高中物理 第5章 交变电流 4 变压器课件 新人教版选修32.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 2 交变电流 第五章 第四节变压器 第五章 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 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 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 1 理想变压器没有 的变压器 2 电压与匝数的关系3 两类变压器 1 降压变压器 副线圈的电压比原线圈的电压 的变压器 2 升压变压器 副线圈的电压比原线圈的电压 的变压器 能量损失 匝数 低 高 一 理想变压器的规律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 2 工作原理原线圈上加交变电压时铁芯中产生交变磁场 即在副线圈中产生交变磁通量 从而在副线圈中产生交变电动势 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 从能量转化角度看 变压器是把电能转化为磁场能 再将磁场能转化为电能的装置 一般地说 经过转化后电压 电流均发生了变化 5 功率关系对于理想变压器 不考虑能量损失 p入 p出 6 电流关系若有多个副线圈时 有p1 p2 p3 即u1i1 u2i2 u3i3 将u1 u2 u3 n1 n2 n3 代入得n1i1 n2i2 n3i3 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 a s与a接通的瞬间 r中无感应电流b s与a接通稳定后 r两端的电压为0c s与b接通稳定后 r两端的电压为3vd s与b接通稳定后 原 副线圈中电流的频率之比为2 1答案 bc 解析 a 在s与a接通的瞬间 由于电流由零突然变大 所以线圈中的磁通量会发生变化 副线圈中的r会有感应电流 所以a错误 b 在s与a接通稳定后 电路中的电流稳定 磁通量不会发生变化 所以副线圈中不会有感应电流产生 电阻r两端的电压为0 所以b正确 c 在s与b接通稳定后 由于b是交流电源 根据电压与匝数成正比可知 副线圈的电压为3v 所以c正确 d 变压器不会改变交流电源的频率 所以原 副线圈中电流的频率是相同的 所以d错误 二 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 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 a 原线圈中的电流减小b r两端的电压增大c 原线圈输入功率不变d 副线圈输出的电压减小 答案 b解析 开关s闭合 用户端阻值变小 用户端干路电流增大 则原线圈中电流变大 原线圈输入功率变大 选项a c均错误 用户端干路电流增大 则输电线r上电压损失变大 选项b正确 由于原电压及匝数比不变 故副线圈输出电压不变 选项d错误 三 几种常见的变压器1 自耦变压器如图所示 铁芯上只绕一个线圈 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 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 a 线圈n1两端电压高于线圈n2两端电压b 线圈n3中电流小于线圈n4中电流c 甲图中的电表是电压表 乙图中的电表是电流表d 甲图中的电表是电流表 乙图中的电表是电压表答案 ac解析 甲并联在电路中是电压互感器 电路中是强电压 通过变压器变成弱电压 用电压表测量 因为电压之比等于线圈匝数比 所以u1 u2 由图可知 乙串联在电路中是电流互感器 电路中是强电流 通过变压器变成弱电流 用电流表测量 因为电流之比等于线圈匝数的倒数比 所以i3 i4 综上所述 ac正确 故bd错误 理想变压器规律的应用 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 答案 ac a 1100 360b 1100 180c 2200 180d 2200 360答案 b 理想变压器各物理量的动态分析 a 保持u1及p的位置不变 k由a合到b时 i1将增大b 保持p的位置及u1不变 k由b合到a时 r消耗功率将减小c 保持u1不变 k合在a处 使p上滑 i1将增大d 保持p的位置不变 k合在a处 若u1增大 i1将增大 答案 abd 点评 1 对电压大小 条件充分时只需根据原线圈电压和原 副线圈匝数确定 2 p1 p2 i1 i2的判断 往往都与r的大小有关 对p1 i1的确定 需从p2 i2入手 a 电压表v1示数增大b 电压表v2 v3示数均增大c 该变压器起升压作用d 变阻器滑片是沿c d的方向滑动答案 d 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 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答案 abc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 易错点 不能正确地分析变压器的动态变化问题 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 错因分析 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