高中物理第3章电能的输送与变压器学案2变压器为什么能改变电压电能的开发与利用同步备课课件沪科版选修

,2 变压器为什么能改变电压 电能的开发与利用,第3章 电能的输送与变压器,目标定位 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.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题. 3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系. 4.了解我国电能开发与利用的现状及前景.,内容索引,知识探究,达标检测,知识探究,1,一、变压器的原理及电压与匝数的关系,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁心上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示).,答案,图1,(1)小灯泡能发光吗？为什么？,能发光，当左边线圈加上交变电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁心中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.,(2)若小灯泡发光，那么小灯泡两端电压与什么因素有关？,答案,图1,(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论原因.,答案,图1,不亮.原线圈接到恒定直流电源上，通过原线圈的电流的大小、方向均不变，它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变，因此在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以小灯泡不亮.,1.变压器的构造：闭合铁心、与 相连接的线圈叫原线圈(匝数用n1表示，又叫做 )、与 相连的另一个线圈叫副线圈(匝数用n2表示，又叫做 )，两个线圈都绕在 上. 2.变压器的工作原理是 .因此变压器只对 的电流起作用，对 电流不起作用.(后两空填“变化”或“恒定”),交流电源,负载,恒定,初级线圈,闭合铁心,次级线圈,电磁感应,变化,3.变压器中的电压关系,4.变压器 (填“能”或“不能”)改变交变电流的频率. 5.原、副线圈的地位 (1)原线圈在其所处回路中充当负载. (2)副线圈在其所处回路中充当 .,不能,电源,例1 (多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 A.通过正弦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心流到了副线圈,答案,解析,BI，由于面积S不变，故I，A错误. 因理想变压器无漏磁，故B、C正确.原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D错.,二、理想变压器中的功率及电流关系 1.什么是理想变压器？理想变压器输入与输出功率有什么关系？,答案,理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出.,2.若只有一个副线圈时，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？,答案,由能量守恒定律知P入P出，即U1I1U2I2.,3.若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？,答案,若有多个副线圈P1P2P3，即U1I1U2I2U3I3 将U1U2U3n1n2n3代入得 n1I1n2I2n3I3,1.理想变压器的特点： (1)变压器铁心内无 ；无 损失. (2)原、副线圈不计 ，即无能量损失. 实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器. 2.功率关系： .,漏磁,发热,内阻,P入P出,3.电流关系： (1)若只有一个副线圈时I1U1 ，即 . (2)若有多个副线圈时I1U1 _ 得I1n1 .,I2U2,I2U2,I2n2,I3U3,I3n3,例2 理想变压器连接电路如图2甲所示，已知原、副线圈匝数比为101，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则 A.电压表读数为282 V B.电压表读数为28.2 V C.输入功率为56.4 W D.输入功率为40 W,图2,答案,解析,三、几种常见的变压器 1.自耦变压器如图3所示，铁心上只绕有一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用.,图3,2.电压互感器、电流互感器 (1)构造：小型变压器，如图4所示. (2)接法：电压互感器原线圈并联在 高压电路中，副线圈接电压表；电 流互感器原线圈串联在被测电路中， 副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地. (3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压，电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流.,图4,例3 (多选)图5甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是 A.线圈匝数n1n2，n3n4 C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路 D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路,图5,答案,解析,题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1n2，题图甲中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3n4，题图乙中的电表为电流表，故选项C、D正确.,四、理想变压器中各量的制约关系和动态分析 1.变压器工作时的制约关系,(2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入 ；P出减小，P入 ； P出为0，P入为 .,增大,减小,0,2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，负载电阻变化，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1； (2)负载电阻不变，匝数比变化进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.,例4 (多选)如图6所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则 A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时， 电流表读数变大 B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时， 电流表读数变小 C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小,答案,解析,图6,达标检测,2,1.(对理想变压器原理的理解)如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1n241，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表 的示数是12 mA，则副线圈中电流表 的示数是 A.3 mA B.48 mA C.零 D.与R阻值有关,1,2,3,4,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，产生的电流是恒定的电流，不会使副线圈的磁通量变化，因而副线圈中无感应电流，选项C正确.,答案,解析,图7,2.(理想变压器基本规律的应用)(多选)如图8所示，将额定电压为60 V的用电器通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A.以下判断正确的是 A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1n2113,图8,答案,解析,1,2,3,4,1,2,3,4,3.(互感器的应用)如图9所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的电功率为 A.2.2104 W B.2.2102 W C.2.2108 W D.2.2105 W,答案,解析,图9,1,2,3,4,由电流互感器知高压输电线中电流I1 000 A，由电压互感器知U220103 V，则高压输电线的电功率PUI2.2108 W.,4.(理想变压器中的动态分析)(多选)如图10所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u，其瞬时值表达式为u220 sin (100t) V，现把单刀双掷开关与a连接，则 A.电压表的示数为22 V B.流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次 C.在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中， 电压表和电流表的示数均变大 D.若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动 变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电流表的示数变小,答案,解析,图10,1,2,3,4,理想变压器可以变压、变流，但不改变功率和频率；由交变电压的表达式可知，该交变电压的频率为50 Hz，而产生交变电压的线圈每转一圈，其电流变向两次，故B正确； 电压表的读数是有效值，根据理想变压器的变压比等于匝数比