高中物理 4.2 变压器课件 鲁科版选修32.ppt

第2节变压器 1 2 3 4 1 变压器的结构 1 变压器 它是改变交流电压的设备 如图甲所示 变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成 其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成 线圈用绝缘导线绕成 与电源连接的线圈叫原线圈 与负载连接的线圈叫副线圈 在电路中 变压器的符号如图乙所示 2 种类 变压器分为升压变压器和降压变压器两种 1 2 3 4 2 变压器的工作原理 1 变压器的工作原理是电磁感应 2 当原线圈上加交变电压时 由于原线圈中电流的大小 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 如果副线圈是闭合的 则副线圈中将产生交变的感应电流 它也在铁芯中产生交变磁通量 在原 副线圈中同样要引起感应电动势 由于这种互感现象 原 副线圈间虽然没有导线相连 电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈 3 没有能量损失的变压器 称为理想变压器 因为理想变压器不计一切电磁能量损失 因此 理想变压器的输入功率等于输出功率 1 2 3 4 3 理想变压器的关系 1 电压与匝数的关系 2 电流与匝数的关系 只有一个副线圈 3 功率关系 p2 p1 1 2 3 4 4 自耦变压器 铁芯上只绕有一个线圈 三个抽头 线圈既提供原线圈 又提供副线圈 自耦变压器变压规律与一般变压器相同 如调压变压器是一种自耦变压器 如图所示 1 2 3 4 练一练 多选 一理想变压器 原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2 正常工作时输入和输出的电压 电流 功率分别为u1和u2 i1和i2 p1和p2 已知n1 n2 则 a u1 u2b p1 p2c i1p2解析 因变压器为理想变压器 故有 p1 p2 由题意知n1 n2 则u1 u2 又因i1u1 i2u2 则i1 i2 故选项a b c正确 答案 abc 探究一 探究二 探究一理想变压器的构造及工作原理问题导引在课外 某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时 发现缺少电源 于是就用一种摩托车的蓄电池代替 按图进行实验 探究一 探究二 想一想 你能从这个实验中观察到什么现象 并加以说明 提示因蓄电池是直流电源 故连接到副线圈上的小灯泡不会持续发光 只是在闭合和断开开关瞬间闪亮 之后熄灭 原因是 恒定电压加在原线圈上瞬间 线圈内的磁通量发生变化 因而副线圈中的磁通量也发生变化 所以由知 副线圈中有感应电动势 灯泡闪亮 之后原线圈中电流恒定 线圈内的磁通量恒定不变 副线圈中无电动势 因而灯泡闪亮后熄灭 探究一 探究二 名师精讲1 构造变压器由一个闭合的铁芯 原线圈和副线圈组成 两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的 铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成 是用来改变交变电压的装置 单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲 乙所示 探究一 探究二 2 工作原理 如图所示 当原线圈上加交流电压u1时 原线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生交变的磁通量 在原 副线圈中都要产生感应电动势 如果副线圈是闭合的 则副线圈中将产生交变的感应电流 它也在铁芯中产生交变磁通量 在原 副线圈中同样要引起感应电动势 由于互感现象 原 副线圈间虽然不相连 电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈 其能量转换方式为原线圈电能 磁场能 副线圈电能 探究一 探究二 特别提醒 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 变压器只改变交变电流的电压 不改变交变电流的周期和频率 探究一 探究二 例题1 如图所示 理想变压器原 副线圈的匝数比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 电流表a1的读数为12ma 那么电流表a2的读数为 a 0b 3mac 48mad 与r的大小有关 探究一 探究二 解析 导线ab切割磁感线产生的感应电动势e感 blv 由于b l v三个量均不变 故感应电动势为一定值 因此原线圈的电压不变 原线圈中电流恒为12ma 无法产生互感现象 故副线圈输出电压为0 电流表a2的示数为0 选项a正确 答案 a反思 1 互感现象是变压器工作的基础 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化 2 变压器是依据电磁感应工作的 因此只能工作在电流变化的电路中 如果变压器接入恒定直流电路 原线圈中的电流不变 在铁芯中不能引起磁通量的变化 没有互感现象出现 变压器起不到变压作用 探究一 探究二 变式训练1 关于理想变压器的工作原理 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 穿过副线圈的磁通量变化使得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析 通有正弦式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 选项a错误 因理想变压器无漏磁 故选项b错误 由互感现象知选项c正确 原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能 原 副线圈通过磁场联系在一起 故选项d错误 答案 c 探究一 探究二 探究二理想变压器的基本关系及制约因素问题导引有一台单相旧变压器 铭牌掉了不知去向 现在想测一下它的匝数比 请你想想办法 需要哪些仪器 探究一 探究二 探究一 探究二 2 变压器工作时的制约关系 1 电压制约 当变压器原 副线圈的匝数比一定时 输出电压u2由输入电压u1决定 即 2 电流制约 当变压器原 副线圈的匝数比一定 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 3 功率制约 p2决定p1 p2增大 p1增大 p2减小 p1减小 p2为0 p1为0 探究一 探究二 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 3 变压器原 副线圈功率制约关系 电流制约关系实质上体现了能量守恒特点 不计变压器能量损失 消耗了多少能量 必定提供了多少能量 反过来提供了不消耗或提供的多消耗的少 显然是不符合能量守恒定律的 探究一 探究二 例题2 多选 如图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 a 保持u1及p的位置不变 s由a合到b时 i1将增大b 保持u1及p的位置不变 s由b合到a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 i1将增大思路 开关s在不同位置 原线圈匝数n1不同 滑片p移动r变化 据电压 电流和功率关系作出判断 探究一 探究二 解析 由变压器的电压关系得 所以又p1 i1u1且p2 p1 所以由 两式可知 s由a合到b 则n1减小 n2不变 故i1增大 s由b合到a 则n1增大 n2不变 故p2减小 滑片p上滑 则r增大 i1减小 若u1增大 则i1增大 故选项a b d正确 答案 abd 探究一 探究二 反思解答变压器动态问题时 首先要根据题意分清变量和不变量 其次要明确变量之间的相互制约关系 1 输入电压决定输出电压 2 输出电流决定输入电流 3 输出功率决定输入功率 变式训练2 如图甲是一理想变压器的电路连接 图乙是在原线圈两端所加的电压随时间变化的关系 已知原 副线圈的匝数比为10 1 电流表a2的示数为2a 开关s断开 求 探究一 探究二 1 变压器的输入功率和电压表的示数 2 将开关s闭合 定性分析电路中三只电表的示数变化情况 探究一 探究二 解析 1 由图乙可知输入电压的有效值u1 200v 由得变压器输出电压u2 u1 20v 变压器的输入功率p1等于输出功率p2 p1 p2 u2i2 20 2w 40w 2 将s闭合 u2不变 即电压表示数保持为20v不变 由于负载增多 负载的总电阻减小 电流表a2的示数增大 副线圈的输出功率增加 原线圈的输入功率随之增加 电流表a1的示数增大 答案 1 40w20v 2 电流表a1示数增大 电流表a2示数增大 电压表示数不变 12345 1 理想变压器正常工作时 原 副线圈中不相同的物理量为 a 每匝线圈中磁通量的变化率b 交变电流的频率c 原线圈的输入功率和副线圈的输出功率d 原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势解析 理想变压器是没有能量损失的变压器 铁芯中无磁漏 所以每匝线圈中磁通量相等 其变化率也相等 故选项a c错误 根据变压器的工作原理及用途 选项b错误 选项d正确 答案 d 12345 2 对于理想变压器 下列说法中不正确的是 a 原线圈的输入功率 随着副线圈的输出功率增大而增大b 原线圈的输入电流 随着副线圈的输出电流增大而增大c 原线圈的电压 不随副线圈的输出电流变化而变化d 当副线圈的电流为零时 原线圈的电压也为零解析 副线圈的输出功率大小决定原线圈的输入功率大小 选项a正确 副线圈的电流决定原线圈的电流 选项b正确 原线圈的电压决定副线圈的电压 与副线圈中电流的变化无关 选项c正确 当副线圈的电流为零时 原线圈的电流为零 但电压不是零 选项d错误 答案 d 12345 3 如图所示四个电路中 能够实现升压的是 解析 变压器不能对恒定直流变压 故选项a b错误 由于电压与线圈匝数成正比 所以选项d能实现升压 答案 d 12345 4 多选 一理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 原线圈输入电压的变化规律如图甲所示 副线圈所接电路如图乙所示 p为滑动变阻器的触头 下列说法正确的是 a 副线圈输出电压的频率为50hzb 副线圈输出电压的有效值为31vc p向右移动时 原 副线圈的电流比减小d p向右移动时 变压器的输出功率增加 12345 解析 由题图可知 交流电周期t 2 10 2s 频率 50hz 因为原 副线圈交流电频率相同 所以选项a正确 原线圈电压的有效值为 由原 副线圈的匝数比为10 1 可得副线圈输出电压的有效值为22v 所以选项b错误 p向右移动 副线圈电阻减小 电流增大 而原 副线圈匝数不变 电压不变 故输出功率增加 因此选项c错误 选项d正确