同时使电压升高,电流增大,选项A错误。原、副线圈匝数不同,感应电动势不同,选项B错误。理想变压器没有能量损耗,所以线圈无电阻,铁芯不产生涡流,选项C正确。原、副线圈中匝数少的一边,电流大,绕线粗,但不一定作为原线圈使用,选项D错误。
2.如图所示,理想变压器原线圈输入电压u=Umsin ωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是( )A.I1和I2表示电流的瞬时值B.U1和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小答案:C
解析:交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值,选项A、B错误。由于输入端电压U1和理想变压器匝数比不变,所以U2不变。滑片P向下滑动过程中,电阻变小,电流I2变大,输出功率变大,则输入功率变大,电流I1变大,选项C正确,D错误。
3.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦式交流电源,副线圈接“220 V 60 W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则( )
4.(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,变压器的输入电流减小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大答案:BD
解析:由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡电压没有影响,故灯泡亮度不变,选项A错误。滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,选项B正确。滑片P上滑,电阻减小,电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,选项C错误。此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,选项D正确。
5.在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中,小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1=120、n2=240,某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压,用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压,数据如表所示。
(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值,还有一组U1、U2的比值没有算出,这组的结果是 。 (2)由实验数据可知,电压比与匝数比并不相等,主要原因是 (至少写出两点)。 (3)实验误差范围内,可得出结论:变压器线圈两端电压与匝数关系为 (用题目中给出的字母表示)。 (4)该变压器是 (选填“升压”或“降压”)变压器。
答案:(1)1∶1.9 (2)漏磁、导线发热、铁芯发热、电表误差等
6.如图所示,理想变压器输入的交流电压U1=220 V,有两组副线圈,其中n2=36,标有“6 V 9 W”“12 V 12 W”的电灯分别接在两副线圈上,均正常发光。求: (1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3;(2)原线圈中电流I1。答案:(1)1 320 72 (2)0.095 A
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