1、第五章交變電流第四時(shí)間電壓互感器在教室立標(biāo)1 .知識和技能知道電壓互感器的構(gòu)造了解電壓互感器的工作原理.知道理想的電壓互感器.可用于理解電壓互感器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，并解決關(guān)系問題可用于理解電壓互感器原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系，并解決關(guān)系問題知道電壓互感器的原理和用途2 .過程和方法通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)科學(xué)探索過程的推測和假說，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)，分析論證等要素體會控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的重要性運(yùn)用電磁效應(yīng)知識了解互感電動勢現(xiàn)象通過學(xué)習(xí)理想變壓器，體會理想化模型的重要作用3 .情感態(tài)度和價(jià)值觀通過探討變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，并從現(xiàn)象中學(xué)習(xí)探索事物本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度和研究方法了解電壓互

2、感器的廣泛應(yīng)用，體會物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的貢獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的熱情探索廣告老虎鉗1 .電壓互感器可以改變恒流的電壓嗎？簡單的回答：變壓器的工作原理是互感電動勢現(xiàn)象，只有變化的電流能夠使通過副線圈的磁通變化，在副線圈的兩端產(chǎn)生感生電動勢。 如果是恒定電流，通過副線圈的磁通量不會變化，所以不能進(jìn)行。2 .電壓互感器可以改變交變電流的頻率嗎？回答：沒有。 由于流經(jīng)原、副線圈的磁通量始終完全相同，所以流經(jīng)原、副線圈的磁通量也完全相同。若原級線圈的電流變化1個(gè)周期，則磁通量也變化1個(gè)周期，產(chǎn)生的感生電動勢也變化1個(gè)周期。3 .為什么降壓變壓器子線圈的導(dǎo)線比原級線圈的導(dǎo)線粗？變壓器的輸入功率等于輸出功率

3、，輸入電壓大于輸出電壓，所以通過子線圈的電流大，為了防止熔斷，減少熱損失，應(yīng)該使用粗的導(dǎo)線。探索學(xué)堂學(xué)習(xí)思考練習(xí)自主學(xué)習(xí)一、電壓互感器的結(jié)構(gòu)和原理1 .電壓互感器由纏繞在鐵元素中心的一個(gè)線圈構(gòu)成。 與電源相連的線圈稱為也稱為與負(fù)荷相連的線圈2 .變壓器工作的基礎(chǔ)。 由于互感電動勢現(xiàn)象，通過原、副線圈的磁通量也相同。 根據(jù)法拉第電磁效應(yīng)定律，可以知道原副線圈兩端的電壓和匝數(shù)。3 .理想的電壓互感器磁通全部集中在鐵元素心內(nèi)，電壓互感器沒有損失，不輸出輸入電力.理想的電壓互感器是忽略鐵損耗(鐵元素芯的泄漏磁通引起的能量損失)和銅耗(線圈因通電電流產(chǎn)生的熱引起的損失)的電壓互感器，是理想化模型.二、電

4、壓互感器電壓、電流和匝數(shù)的關(guān)系1 .探索變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系在該實(shí)驗(yàn)中，需要探究的物理量為輸入電壓、輸出電壓、原級線圈匝數(shù)和次級線圈匝數(shù)4個(gè)，因此為了明確關(guān)系，應(yīng)該使用方法你認(rèn)為線圈兩端的電壓與其匝數(shù)有什么關(guān)系？原、副線圈的匝數(shù)對副線圈兩端的電壓沒有影響嗎？設(shè)定修正實(shí)驗(yàn)方案：控制變量，分別探討.首先保持原線圈匝數(shù)不變，改變線圈匝數(shù)，研究對輸出電壓的影響，然后保持副線圈匝數(shù)不變，改變線圈匝數(shù)，研究對輸出電壓的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：2 .理想的電壓互感器電壓與匝數(shù)的關(guān)系：3 .理想的電壓互感器電流與匝數(shù)的關(guān)系： (適用于只有一個(gè)次級繞組的電壓互感器)。4 .電力關(guān)系

5、：對理想變壓器來說說明：理想變壓器的各線圈的電壓和匝數(shù)成比例的關(guān)系，不僅適用于1個(gè)子線圈的情況，也適用于多個(gè)子線圈的情況。 也就是說，=這是因?yàn)槔硐胱儔浩鞯拇磐ㄈ考性阼F心內(nèi)，所以每1匝線圈的磁通變化率相同，每1匝線圈的電動勢與匝數(shù)成正比。原級線圈電流和匝數(shù)成反比的關(guān)系只能適用于原級線圈各有1個(gè)的情況，原級線圈有多個(gè)應(yīng)該從輸入功率和輸出功率相等的關(guān)系導(dǎo)出： U1I1=U2I2 U3I3 U4I4 重新根據(jù)三、電流互感器1 .電壓互感器：電壓變?yōu)殡妷骸?為了測量交流電壓，請連接到電路上2 .電流互感器：電流變?yōu)殡娏鳌?為了測量交流電流，請連接回路雙邊活動(辯解)/電壓互感器做不到的事情是()a

6、 .增大電流b .提高電壓c .減小頻率d .增大功率【構(gòu)思解析】從電壓互感器的工作原理可以看出，電壓互感器可以改變電壓和電流，不能增加功率或改變頻率【標(biāo)準(zhǔn)回答】CD必須真正理解電壓互感器的工作原理，掌握改變電壓的原因：由于原級線圈的匝數(shù)不同，磁通量的變化率相同，并且輸入電力與輸出電力相等，所以能夠改變電流，不能夠增大電力。培訓(xùn)：1.以下說法正確的是()a .變壓器也會改變恒定電壓b .變壓器的原理是電磁效應(yīng)現(xiàn)象，子線圈輸出的電流是初級線圈電流的感應(yīng)電流c .電壓互感器由纏繞在同一閉合鐵元素中心的多個(gè)線圈構(gòu)成d .電壓互感器的初級線圈對電源起負(fù)載的作用，次級線圈對負(fù)載起電源的作用回答】BCD2

7、 .理想的電壓互感器原、副線圈中一定的物理量是()a、交流電的頻率b、磁通量的變化率c、電力d、交流電的峰值【解答】ABC例2.1臺理想的電壓互感器，原級線圈的匝數(shù)為n1，次級線圈為2組，匝數(shù)分別為n2和n3，原級線圈的電壓為U1，電流為I1。 兩組子線圈的電壓分別為U2和U3，電流分別為I2和I3，以下結(jié)論是正確的：()u1- u2=n1- n 2、u2:u3=n2:n3b.i1:i2=n2:n1、I1I3=n3n1C. n1I1=n2I2 n3I3 D. I1U1=I2U2 I3U3根據(jù)理想變壓器的兩個(gè)基本式，能夠判斷a、d是正確的，如果只有一個(gè)二次繞組，則電流與匝數(shù)成反比，即如果存在兩個(gè)

8、以上的二次繞組，則不成立【標(biāo)準(zhǔn)回答】ACD。在存在多個(gè)子線圈的情況下，電流與匝數(shù)的反比不成立，應(yīng)該根據(jù)電壓與匝數(shù)的關(guān)系和輸入功率與輸出功率相等來決定定量的關(guān)系圖5.4-1訓(xùn)練：圖5.4-1所示的電壓互感器初級線圈1與220V的交流電源連接，次級線圈2的匝數(shù)為n 2=30匝，并與一個(gè)“12V，12W”的燈泡a連接，a正常發(fā)光，次級線圈3的輸出電壓為U3=110V，并與電阻r連接(1)子線圈3匝數(shù)n 3；(2)原級線圈1的匝數(shù)和電流I1(1)由于與副線圈(2)連接的燈(l )正常發(fā)光，所以線圈(2)兩端的電壓為U2=12V，通過燈l的電流為I2=P2/U2=1A。從電壓互感器的變壓規(guī)則得到：周轉(zhuǎn)(

9、2)同樣得到的電壓互感器原級線圈的匝數(shù)為匝數(shù)圖5.4-2來自得到的初級線圈的電流：例3 .如圖5.4-2所示，如果是理想變壓器，則電源電壓不變化，在開關(guān)s接通時(shí)a .交流電壓校正的讀取值變大b .交流電壓校正的讀取值不變c .交流電流校正的讀取值變大d .變壓器的輸入功率增大由于電源電壓不變，原級線圈兩端的電壓不變，原級、次級線圈的匝數(shù)比也不變，所以次級線圈兩端的電壓不變，即交流電壓校正的顯示數(shù)不變【標(biāo)準(zhǔn)回答】BCD圖5.4-3ap型r12s變壓器的情況下，初級線圈的電流當(dāng)然由次級線圈的電流決定，輸入功率也由輸出功率決定，輸出路端電壓由輸入路端電壓和初級、次級線圈的匝數(shù)決定。培訓(xùn)：在圖5.4-

10、3所示的電路中增大電流校正的讀數(shù)時(shí)，可采用()3向上移動a.r上的滑塊向下移動b.r上的滑塊c .把牛鼻子s從1扔給2 D，把牛鼻子s從1扔給3回答。圖5.4-4例4 .在卷繞電壓互感器時(shí)，如果某人錯誤地將兩個(gè)線圈卷繞在圖示的電壓互感器的鐵元素心的左、右兩個(gè)臂上，通過交流電力，則各線圈產(chǎn)生的磁通的一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間臂，如圖5.4-4所示，線圈1、2a .當(dāng)向線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2的輸出電壓為110Vb .當(dāng)向線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2的輸出電壓為55Vc .當(dāng)向線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1的輸出電壓為220Vd .當(dāng)線圈2的輸入電壓為110V時(shí)，線圈2的輸出

11、電壓為110V在線圈1是初級線圈的情況下，由于通過線圈1的磁通的一半通過線圈2，所以通過線圈2的磁通的變化率也只是通過線圈1的磁通的變化率的一半.在線圈2是初級線圈的情況下，通過線圈2的磁通僅通過一半線圈1，因此通過線圈1的磁通的變化率也只是通過線圈2的磁通的變化率的一半.【標(biāo)準(zhǔn)回答】BD。圖5.4-5方法規(guī)律本問題不能適用匝數(shù)與電壓的關(guān)系，通過原級線圈的磁通量不同，磁通量的變化率也不同，因此應(yīng)該基于法拉第電磁效應(yīng)定律化學(xué)基解決訓(xùn)練：如圖5.4-5所示，之字形變壓器有兩個(gè)線圈AB、CD，它們的匝數(shù)之比為n1n2=2:1。 當(dāng)向AB兩端輸入220V的交流電壓時(shí)，CD兩端的輸出電壓為v。 當(dāng)向CD

12、兩端輸入110V的交流電壓時(shí)，AB兩端的輸出電壓為v .55V； 110伏。圖5.4-6例5 .如圖5.4-6所示，理想的電壓互感器原、副線圈匝數(shù)之比為21，且原、在各個(gè)子線圈上分別連接有相同的燈泡a、b，已知電源電壓為u，試著求出燈泡b的兩端的電壓。在解決本問題時(shí)注意，將問題中的電源兩端電壓u和電壓互感器原級線圈兩端電壓U1混同使不得。 由于燈a兩端電壓為UA，燈a和初級線圈串聯(lián)，所以根據(jù)電壓變化式，還有根據(jù)電流變比式、歐姆定律，可以得到、求解【標(biāo)準(zhǔn)回答】?！痉椒ǚ▌t】本問題容易出錯，主要原因是不知道u和U1的關(guān)系，將兩者混淆，實(shí)際上根據(jù)串聯(lián)分壓的知識可知。培訓(xùn)：如圖5.4-7所示，理想的電

13、壓互感器初級線圈的匝數(shù)比為4:1，圖中的5盞電燈完全相同，如果b、c、d、e能夠正常發(fā)光，則a燈()a .一定能正常發(fā)光b .比正常發(fā)光暗c .比平時(shí)明亮的d .一定會被燒掉圖5.4-7解答。很難的分析1 .電壓互感器只能變更交流電壓嗎？圖5.4-8電壓互感器實(shí)際上是基于電磁效應(yīng)中的互感電動勢現(xiàn)象而制作的裝置，如果原級線圈的磁通變化，則在次級線圈中產(chǎn)生感生電動勢，因此，電壓互感器無法改變一定的直流電力，但大小變化的脈動直流電力在電子電路中經(jīng)常被使用2 .如圖5.4-9所示，為什么E1等于U1？ 為什么E2等于U2？圖5.4-9U1U2E1二級方程式由于自電感量現(xiàn)象，原級線圈中的感生電動勢E1起

14、到阻礙電流變化的作用，與施加在原級線圈兩端的電壓U1相反，電阻小，E1=U1級線圈相當(dāng)于一個(gè)電源，感生電動勢E2相當(dāng)于電源的電動勢，內(nèi)部電阻小時(shí)，E2=U23 .理想變壓器的每個(gè)物理量的約束關(guān)系輸入電壓決定輸出電壓：變壓器的初級線圈匝數(shù)比()決定后，其輸出電壓U2由輸入電壓U1決定(由于u2=u1)；輸出電流決定輸入電流：只有次級線圈進(jìn)入一定的負(fù)載，有一定的電流I2時(shí)，有與初級線圈對應(yīng)的電流I1(I1=u1) 總之，變壓器的電壓由電源和原線圈決定，電流和功率由次級線圈的負(fù)載決定國內(nèi)彩排1 .電壓互感器1次線圈1400匝、2次線圈700匝與電阻r連接，電壓互感器動作時(shí)在1次、2次線圈中()a .電流頻率比2:1b .電功率比2:1c .電流比2:1d .電壓比2:1回答： d2 .理想的變壓器原理、副線圈的電流為I1、I2，電壓U1、U2，功率為P1、P2，對于它們的關(guān)系，正確的說法是()由A.I2決定的B.U2與負(fù)荷有關(guān)C.P1由P2決定的d .以上的說法是錯誤的回答： c圖5.4-103 .理想電