高中物理 第5章 交变电流 第4节 变压器课件 新人教版选修32.ppt

第五章 交变电流 第四节变压器 在旷野 村庄 学校 工厂 随处可见大小不同形状各异的 变压器 它能把高电压降为低电压 又能把低电压变为高电压 如此神奇的 变压器 是怎样构成的 它的工作原理是什么 知识自主梳理 1 构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成 1 原线圈 与 相连的线圈 2 副线圈 与 相连的线圈 2 原理 现象是变压器的工作基础 原线圈中电流的大小 方向不断变化 在铁芯中激发的 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 变压器原理 知识点1 交流电源 负载 互感 磁场 感应电动势 电压 周期 频率 电压与匝数的关系 知识点2 能量损失 匝数 低 高 重点难点突破 1 理想变压器的特点 1 原 副线圈的电阻不计 不产生热量 2 变压器的铁芯无漏磁 原 副线圈磁通量无差别 3 变压器自身的能量损耗不计 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率 一 理想变压器的规律 特别提醒 1 变压器的电动势关系 电压关系和电流关系是有效值 或最大值 间的关系 对于某时刻的瞬时值其关系不成立 2 变压器高压圈匝数多而导线细 低压圈匝数少而导线粗 这是区别高 低压线圈的方法 解析 当一个线圈中接上交变电流时 变化的电流产生变化的磁场 变化的磁场通过闭合的铁芯的导磁作用 进入另一个线圈中 产生感应电动势 灯泡中有了感应电流 故灯泡发光 通过互感现象 电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈 虽然学生电源的电压并不等于灯泡的额定电压 但是灯泡可以正常发光 这说明 通过中间这个装置 变压器 使加在灯泡上的电压等于灯泡的额定电压 说明 变压器可以改变交变电流的电压 如果将图中的学生电源打到适当的直流电压挡上 灯泡就不亮了 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由输入电压决定 即u2 n2u1 n12 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 原线圈的电流i1由副线圈中的输出电流i2决定 即i1 n2i2 n1 二 变压器工作时的制约关系及动态分析 3 负载制约 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 变压器副线圈中的电流i2由用户负载及电压u2确定 i2 p2 u2 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 4 对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 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r i2 p2 p1 i1 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 n2 u2 i2 p2 p1 i1 特别提醒 1 理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是 量出为入 即用户消耗多少 原线圈就提供多少 因而输出功率决定输入功率 2 可以把理想变压器的副线圈看做给用户供电的无内阻电源 对负载电路进行动态分析时 可以参照直流电路动态分析的方法 答案 1 p2 p3 p4不动 p1下移 2 p1 p3 p4不动 p2上移 3 p1 p2 p4不动 p3上移 4 p1 p2 p3不动 p4上移 三 几种常见的变压器 2 电压互感器 1 构造 小型降压变压器 如图所示 2 接法 原线圈并联在高压电路中 副线圈接电压表 为了安全 外壳和副线圈应接地 3 作用 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 3 电流互感器 1 构造 小型升压变压器 如图所示 2 接法 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 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 甲 22000 乙 100 考点题型设计 题型1理想变压器规律的应用 ac a 电流表的示数为2ab 原 副线圈匝数比为1 2c 变压器的输入功率为220wd 副线圈中交变电压的频率为100hz bd 题型2理想变压器各物理量的动态分析 d a a1的示数不变 a2的示数增大b a1的示数增大 a2的示数增大c v1的示数增大 v2的示数增大d v1的示数不变 v2的示数减小 解析 v1测量电源的输出电压 故其示数不变 当传感器r2所在处出现火警时 r2阻值减小 副线圈电路总电阻变小 副线圈电压不变 由闭合电路欧姆定律可知 副线圈总电流i变大 电阻r3电压u3 ir3变大 r1与r2并联的电压变小 电压表v2示数变小 电流表a2示数变小 副线圈电流变大 原线圈电流变大 电流表a1示数变大 故选项d正确 bcd 解析 a 只将s1从2拨向1时 原线圈匝数减小 输出电压变大 故输出电流变大 输入电流即电流表的示数也变大 故a错误 b 只将s2从4拨向3时 副线圈匝数减小 输出电压变小 故输出电流变小 输入电流变小 故b正确 c 只将s3从闭合变为断开 少一个支路 电压不变 总电阻变大 输出功率减小 则输入功率也减小 电流表的示数减小 故c正确 d 只将变阻器r3的滑动触头上移 负载总电阻变大 输出电流变小 故输入电流减小 故d正确 题型3开放 探究 答案 当开关s闭合后 变压器的原线圈中是恒定电流 铁芯中的磁通量不变 副线圈中没有感应电动势 火花塞上电压为零 当开关从闭合到突然断开 铁芯中磁通量突然变小 在副线圈中会产生一个瞬时高电压 脉冲高电压可达104v左右 使火花塞产生电火花 1 将左边线圈与低压交流电源相接 所用接线柱为 0 8 两个 输入电压为15v 合上开关 听到有轻微的 嗡嗡 声 然后将多用电表的两个表笔分别接在右边线圈 0 4 两个接线柱上 测出交流电压为5 6v 2 将左边线圈接 0 2 两个接线柱 输入电压改为8 8v 合上开关 听到有很响的 嗡嗡 声 然后将多用电表的两个表笔分别接在右边线圈 0 4 两个接线柱上 测出交流电压为16v 这个实验中变压器原 副线圈两端的电压与匝数不成正比 其原因可能是 abc a 实际变压器的磁通量并没有全部集中在铁芯中b 绕制原副线圈的铜线有电阻 会产生焦耳热 使变压器损失了一部分能量c 交变电流的磁场对铁芯有吸 斥作用 铁芯振动发声 使变压器损失了一部分能量d 由于铁芯是用硅钢片叠合而成 比整块硅钢铁芯的涡流更强 变压器损失的能量更大解析 实际变压器中 漏磁 是不可避免的 a正确 铜线的电阻 会产生热量损失能量 b正确 芯片之间有间隙 振动发出 嗡嗡 声 损失能量 c正确 铁芯用硅钢片叠合 是为了防止涡流 d错误 易错案例剖析 cd a 由图甲可知mn两端输出交流电压不可能高于36vb 当滑动触头p逆时针转动时 mn之间输出交流电压的频率变大c 当滑动变阻器滑片向上滑动时 电流表读数变小 电压表读数变大d 当滑动变阻器滑片向下滑动时 要保持电阻r2消耗的电功率不变 则应适当逆时针转动滑动触头p 易错分析 错解1对自耦变压器的调压原理不够清楚 不知道变压器次级线圈的匝数即为pb间的匝数 故对滑动触头p逆时针转动的结果判断不出 并以为次级线圈接负载的一定是降压变压器 所以mn两端电压应小于36v而错选a项 错解2不理解变压器的工作原理 认为输出电压升高则交流电压的频率变大而错选b项 错解3不能正确的分析变压器的动态变化 认为要保持电阻r2消耗的电功率不变 则应保持电压表示数不变 因此认为应该保持滑动触头p位置不变 故漏选d项 正确解答 由图甲可知 cd端输入的交变电压为36v 输出端mn间线圈匝数可以小于 等于或大于cd间线圈匝数 因此变压器的输出电压可以高于36v a项错误 当变压器滑动触头p逆时针转动时 mn间线圈匝数增多 变压器输出电压升高 但频率与匝数无关且保持不变 b项错误 当滑动变阻器滑片向上滑动时 r3阻值增大 负载电阻增大 电流减小 电流表读数变小 电阻r1两