高中物理选修32变压器知识点及方法总结题型分类总结变压器电路分析.pdf
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1、1 高中物理 选修 3-2 变压器 1、理想变压器(1)构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。副线圈:与负极连接的线圈,也叫次级线圈。闭合铁芯(2)原理:电流磁效应、电磁感应(3)基本公式 功率关系:入 出无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于所有输出功率纸盒 电压关系:即对同一变压器的任意两个线圈,都有电压和匝数成正比。有多个副线圈时,电流关系:只有一个副线圈时 由 入 出及 P=UI 推出有多个副线圈时,当原线圈中 、代入有效值时,副线圈对应的 、也是有效值,当原线圈中 、为最大值或瞬时值时,副线圈中的 、也对应
2、最大值或瞬时值 原副线圈中通过每匝线圈的磁通量的变化率相等 原副线圈中电流变化规律一样,电流的周期频率一样(4)几种常用的变压器 自耦变压器-调压变压器 如图是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈,副线圈只取线圈的一部分,就可以降低电压;如果把线圈的一部分作原线圈,整个线圈作副线圈,就可以升高电压。调压变压器:就是一种自耦便要,它的构造如图所示。线圈 AB 绕在一个圆环形的铁芯上。AB 之间加上输入电压 。移动滑动触头 P 的位置就可以调节输出电压 。互感器 电压互感器:用来把高电压变成低电压电流互感器:用来把大电流变成低电流 2 交流电压表和电流
3、表都有一定的量度范围,不能直接测量高电压和大电流。用变压器把高电压变成低电压,或者把大电流变成小电流,这个问题就可以解决了。这种变压器叫做互感器。a、电压互感器 电压互感器用来把高电压变成低电压,它的原线圈并联在高电压电路中,副线圈接入交流电压表。根据电压表测得的电压 和铭牌上注明的变压比(),可以算出高压电路中的电压。为了工作安全,电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。b、电流互感器 电流互感器用来把大电流变成小电流。它的原线圈串联再被测电路中,副线圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电流 I2和铭牌上注明的变流比(),可以算出被测电路中的电流。如果被测电路是高压电路,为了工作安全,同样要把电流
4、互感器的外壳和副线圈接地。(5)电路中的符号 (6)特征 正因为是利用电磁感应现象来工作的,所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压(7)理想变压器的理想化条件 在理想变压器的原线圈两端加交变电压 U1后,由于电磁感应的原因,原、副线圈中都将产生感应电动势,根据法拉第电磁感应定律有:,(忽略原、副线圈内阻,有 ,;另外,考虑到铁芯的导磁作用而却忽略漏磁,即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等,于是又有 )由此便可得理想变压器的电压变化规律为 再忽略变压器自身的能量损失(一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分,分别俗称为“铜损”和“铁损”)有 (而 ,)于是又得理想
5、变压器的电流变化规律为 ,(8)特别注意 变压器的输入功率由输出功率决定 往往用到:,即在输入电压确定以后,输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比,与原线圈匝数的平方成反比,与副线圈电路的电阻成反比。式中的 R 表示负载电阻的阻值,而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器你的实际功率。实际上,R 越大,负载越小;R 越小,负载越大。变压器可以使输出电压升高或降低,但不可能使输出功率变大。假若是理想变压器。输出功率也不可能减少。通常说的增大输出端负载,可理解为负载电阻减小;同理加大负载电阻可理解为减小负载。2、解决变压器问题的常用方法 解题思路 1:电压思路。3 变压器原、副线圈的电
6、压之比为 ;当变压器有多个副绕组时 解题思路 2:功率思路 理想变压器的输入、输出功率为 入 出,即 ;当变压器有多个副绕组时 解题思路 3:电流思路。由 知,对只有一个副绕组的变压器有 ;当变压器有多个副绕组时 解题思路 4(变压器你动态问题)制约思路(1)电压制约:当变压器原、副线圈匝数比()一定时,输出电压 由输入电压决定,即 ,可简述为“原制约副”。(2)电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比()一定,且输入电压 确定时,原线圈中的电流 由副线圈中的输出电流 决定,即 ,可简述为“副制约原”。(3)负载制约:变压器副线圈中的功率 负 负 ;变压器副线圈中的电流 由用户负载及电压 确定,;
7、总功率 总 线 。动态分析问题的思路程序可表示为:解题思路 5:原理思路 变压器原线圈中磁通量发生变化,铁芯中 相等;当遇到“”型变压器时有:,此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电,但不适用于稳压或恒定电流的情况。题型 1(变压器构造、原理基本计算)1、一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220V 交变电流改变为 110V,已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈的匝数为(B )A.200 B.400 C.1600 D.3200 2、用 220V 的正弦交流电通过理想变压器对一灯泡供电,变压器输出电压是 110V,通过灯泡的电流图像如图所示,则(A )A.变压器输入功率约为 110W B
8、.输出电压的最大值是 110V C.变压器原、副线圈匝数比是 1:2 D.变压器原线圈电路电流的函数表达式 A 3、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,图中电流互感器 ab 一侧线圈的匝数较少,工作时电流为 ,cd 一侧线圈的匝数较多,工作时电流为 ,为了使电流表能正常工作,则(B )4 A.ab 接 MN、cd 接 PQ,B.ab 接 MN、cd 接 PQ,C.ab 接 PQ、cd 接 MN,D.ab 接 PQ、cd 接 MN,4、钳形电流表的外形和结构如图(a)所示。图(a)中电流表的读数为 1.2A。图(b)中用同一电缆线绕了 3 匝,则(C
9、)A.这种电流表能测直流电流,图(b)的读数为 2.4A B.这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为 0.4A C.这种电流表能测交流电流,图(b)的读数为 3.6A D.这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图(b)的读数为 3.6A 5、下列四幅图中,可以将电源电压升高的是(C )6、如图所示。L1和 L2是输电线,甲、乙是两个互感器,通过观测接在甲、乙中的电表读数,可以间接得到输电线两端电压和通过输电线的电流。若已知图中 n1:n2=100:1,n3:n4=1:10,V 表示数为 220V,A表示数为 10A,则下列判断正确的是(A )A.甲是电压互感器,输电线两端电压是 B.乙是
10、电压互感器,输电线两端电压是 C.甲是电流互感器,通过输电线的电流时 100A D.乙是电流互感器,通过输电线的电流时 0.1A 7、关于变压器。下列说法中正确的是(BD )A.变压器可以将直流电压升高或降低 B.生涯变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数 C.变压器的输出电压与副线圈的匝数无关 D.理想变压器的输入功率和输出功率相等 8、在闭合铁芯上绕有一组线圈,线圈与滑动变阻器、电池构成电路,假定线圈产生的磁感线全部集中在铁芯内。a、b、c 三个闭合金属圆环,位置如图所示。当滑动变阻器滑动触头左右滑动时,能产生感应电流的圆环是(A )A.a、b 两环 B.b、c 两环 C.a、c 两环 D.a、
11、b、c 三个环 题型 2(变压器在电路中的基本计算)1、一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 3:1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为 220V 的正弦交流电源上,如图所示,设副线圈回路中电阻两端的电压为 U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k,则(A )A.U=66V,B.U=22V,D.U=66V,D.U=22V,5 2、一含理想变压器的电路如图所示,图中电阻 R1、R2和 R3的阻值分别为 3,1,4,A 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。改变压
12、器原、副线圈匝数比为(B )A.2 B.3 C.4 D.5 3、如图,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 220V,额定功率为 22W;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 )A.U=110V,I=0.2A B.U=110V,I=0.05A C.U=,I=0.2A D.U=110 ,I=4、如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡 a 和 b。当输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(AD )A.原、副线圈匝数之比为
13、9:1 B.原、副线圈匝数之比为 1:9 C.此时 a 和 b 的电功率之比为 9:1 D.此时 a 和 b 的电功率之比为 1:9 5、图乙中,理想变压器原、副线圈匝数比 n1:n2=10:1。原线圈与如图甲所示的交流电连接。电路中电表均为理想电表,定值电阻 R1=5,热敏电阻 R2的阻值随温度的升高而减小,则(BC )A.电压表示数为 B.R1的电功率为 0.2W C.R1电流的频率为 50Hz D.R2处温度升高时,电流表示数变小 6、如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数比 n1:n2=5:1,其原线圈接一交流电源,电压 (V),副线圈接一电动机,电阻为 11。若电流表 A2示数为 1A
14、,电表对电路的影响忽略不计,则(B )A.交流电的频率为 100Hz B.电动机输出功率为 33W C.电流表 A1 示数为 5A D.变压器原线圈的输入功率为 33W 7、如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数比为 n:1。原线圈接电压为 的正弦交流电,输出端接有一个交流电流表和一个电动机,电动机的线圈电阻为 R。当输入端接通电源后,电动机带动一质量为 m 的重物匀速上升,此时电流表的示数为 I,重力加速度为 g,下列说法正确的是(CD )A.电动机两端电压为IR B.原线圈中的电流为 nI C.电动机消耗的电功率为 D.重物匀速上升的速度为 8、如图所示,理想变压器的原线圈两端接 (V)
15、的交流电源上副线圈两端接 R=556 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为 2:1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(B )A.原线圈中的输入功率为 B.原线圈中电流表的读数为 1A C.副线圈中电压表的读数为 V D.副线圈中输出交流电的周期为 0.01s 9、如图所示,面积为 0.02m2、内阻不计的 100 匝矩形线圈 ABCD,绕垂直于磁场的轴 匀速转东东,转动的角速度为 100rad/s,匀强磁场的磁感应强度为 。矩形线圈通过滑环与理想变压器相连,触头 P可移动,副线圈所接电阻 R=50,电表均为理想交流电表。当线圈平面与磁场方向平行时开始计时。下列说法正确的是(AD )A.
16、线圈中感应电动势的表达式为 V B.P 上移时,电流表示数减小 C.t=0 时,电压表示数为 D.当原、副线圈匝数比为 2:1 时,电阻上消耗的功率为 50W 10、图甲所示的变压器原、副线圈匝数比为 3:1,图乙是该变压器 cd 输入端交变电压 u 的图像,L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9V 6W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表。以下说法正确的是(B )A.ab 输入端电压的瞬时值表达式为 (V)B.电流表的示数为 2A,且四只灯泡均能正常发光 C.流过灯 L2的电流每秒钟方向改变 50 次 D.ab 输入端输入功率 题型 3(变压器在电路中的动态分析)1、如图甲所示的电路中,理
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