2019高中物理 第三章 电磁感应现象 3.4 变压器课件 新人教版选修1 -1.ppt

四、变压器,读一读,辨一辨,一、变压器的结构和作用阅读教材第60页第13自然段和第61页第1自然段及“变压器的结构”部分,了解变压器的结构及变压器在电路中的作用。1.结构变压器主要由铁芯和绕在它上面的两个线圈组成的,其中与电源相连的线圈叫原线圈,也叫初级线圈,与负载相连的线圈叫副线圈,也叫次级线圈。(图示为示范教学用的变压器的实物图、结构示意图及电路符号),读一读,辨一辨,2.变压器在电路中的作用是什么?答案:改变交流的电压,使交流电压升高或降低。3.通过教材第61页的演示实验现象思考,变压器可以改变直流电压吗?答案:不能。,读一读,辨一辨,二、变压器为什么能改变电压阅读教材第62页“变压器为什么能改变电压”部分。了解变压器改变电压的原理及电压与线圈匝数的关系。1.变压器为什么能够改变电压呢?变压器的工作原理是什么?答案:当原线圈中的电流变化时,在铁芯中就会产生变化的磁场,就会引起副线圈中磁通量的变化,从而在副线圈中产生感应电动势,可见,变压器的工作原理为前面学过的电磁感应现象。2.变压器原副线圈的电压和匝数有什么关系?答案:哪个线圈的匝数多,哪个线圈的电压就高。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。(1)变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的。()解析:变压器的原、副线圈是通过铁芯连接在一起的。答案:(2)理想变压器的原、副线圈两端的电压一定是一样的。()解析:线圈匝数越多,电压越高,故大多数变压器原、副线圈电压是不一样的。答案:(3)学校中用的变压器工作时没有能量的损失。()解析:学校使用的变压器不是理想变压器,工作时变压器会发热,有能量损失。答案:,读一读,辨一辨,2.探究讨论。(1)如果将变压器的原线圈接到干电池上,在副线圈上能输出电压吗?请说明理由。答案:不能。变压器的工作原理是电磁感应现象,在原线圈上接干电池,在铁芯中不会形成变化的磁场,所以在副线圈上不会有感应电动势产生。(2)有同学认为“由于变压器在使用时副线圈没有直接跟电源连接,所以它所在的回路中由于缺少电源不可能有电流产生”,这种说法对吗?为什么?答案:不对,因为如果原线圈连在交流电源两端,由于电磁感应,会在副线圈中激发出感应电动势,此时副线圈相当于电源,所以它所在的回路可以有电流产生。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究一变压器的结构与工作原理日常生活中我们经常见到变压器,如变电站中的大型变压器、街头的低压变压器、半导体收音机中的小变压器等。你知道它们的构造吗?找一个废弃的变压器,拆开绝缘外皮看一看它的构造。要点提示变压器由原、副线圈和铁芯组成。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.变压器的结构(1)变压器由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成,铁芯由硅钢片叠合而成,线圈由漆包线绕成。(2)线圈:变压器的一个线圈跟前一级电路连接,叫作原线圈,也叫初级线圈;另一个线圈跟下一级电路连接,叫作副线圈,也叫次级线圈,如图所示。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,2.变压器的工作原理变压器工作原理的物理过程示意图如图所示。原线圈上加交流电压U1产生交变电流,铁芯中产生交变磁场,即产生交变磁通量,在副线圈中产生交流电动势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,穿过原、副线圈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流电压值与原线圈匝数不变的情况下,副线圈上产生的交流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流电动势,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场能,再将磁场能转化成电能的装置,一般地说,经过转换后,电压、电流均发生了变化。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,温馨提示对变压器的三点说明(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。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【例题1】变压器的副线圈与原线圈之间并没有导线连接,但在副线圈内却产生了电动势,使得与副线圈相连的灯泡发光。对于其中的原因正确的解释是()A.原线圈中通以交变电流时,在副线圈中产生变化的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势B.原线圈中通以直流时,在副线圈中产生恒定的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势C.原线圈中通交变电流时,在副线圈中产生恒定的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势D.原线圈中通直流时,在副线圈中产生变化的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析:在副线圈中灯泡发光是因为副线圈发生电磁感应现象产生了感应电动势,原线圈中通交变电流,在铁芯中产生了变化的磁场,穿过副线圈的磁通量发生变化,在副线圈的两端产生了感应电动势。答案:A归纳总结变压器是依据电磁感应原理工作的,因此,只有通过原线圈的电流是变化的,才能在副线圈中产生感应电动势。需要注意的是,如果通过原线圈的是直流,但它的大小是变化的,这时在副线圈中也能产生感应电动势。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1导学号66824056(多选)如图为变压器的示意图,它被用来升高发电机的输出电压,下列说法中正确的是()A.图中M是闭合的铁芯B.发电机应与线圈相连,升高后的电压由c、d两端输出C.电流以铁芯为通路,从一个线圈流到另一个线圈D.变压器是根据电磁感应原理工作的,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析:由题意知该变压器为升压变压器,所以原线圈匝数小于副线圈匝数,故为输入端,接发电机,为输出端,B错;铁芯提供闭合的磁路,使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能,所以C项错。故选A、D。答案:AD,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究二变压器的作用与变压规律如图为世界闻名的三峡大坝,三峡电站的70万千瓦发电机组的机端电压是2000V,通过500千伏超高压输送到远方(图甲),到达用电区后,我们的照明电路只用220V的电压,而城市电车(图乙)却需要750V的电压,你知道人们是如何实现不同电压之间的转换的吗?甲乙要点提示通过变压器实现变压。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.理想变压器的电压关系如图,设副线圈为n2匝,电压为U2,原线圈为n1匝,电压为U1。(1)变压公式:,(2)理论推导:我们认为变压器为理想的,由于理想变压器铁芯没有漏磁,原、副线圈中具有相同的磁通量变化率,根据法拉第电磁感应定律,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,对于变压器要注意以下几点:,无论副线圈一端是空载还是负载,都是实用的。若n1n2,U1U2,就是降压变压器。输出电压U2由输入电压U1和n1、n2共同决定。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.理想变压器的功率关系与电流关系大型变压器均可认为是理想变压器,铁芯中漏磁可以忽略,无任何电能的损失,有P入=P出,即I1U1=I2U2,上式表明:变压器工作时,原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。说明:以上结论仅限于只有一个副线圈的情况,若有多个副线圈,对理想变压器,P入=P出恒成立。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,3.理想变压器中的几个制约关系当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时,如果变压器的负载发生变化,确定其他物理量的变化时,可依据下列原则判定:(1)输入电压U1决定输出电压U2,这是因为输出电压U2=U1,当U1不变时,不论负载电阻R变化与否,U2不会改变。(2)输出电流I2决定输入电流I1,在输入电压U1一定的情况下,输出电压U2也被完全确定。当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。在使用变压器时,不能使变压器次级线圈短路。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,(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P2=P1。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P2=I2U2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=I2U2增大,则输入功率P1也将增大。温馨提示变压器在工作时,高压线圈中的电流由于较小,所以可以用细线绕制该线圈;而低压线圈中的电流由于较大,所以需要用粗线绕制该线圈。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】一台理想变压器,其原线圈2200匝,副线圈440匝,如图所示,问:(1)这是升压变压器还是降压变压器?(2)当原线圈接一个44V直流电源时,电压表示数是多少?(3)如原线圈接在220V交流电源上时,电压表示数是多少?解析:(1)由n2n1,可知这是一降压变压器。(2)原线圈接在直流电源上时,由于原线圈中的电流恒定,所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化,副线圈两端不产生感应电动势,故电压表示数为零。(3)当原线圈接220V交流电源时,由,得U2=44V。即电压表的示数为44V。答案:(1)降压变压器(2)0(3)44V,归纳总结要知道变压器只改变交流电压不改变直流电压。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2导学号66824057如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为201,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220V60W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则(),答案:C,12345,1.(变压器的构造)下列器件属于变压器的是(),解析:根据变压器由两个线圈和一块闭合铁芯构成,可知D是变压器。答案:D,12345,2.(变压器的工作原理)下列说法不正确的是()A.变压器也可能改变恒定电压B.变压器的原理是一种电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流C.变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成D.变压器原线圈相对电源而言起负载作用,而副线圈相对负载而言起电源作用解析:变压器的工作原理是电磁感应原理,不能改变恒定电流。答案:A,12345,3.(变压器的作用)变压器是一件重要的电器设备,对变压器的认识正确的是()A.变压器既能改变交流电压,又能改变稳恒电压B.变压器既可用于提升电压,又可用于降低电压C.变压器工作时,副线圈中的电流总是大于原线圈中的电流D.变压器工作时,副线圈中的电流总是小于原线圈中的电流解析:变压器只能改变交变电流的电压,A错;变压器可以提升电压,也可以降低电压,B对;变压器原、副线圈的功率相等,当提升电压时,副线圈中的电流小于原线圈中的电流;当降低电压时,副线圈中的电流大于原线圈中的电流,C、D错。答案:B,12345,4.(多选)(变压器的理解)理想变压器正常工作时,原、副线