資源簡介

變壓器學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標】
1、理解變壓器的工作原理；
2、掌握理想變壓器原、副線圈中電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系及功率關(guān)系；
【重點難點】
探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系
[預(yù)習(xí)案]1先通讀教材，完成助讀，熟記并理解基本知識，再完成檢測；2獨立完成，用時20分鐘
一、教材助讀
1、各種不同等級的發(fā)電機發(fā)出的交流電壓各不相同，怎樣才能并入電網(wǎng)實現(xiàn)遠距離電能輸送？各種不同的用電器所需的電壓不同，而電網(wǎng)輸送過來的電壓太高。怎樣才能滿足各種用電器的電壓需要？
#2、在日常生活中，你在哪些場合見過變壓器？見過什么樣的變壓器？在你見過或使用過的家用電器中，哪些可能含有變壓器？想一想它們有什么作用？
3、試畫出變壓器的實物簡圖和電路符號圖。
4、變壓器是用電器還是電氣設(shè)備？對于實際變壓器，有哪些因素會引起能量的損失？變壓器制造時有何措施可減少電能損失？
5、變壓器的原理
是變壓器的工作基礎(chǔ)。由于互感現(xiàn)象，使得穿過原副線圈的 相同。根據(jù)E= 得 ，原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E與匝數(shù)n成 。
2、理想變壓器的變壓、變流規(guī)律關(guān)系：
⑴、變壓規(guī)律：
⑵、變流規(guī)律：
二、預(yù)習(xí)自測
1．______現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，不僅穿過________也穿過________，則副線圈中就要產(chǎn)生______．盡管原、副線圈沒有導(dǎo)線相連，電能卻可以通過磁場從原線圈到達副線圈．
2．原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的__________，公式表示為______________．如果原線圈的匝數(shù)大于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈低，這種變壓器稱為____________；如果原線圈的匝數(shù)小于副線圈的匝數(shù)，則副線圈得到的電壓比原線圈高，這種變壓器稱為__________．
3．一臺理想變壓器的原線圈匝數(shù)為100匝，副線圈匝數(shù)為1200匝，在原線圈兩端接有一電動勢為10V的電池組，則在副線圈兩端的輸出電壓為 ( )
A．0V 　　　　B．1.2V C．120V 　　　D．小于120V
4．將輸入電壓為220V，輸出電壓為6V的變壓器改繞成輸出電壓為24V的變壓器。已知副線圈原來的匝數(shù)為36匝，現(xiàn)不改原線圈的匝數(shù)，則副線圈應(yīng)增繞的匝數(shù)為（ ）
A．144匝 B．108匝 C．180匝 D．540匝
[探究案] ---- 合作學(xué)習(xí)：討論、展示、點評、大膽質(zhì)疑、共同探究（分組實驗）
探究點一 變壓器的原理
問題1 ① 利用桌上的器材（學(xué)生電源、可拆變壓器、燈泡）按圖1和圖2分別通入直流和交流電，觀察燈泡是否發(fā)光。通入交流時取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，觀察燈泡的亮度是否變化？
(
圖1
直流
交流
圖2
)② 理論探究（討論交流）：為什么
變壓器通以恒定電流燈不發(fā)光，而交變
電流通過變壓器能讓燈發(fā)光？變壓器的
鐵芯起什么作用？
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問題2 如何用多用表測量交流電壓？
(
V
1
n
2
U
2
U
1
n
1
原線圈
副線圈
鐵芯
圖3
V
2
)
探究點二 電壓與匝數(shù)的關(guān)系
問題3 （1）請利用多用電表、可拆變壓器、學(xué)生電源參考圖3電路圖和實驗步驟完成以下實驗探究：
① 保持原線圈匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈匝數(shù)n2，研究n2對副線圈電壓U2的影響：n1= ，U1= ；
1 2 3
n2
U2
② 保持副線圈匝數(shù)n2和電壓U1不變，改變原線圈匝數(shù)n1，研究n1對副線圈電壓U2的影響：n2= ， U1= ；
③ 保持原、副線圈匝數(shù)n1、n2不變，改變原線圈電壓U1，研究U1對副線圈電壓U2的影響：n1= ， n2= 。
1 2 3
n1
U2
④　通過實驗歸納分析U1、U2和n1、n2之間的定量關(guān)系 。
當 時，該變壓器為降壓變壓器。
當 時，該變壓器為升壓變壓器。
1 2 3
U1
U2
（2）理論探究
(
n
2
U
2
～
U
1
n
1
～
原線圈
副線圈
鐵芯
圖4
)試利用圖4變壓器的示意圖，根據(jù)能量守恒
的思想、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律，探究變壓
器的電壓比與線圈匝數(shù)比的關(guān)系式？
探究點三 電流與匝數(shù)的關(guān)系
問題4 ①變壓器既是改變交流電壓的裝置，又是電能的傳輸裝置。
(
n
1
I
1
I
2
R
n
2
U
1
U
2
圖5
)如果變壓器沒有電能損失，那么變壓器的輸入功率與輸出功率有何關(guān)系？
在圖5中如何表示這種關(guān)系？
② 利用變壓器的電壓比公式和功率關(guān)系，在圖4中推導(dǎo)原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系。
問題5在繞制變壓器的原、副線圈 時，原線圈與副線圈所用導(dǎo)線的規(guī)格是否需要一致？為什么？
針對訓(xùn)練
1．關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(　　)
A．通有正弦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不相等
C．穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢
D．原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
2．對理想變壓器，下列說法中正確的是(　AB　)
A．原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大
B．原線圈的輸入電流，隨副線圈的輸出電流增大而增大
C．原線圈的電流，不隨副線圈的輸出電流變化而變化
D．當副線圈的電流為零時，原線圈的電壓也為零
3．某變電站用原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2的變壓器，將遠距離輸送的電能送給用戶，如圖所示，將變壓器看作理想變壓器，當變壓器正常工作時，下列說法正確的是(　　)
A．原、副線圈電壓比為n2∶n1
B．原、副線圈電流比為n1∶n2
C．原、副線圈電壓比為n1∶n2
D．變壓器的輸入功率與輸出功率的比為n1∶n2
[歸納總結(jié)]
[反饋測評]
1．如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V,60 W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光，則(　　)
A．電流表的示數(shù)為 A
B．電源輸出功率為1 200 W
C．電流表的示數(shù)為 A
D．原線圈端電壓為11 V
2．某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55∶9，原線圈所接電源電壓按如圖3所示的規(guī)律變化，副線圈接有負載，下列判斷正確的是(　　)
A．輸出電壓的最大值為36 V
B．原、副線圈中電流之比為55∶9
C．變壓器輸入、輸出功率之比為55∶9
D．交流電源電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz
3．如圖所示，M、N為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說法正確的是(　　)
A．在乙圖中，線圈N4的導(dǎo)線一定比線圈N3的導(dǎo)線粗
B．甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表
C．甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表
D．甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表
4．如圖所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值UAB＝100 V，R0＝40 Ω，當滑動片處于線圈中點位置時，C、D兩端電壓的有效值UCD為________V，通過電阻R0的電流有效值為________A.
5．如圖所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈的電壓，則(　　)
A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大
B．保持P的位置及U1不變，K由b合到a時，R消耗功率將減小
C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大
D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大
6．如圖所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1和L2，輸電線等效電阻為R.開始時，開關(guān)S斷開．當S接通時，以下說法中正確的是(　　)
A．副線圈兩端M、N的輸出電壓減小
B．副線圈輸電線等效電阻R上的電壓增大
C．通過燈泡L1的電流減小
D．原線圈中的電流增大
參考答案
一、預(yù)習(xí)自測
1．互感　原線圈　副線圈　感應(yīng)電動勢
2．匝數(shù)之比　＝　降壓變壓器　升壓變壓器
3.A 4.A
二、針對訓(xùn)練
1.C 2.AB 3. C
三、反饋測評
1．C　
I2＝＝ A＝ A
根據(jù)公式＝得I1＝I2＝× A＝ A，即電流表的示數(shù)應(yīng)為 A，故A錯，C對；
電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由P入＝P出可得電源的輸出功率為60 W，故B選項錯誤；
根據(jù)公式＝，得U1＝U2＝×220 V＝4 400 V，故D選項錯誤．]
點評　變壓器的基本規(guī)律
(1)電壓關(guān)系：①只有一個副線圈時＝或＝
②當有多個副線圈時＝＝＝…
(2)功率關(guān)系：P入＝P出：①只有一個副線圈時，P1＝P2
②當有多個副線圈時P1＝P2＋P3＋…
(3)電流關(guān)系：①只有一個副線圈時，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2，得＝＝，即＝
②當有多個副線圈時，由P1＝P2＋P3＋…知
I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
2．D　
點評　變壓器的電壓關(guān)系、電流關(guān)系是各物理量的有效值(或最大值)間的關(guān)系，例如公式＝中，若U1是有效值則U2就是有效值，若U1是最大值則U2就是最大值．
3．C　
點評　甲圖是電壓互感器，乙圖是電流互感器，它們分別與電壓表和電流表的使用方法相同，即：電壓互感器測電壓時需并聯(lián)接入電路，電流互感器測電流時需串聯(lián)接入電路．它們利用變壓器的原理把高電壓、大電流變成低電壓、小電流，以方便測量．
4．200　5
解析　由理想變壓器公式 ＝得
UCD＝UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝＝ A＝5 A.
點評　自耦變壓器鐵芯上只繞一個線圈，原、副線圈共用一個繞組，最大優(yōu)點是可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，缺點是低壓端和高壓端直接有電的聯(lián)系，使用不夠安全．變壓器的規(guī)律都適用于自耦變壓器．
5．ABD　
方法總結(jié)　此類問題大致有兩種情況：一是負載電阻不變，原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)，輸入功率、輸出功率隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，如選項A、B；另一類是原、副線圈的匝數(shù)比不變，上述各物理量隨負載電阻的變化而變化的情況，如選項C.處理此類問題時，要根據(jù)題意分清變量與不變量，要明確變量之間的相互制約關(guān)系．
6．BCD　
方法總結(jié)　變壓器動態(tài)分析問題的思路程序可表示為

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