2018-2019高中物理 第五章 交变电流 5.4 变压器课件 新人教版选修3-2.ppt

4变压器,【自主预习】1.变压器的构造和原理(1)构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,与电源连接的线圈叫_,与负载连接的线圈叫_。,原线圈,副线,圈,(2)原理:_现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生_。(3)作用:改变交变电流的_,不改变交变电流的_和_。,互感,感应电动势,电压,周,期,频率,2.理想变压器的基本关系(1)理想变压器:没有_的变压器叫作理想变压器。(2)电压与匝数的关系:原、副线圈的电压比等于两个线圈的_,即(3)两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫_变压器;副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫_变压器。,能量损失,匝数比,降压,升压,【预习小测】1.如图所示四个电路,能够实现升压的是(),【解析】选D。变压器只能对交变电流变压,不能对直流电变压,故A、B错误。由于电压与线圈匝数成正比,所以D项能实现升压。,2.一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,则副线圈匝数为()A.200B.400C.1600D.3200【解析】选B。据变压器的变压规律,可求副线圈匝数为400,所以B项正确。,3.(多选)对于确定的理想变压器,原、副线圈的电流分别为I1、I2,电压分别为U1、U2,功率分别为P1、P2,关于它们的关系正确的是()A.I2由I1决定B.U2由U1决定C.P1由P2决定D.U1由U2决定【解析】选B、C。对于理想变压器,U1决定U2,I2=所以I2决定I1,P2决定P1,选项B、C正确。,4.如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数之比为1n,副线圈接一定值电阻R,则(),A.若ab之间接直流电压U,则R中的电流为B.若ab之间接直流电压U,则原、副线圈中的电流均为零C.若ab之间接交流电压U,则原线圈中的电流为D.若ab之间接交流电压U,则副线圈中的电流为,【解析】选C。若ab之间接直流电压U,则副线圈两端的电压为0,则R中的电流为0,但原线圈中的电流不为零,选项A、B均错;若ab之间接交流电压U,则副线圈两端的电压为U2=nU,副线圈中的电流为I2=,则原线圈中的电流为I1=选项C正确、D错误。,主题一变压器的构造和原理【互动探究】,如图甲、乙、丙所示分别是变压器的实物图、结构示意图和电路符号。试结合上述情景,讨论下列问题:(1)变压器的结构是怎样的?主要构造是_,由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成,的,变压器的结构示意图和电路符号如题图乙、丙所,示。原线圈:与交流电源相连接的线圈,又叫初级线圈。,副线圈:与负载相连的另一个线圈,又叫次级线圈。,(2)为什么原、副两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流?变压器能够改变恒定电流的电压吗?,提示:互感现象是变压器工作的基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场。由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流。恒定不变的电流不能产生变化的磁场,不满足产生感应电动势的条件,所以变压器不能够改变恒定电流的电压。,(3)变压器是靠互感现象工作的,试探究变压器能否改变交流电的频率。提示:变压器在工作时,原、副线圈磁通量的变化情况相同,所以变压器不能改变交流电的频率。,【探究总结】1.变压器的原理:变压器的工作原理是互感现象,原线圈中交变电流铁芯中产生交变磁通量副线圈中产生感应电动势E2副线圈中交变电流。,2.注意三个问题:(1)记住变压器的电路符号,与原线圈对应的物理量U1、I1、n1,与副线圈对应的物理量U2、I2、n2。其中的电压值U1及U2、电流值I1及I2都是指交变电流的有效值。(2)变压器只能在交变电流下工作,若输入的是恒定的直流电流,则变压器无法输出,即U2=0,I2=0,变压器只能改变交变电压。(3)变压器不能改变交变电流的频率。,【典例示范】关于变压器的工作原理,以下说法正确的是()A.通有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不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈,【解题指南】解答本题需要把握以下两点:(1)互感现象是变压器工作的基础。(2)原线圈与副线圈磁通量间的关系。,【解析】选C。通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量变化,A错误;因铁芯是闭合的,没有漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;由于通过副线圈的磁通量发生变化,根据法拉第电磁感应定律,在副线圈上产生感应电动势,故C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故D错误。,【探究训练】理想变压器的原、副线圈中不一定相同的物理量有()A.交变电流的频率B.磁通量的变化率C.功率D.交变电流的峰值,【解析】选D。理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量的变化率相同,原、副线圈中功率相同;变压器的原理是互感现象,其能改变交变电流的峰值,不改变频率,故选D。,【补偿训练】1.(多选)对于理想变压器,下列说法中正确的是()A.变压器是利用互感现象制成的B.变压器可以改变各种电源的额定功率C.变压器不仅能改变电压,还能改变电流D.变压器的初级电流随次级电流的增大而增大,【解析】选A、C、D。变压器的原线圈中的电流变化,在副线圈中感应出电流,这种现象叫互感,故A正确;输入功率等于输出功率,故B错误;变压器的匝数与电压成正比,与电流成反比,C正确;因为电流与匝数成反比,所以原、副线圈中电流同时变化,D正确。,2.(多选)关于变压器,下列说法正确的是()A.变压器的工作原理是电磁感应B.所有变压器的工作基础都是互感现象C.各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作D.只有交变电流接入变压器的原线圈中,变压器才能持续正常工作,【解析】选A、D。变压器之所以能变压,是因为原线圈接交流电源时,有交变电流流过原线圈,引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,所以选项A正确;有一种变压器叫自耦变压器,它只有一个线圈绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变压器的工作基础是自感现象,也就是说,当变压器是利,用两个线圈变压时,其工作基础是互感现象,当变压器是利用一个线圈变压时,其工作基础是自感现象,所以选项B错误;变压器要想持续正常工作,原线圈必须接入交变电流,若接入直流,原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势,变压器不能持续正常工作,所以选项C错误,D正确。,主题二理想变压器的基本关系【互动探究】1.理想变压器与一般变压器有什么不同?理想变压器:_。一般变压器:_。,没有能量损失,输入功率等于输出功率,效率是100%,工作时有能量损失,线圈和铁芯上都会,产生热量,而造成电能损失,效率不可能是100%,2.利用可拆变压器怎样探究变压器电压与匝数间的关系?提示:先保持原线圈的匝数不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响。保持副线圈的匝数不变,改变原线圈的匝数,研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。为了人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12V。,3.通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验,得到的结论是什么?结果是:_。,4.从理想变压器模型出发,结合变压器原、副线圈中的电压与匝数的关系,请推导出变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系。理想变压器的_,即_,又因为,所以_。,输入功率等于输出功率,U1I1=U2I2,【探究总结】1.理想变压器中的几个关系:,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,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。,3.变压器中的制约关系:(1)电压:变压器的原、副线圈的匝数比()一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=U1。(2)电流:变压器的原、副线圈的匝数比()一定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2决定,即I1=I2。,(3)功率。变压器的输出功率由负载决定,变压器的输出功率等于各个负载消耗的功率之和,即P2=P负1+P负2+变压器的输入功率由输出功率决定,即P1=P2。,【典例示范】(多选)(2016全国卷)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(),A.原、副线圈匝数之比为91B.原、副线圈匝数之比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19,【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)(2)(3)P=UI。,【解析】选A、D。设灯泡的额定电压为U0,两灯均能正常发光,所以原线圈输出端电压为U1=9U0,副线圈两端电压为U2=U0,故A正确,B错误;根据公式可得小灯泡两端的电压相等,所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为19,C错误,D正确。,【探究训练】1.(2018延边高二检测)一台理想变压器的原、副线圈匝数比为41,若原线圈加上u=1000sin(100t)V的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是()A.250VB.353.5VC.499.8VD.200V,【解析】选A。原线圈两端电压的有效值U1=1000V,由得U2=U1=1000V=250V,用交流电压表测得副线圈两端的电压是250V,A正确。,2.如图所示,接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电,如果将原、副线圈减少相同匝数,其他条件不变,则(),A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变,【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)变压器电压与匝数关系:(2)变压器电流与匝数关系:,【解析】选B。根据变压器电压与匝数关系:因为是降压变压器,则n1n2,当原、副线圈减少相同匝数时,由数学知识可知变大,则U2减小,故灯泡变暗,选项A、C错误,B正确;根据可知通过原、副线圈电流的比值变小,选项D错误。故选B。,【补偿训练】1.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为101,以下说法中正确的是()A.穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是101B.穿过原、副线圈每一匝的磁通量的变化率相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为101D.正常工作时,原、副线圈的输入、输出功率之比为11,【解析】选B、D。对于理想变压器,穿过两个线圈的磁通量相同,磁通量变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,输入功率等于输出功率。,2.(多选)如图所示,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,【解析】选B、C。保持Q的位置不动,将P向上滑动时,滑动变阻器R的有效电阻变大,输出电压不变,则输出电流