高中物理 2.6 变压器同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解变压器的构造 2 了解变压器的工作原理 3 理解理想变压器及电压与匝数 电流与匝数的关系 6变压器 课标解读1 通过实验 了解变压器的构造 2 理解变压器的工作原理 通过实验探究理想变压器的原副线圈中电压与匝数关系 电流与匝数关系 3 了解变压器在生活中的应用 体验用理想模型处理物理问题的科学方法 教学地位本节知识是高考命题的重点和热点 与交变电流知识相结合 常以选择题的形式出现 与电能输送知识相结合 则选择题 计算题的形式均可能出现 难度中等 新课导入建议为了减小输送电能的损失和满足不同电压的电器设备的要求 人们发明并制作了不同用途 不同大小 不同种类 不同型号的变压器 我们这节课主要探究一般变压器的主要构造 变压器的原理和电压与匝数之间的关系 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 教学流程设计 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 除例1外可再变换命题角度 补充一个例题以拓展学生思路 步骤4 教师通过例题讲解总结理想变压器电压 电流与匝数的大小关系 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式同完成探究1相同 步骤7 完成 探究3 重在讲解规律方法技巧 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤9 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 演示结束 1 基本知识 1 结构 变压器的构造和原理 2 原理 当变压器的原线圈加上交变电压时 原线圈中的交变电流在 中激发交变的 交变的 穿过原线圈也穿过副线圈 在原 副线圈中产生 当副线圈闭合时 在副线圈中就会有 通过 这样 虽然原 副线圈并不相连 电能却从原线圈通过磁场传输给副线圈 铁芯 磁通量 磁通量 感应电动势 交流电 2 思考判断 1 变压器也能改变稳恒电流的电压 2 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 3 探究交流当变压器原线圈接通恒压电源时 与副线圈相连的小灯泡会发光吗 如果把蓄电池改换为交流电源呢 提示 左边接通恒压电源时 通过左边线圈的电流不变化 它产生的磁场也不变 通过右边线圈的磁通量也就不变 无感应电动势在右边线圈中产生 所以小灯泡不会亮 当左边接通交流电源时 通过左边线圈的电流不断的变化 它产生的磁场也不断的变化 通过右边线圈的磁通量也就不断的变化 从而在右边线圈中产生感应电动势 所以小灯泡会亮 当n1 n2时 则有u1 u2 叫 变压器 当n1 n2时 则有u1 u2 叫 变压器 理想变压器的原 副线圈中物理 量之间的关系 正比 降压 升压 2 电流关系 输入功率与输出功率的关系 对于理想变压器 则u1i1 u2i2 即p入 p出 2 思考判断 1 升压变压器的副线圈应该用较粗的导线绕制 2 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 3 实际变压器输入功率一定大于输出功率 3 探究交流理想变压器有哪些特点 提示 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 理想变压器是一种理想化模型 1 基本知识 1 电压互感器 原理 是一种 变压器 它的初级线圈 在高压交流线路上 次级线圈与 相连 只要根据电压表测出的电压值和铭牌上的变压比 就可以算出高压线的电压值 作用 测量高压线的电压值 电压互感器和电流互感器 降压 并联 交流电压表 2 电流互感器 原理 是一种 变压器 它的原线圈 在被测交流电路中 副线圈与 相连 只要读出交流电流表的示数 再根据变流比就可以算出通过负载的电流值 作用 测量输电线上的大电流 2 思考判断 1 互感器原 副线圈中的电流频率相等 2 电压互感器实质上是一种降压变压器 3 电流互感器原线圈匝数比副线圈匝数多 升压 串联 交流电流表 3 探究交流为什么电流互感器的副线圈不允许安装保险丝 为什么电压互感器的副线圈要装保险丝 提示 如果电流互感器在运行时副线圈断开 i2 0 则铁芯中的磁通量会急剧增加 因为原线圈中电流很大 在铁芯中产生的磁通量很大 正常运行时i2 0 且n2 n1 所以i1产生的磁通量大部分被i2产生的磁通量所抵消 这将在副线圈的两端感应出高电压 可达103v以上 即使副线圈的一端接地 对人及仪表仍不安全 因此 电流互感器副线圈决不允许断路 当然不允许安装保险丝 电压互感器在运行时应严防短路 因短路时副线圈电路阻抗大大减小 会出现很大短路电流 使副线圈严重发热而烧毁 所以在电压互感器低压侧要安装保险丝 问题导思 1 理想变压器的电压与匝数间有什么关系 2 理想变压器的电流与匝数间有什么关系 3 理想变压器的变压原理是什么 理想变压器的变压 变流规律 3 功率关系对于理想变压器 不考虑能量损失 p入 p出 4 电流关系由于不计各种电磁能量的损失 输入功率等于输出功率即p1 p2 因为p1 u1i1 p2 u2i2 1 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 2 原 副线圈的感抗均趋于无穷大 从而空载电流趋于0 图2 6 1 审题指导 解答本题时应注意以下三点 1 原 副线圈的磁通量及其变化率均相同 2 磁通量变化率的最大值对应每匝线圈电压的最大值 3 原副线圈电动势的瞬时值间不满足电压与匝数的比例关系 答案 bc 1 2013 树德中学高二检测 如图2 6 2所示 原 副线圈匝数比为2 1的理想变压器正常工作时 图2 6 2a 原 副线圈磁通量之比为2 1b 原 副线圈电流之比为1 2c 输入功率和输出功率之比为1 1d 原 副线圈磁通量变化率之比为1 1 答案 bcd 问题导思 1 理想变压器的电压 电流和输入功率与输出功率之间存在怎样的制约关系 2 如何分析变压器的动态变化情况 变压器工作时的制约关系及动态分析 1 电压制约当变压器原 副线圈的匝数比 n1 n2 一定时 输出电压u2由输入电压u1决定 即u2 n2u1 n1 2 电流制约当变压器原 副线圈的匝数比 n1 n2 一定 且输入电压u1确定时 原线圈中的电流i1由副线圈中的输出电流i2决定 即i1 n2i2 n1 3 负载制约 1 变压器副线圈中的功率p2由用户负载决定 p2 p负1 p负2 2 变压器副线圈中的电流i2由用户负载电压u2确定 i2 p2 u2 3 总功率p入 p线 p2 即变压器的输入功率是由输出功率决定的 1 电压的制约关系 反映了感应电动势的因果关系 2 电流和功率的制约关系 体现了能量守恒的特点 3 理想变压器的副线圈可以看做负载的无阻电源 与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法 如图2 6 3所示为一理想变压器 s为单刀双掷开关 p为滑动变阻器的滑片 u1为变压器原线圈两端的电压 i1为原线圈中的电流 则 图2 6 3 a 保持u1及p的位置不变 s由a合到b上时 i1将减小b 保持p的位置及u1不变 s由b合到a上时 r消耗的功率减小c 保持u1不变 s合在a处 使p上滑 i1将增大d 保持p的位置不变 s合在a处 若u1增大 i2增大 审题指导 审题时应注意以下问题 1 滑片p的位置变化 即负载发生变化 2 s合在a或b 原线圈的匝数发生变化 答案 bd 2 如图2 6 4所示 理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡l1和l2 输电线的等效电阻为r 开始时 开关s断开 当开关s接通时 下列说法中正确的是 a 副线圈两端m n的输出电压减小b 副线圈输电线等效电阻r上的电压降增大c 通过灯泡l1的电流减小d 变压器的输入功率减小 图2 6 4 答案 bc 2013 双流县棠湖中学高二检测 如图2 6 5甲 乙所示电路中 当a b接10v交变电压时 c d间电压为4v 当m n接10v直流电压时 p q间电压也为4v 现把c d接4v交流电压 p q接4v直接电压 下面可表示a b间和m n间的电压的是 a 10v 10vb 10v 4vc 4v 10vd 10v 0 综合解题方略 变压器与分压 器的对比 甲乙图2 6 5 审题指导 变压器的工作原理是电磁感应 而分压器中的电阻元件只表现阻碍作用 它不会出现电磁感应现象 规范解答 甲图是一个自耦变压器 当a b作为输入端 c d作为输出端时 是一个降压变压器 两边的电压之比等于线圈的匝数之比 当c d作为输入端 a b作为输出端时 是一个升压变压器 电压比也等于匝数比 所以c d接4v交流时 a b间将得到10v交流 乙图是一个分压电路 当m n作为输入端时 上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比 但是当把电压加在p q两端时 电流只经过下面那个电阻 上面的电阻中没有电流 m p两端也就没有电势差 即m p两点的电势相等 所以当p q接4v直流时 m n两端电压也是4v 顺便指出 如果m n或p q换成交变电压 上述关系仍然成立 因为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用 答案 b 1 变压器的工作原理及用途如图甲所示 变压器的工作原理是当原线圈中有交变电流时 在铁芯中便产生交变磁通量 而交变磁通量又会在副线圈中产生感应电动势 可见 变压器只能工作在交流电路中 且其电压比等于匝数比 同一个变压器既可以当升压变压器也可以当降压变压器使用 副线圈两端的电压可以比原线圈的大 小或相等 应当注意的是需要把电压升高时 就得使用升压变压器 分压器是无能为力的 甲乙2 分压器的工作原理及用途分压器的工作原理是利用串联电路的分压原理 如图乙所示 它是滑动变阻器的分压接法 既可应用于直流电路又可应用于交流电路 备课资源 教师用书独具 电力变压器种类电力变压器是发 输 变 配电系统中的重要设备之一 它的性能 质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益 一 配电变压器 1 油浸式配电变压器为了使变压器的运行更加安全 可靠 维护更加简单 更广泛地满足用户的需要 近年来油浸式变压器采用了密封结构 使变压器油和周围空气完全隔绝 从而提高了变压器的可靠性 目前 主要密封形式有空气密封型 充氮密封型和全充油密封型 其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高 它在绝缘油体积发生变化时 由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿 2 干式变压器干式变压器由于结构简单 维护方便 又有防火 难燃等特点 干式变压器种类很多 主要有浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器两类 二 箱式变压器箱式变压器具有占地少 能伸入负荷中心 减少线路损耗 提高供电质量 选位灵活 外形美观等特点 目前在城市10kv 35kv电网中大量应用 我国目前所使用的箱式变压器 主要是欧式箱变和美式箱变 前者变压器作为一个单独的部件 即高压受电部分 配电变压器 低压配电部分三位一体 后者结构分为前后两部分 前部分为接线柜 后部分为变压器油箱 绕组 铁芯 高压负荷开关 插入式熔断器 后备限流熔断器等元器件均放置在油箱体内 目前有些厂家 已将卷铁芯变压器移置到箱式变压器中 使箱式变压器体积和质量都有所减小 实现了高效 节能和低噪声 三 高压 超高压电力变压器目前 我国已具备了110kv 220kv 330kv和500kv高压 超高压变压器生产能力 超高压变压器的绝缘介质仍以绝缘油为主 根据电网发展的需要 变压器的生产技术正在不断提高 sf6气体绝缘高压 超高压变压器正在研究开发 1 一个正常工作的理想变压器的原副线圈中 下列的哪个物理量不一定相等 a 交流的频率b 电流的有效值c 电功率d 磁通量变化率 解析 变压器可以改变原副线圈中的电流 因此原副线圈中的电流不一定有相同的有效值 所以b正确 由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈 因而原副线圈的磁通量变化率相同 变压器的工作基础是电磁感应 副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的 理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率 答案 b 2 2013 北师大附中高二检测 如图2 6 6中理想变压器原 副线圈匝数之比n1 n2 4 1 原线圈两端连接光滑导轨 副线圈与电阻r相连组成闭合回路 当直导线ab在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时 安培表a1的读数是12毫安 那么安培表a2的读数是 a 0b 3毫安c 48毫安d 与r值大小无关 图2 6 6 解析 当直导线ab在匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割磁感线运动时 原线圈中产生恒定的电流 不能在铁芯中产生变化的磁场 副线圈中不会产生感应电流 a正确 答案 a 3 一输入电压为220v 输出电压为36v的变压器副线圈烧坏了 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2 6 7所示 然后将原来线圈接到220v交流电源上 测得新绕线圈的端电压为1v 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 a 1100 360b 1100 180c 2200 180d 2200 360 图2 6 7 答案 b 4 理想变压器原 副线圈匝数比为10 1 以下说法中正确的是 a 穿过原 副线圈每一匝磁通量之比是10 1b 穿过原 副线圈每一匝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1 1d 正常工作时原 副线圈的输入 输出功率之比为1 1 解析 对理想变压器 无磁通量损失 因而穿过两个线圈的交变磁通量相同 磁通量变化率相同 每匝线圈产生的感应电动势相等 电压与匝数成正比 理想变压器可以忽略热损耗 故输入