高中物理4.2变压器精品课件鲁科版选修.ppt

第2节 变压器 课标课标 定位 学习目标：1.了解变压器的构造以及几种常见的变 压器 2理解变压器的工作原理 3通过实验探究变压器电压和匝数的关系 4掌握理想变压器的模型，明确理想变压器的输入 与输出功率之间的关系，并由此推导原、副线圈中 的电流关系 重点难点：1.变压器的工作原理 2变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节 课前自主学案 课前自主学案 一、变压器的结构 1结构组成：由两个(或两个以上)线圈和闭合的铁 芯组成 2结构特点 原线圈与_相连，副线圈与_相连， 铁芯由涂有绝缘漆的_而成 交流电源 负载 硅钢片叠合 二、变压器的工作原理 1互感：交变电流通过原线圈时在铁芯中激发 交变磁场，交变磁场在副线圈中产生感应电动势 ，当副线圈闭合时，副线圈中有电流产生，它在 铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过 原线圈，在原线圈中产生_的现象 2工作原理 电磁感应是变压器的工作原理，即_是 变压器工作的基础 互相感应 互感现象 三、科学探究 变压器电压与匝数的关系 无漏磁无电阻 思考感悟 变压器的原副线圈连在一起吗？是原线圈中的 电流跑到副线圈中去了吗？ 提示：变压器的原副线圈虽然都套在同一个铁 芯上，但两线圈是彼此绝缘的，是利用了互感 现象在副线圈上感应出电流的，并不是原线圈 的电流直接跑到副线圈中去 四、常见的变压器 1升压、降压变压器 n2n1，_，是升压变压器 n2n1，_，是降压变压器 2自耦变压器：_绕组的变压器为自耦 变压器 3三相变压器：是三个相同容量_ 的组合，它有_铁芯柱，每个_上都绕 有同一相的_线圈，一个是高压线圈，另一个 是_ U2U1 U2U1 只有一个 单相变压器 3个铁芯柱 2个 低压线圈 核心要点突破 一、理想变压器的特点及工作原理 1理想变压器的特点 (1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通 量都一样； (2)原、副线圈没有电阻，即忽略原、副线圈中的 焦耳热损耗(铜损)； (3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流； (4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电 流趋于0. 2工作原理 变压器工作原理的物理过程示意图如图421 所示原线圈上加交变电压U1产生交变电流；铁 芯中产生交变磁场即产生交变磁通量，从而在副 线圈中产生交变电动势U2；当副线圈接负载时， 副线圈相当于交流电源向外界负载供电由于铁 芯闭合，在不考虑铁芯漏磁的情况下， 图421 穿过原、副线圈的每匝线圈的磁通量及其变化率 均相同，因此在原线圈上所加的交变电压值与原 线圈匝数不变的情况下，副线圈上产生的交变电 压与副线圈的匝数成正比这样可以通过绕制不 同匝数的副线圈来得到各种数值的交变电动势， 从而改变了交变电流的电压 要强调的是：从能量转换角度看，变压器是把电 能转化为磁能，再将磁能转化为电能的装置，一 般地说，经过转换后电压、电流均发生了变化 特别提醒： (1)变压器只对变化的电流起作用， 对恒定电流不起作用； (2)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； (3)变压器不能改变交变电流的频率； 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1变压器原、副线圈的匝数相等，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，图422中电压表V1的示数为12 V，则 电压表V2的示数为( ) 图422 A小于或等于12 V B大于12 V C无法确定 D0 V 解析：选D.导体棒向左匀速直线运动，根据右 手定则可以判断导体棒中电流方向由上而下， 大小不变，根据法拉第电磁感应定律可以知道 感应电动势大小不变，原线圈中感应电流的磁 场以及磁通量不发生变化，所以次级线圈中不 产生感应电流及感应电动势，电压表V2示数为0 ，选D. 二、理想变压器的基本规律 1基本规律 (2)变压比公式中的电压值和变流比公式中的 电流值均为有效值，不是瞬时值 (3)理想变压器变压比公式和变流比公式中的 电压和电流均采用峰值时，公式仍成立 (4)从电流与匝数的关系可知，变压器高压线 圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线 绕制，低压绕圈匝数少而通过的电流大，应 用较粗的导线绕制 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2(2010年高考重庆理综卷)一输入电压为220 V， 输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏，为获知此 变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线 圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈如图4 23所示，然后将原来线圈接到220 V交流电源 上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器 分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( ) 图423 A1100,360 B1100,180 C2200,180 D2200,360 三、变压器工作的制约关系 图424 当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时， 如果变压器的负载发生变化，确定其他物理量 变化时，可依据下列原理判定(如图424所 示) 3输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器 的输出功率与输入功率相等即P2P1.在输 入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大 时，I2减小，则变压器输出功率P2U2I2减 小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻 R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2增 大，则输入功率P1也将增大 特别提醒：变压器原副线圈功率制约关系、 电流制约关系实质上体现了能量守恒特点(不 计变压器损失能量)，消耗了多少能量，必定 提供了多少能量，反过来提供了不消耗，提供 的多消耗的少，显然是不符合能量守恒定律的 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 3关于理想变压器在使用中的判断，其中正确 的是( ) A当副线圈提供电能的用电器有一部分停止工 作时，原线圈两端电压减小 B当副线圈提供电能的电路中并联更多的用电 器时，原线圈输入的电流随之增大 C当副线圈与用电电路断开时，副线圈两端无 电压 D当副线圈与用电电路断开时，原线圈两端无 电压 课堂互动讲练 理想变压器基本规律的应用 例例1 1 图425 A接额定电压为8 V的小灯泡，小灯泡能正常 发光 B接交流电压表时读数为8.48 V C接阻值为6 的电阻时原线圈中的电流为 36.7 A D接电磁打点计时器时打点的周期为0.02 s 【答案】 D 【方法总结】 (1)在变压器问题中，原、副 线圈电压、电流为有效值，或同为最大值 (2)变压器可以改变电压和电流，不能改变电 压、电流的周期(频率) (3)原、副线圈电流与匝数的关系适用于“一 原一副”的情况，对于“多副”情况要利用功率 关系P原P副处理 如图426所示，有理想变压器给负载供 电，变压器输入电压不变如果负载电阻的滑片向 上移动，则图中所有交流电表的读数及输入功率变 化情况正确的是( ) 变压器的动态分析问题 例例2 2 图426 AV1、V2不变，A1增大，A2减小，P增大 BV1、V2不变，A1、A2增大，P增大 CV1、V2不变，A1、A2减小，P减小 DV1不变，V2增大，A1减小，A2增大，P减小 【答案】 C 【方法总结】 应用各物理量间的制约关系对 理想变压器电路进行动态分析，常见情况有两 种： (1)原副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载 电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序 是RI2P2P1I1. (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变 化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、 n2U2I2P2P1I1. 变压器“一原多副”问题 例例3 3 如图427所示，理想变压器原线圈I接到 220 V的交流电源上，副线圈的匝数为30，与 一标有“12 V 12 W”的灯泡连接，灯泡正常发 光副线圈的输出电压为110 V，电流为0.4 A 求： (1)副线圈的匝数； (2)原线圈的匝数以及通过原线圈的电流 图427 【思路点拨】 理想变压器原线圈两端电压跟 每个副线圈两端电压之比都等于原、副线圈匝 数之比由于有两个副线圈，原、副线圈中的 电流跟它们的匝数并不成反