高中物理选修3-2 5.4变压器ppt课件.ppt

1 5 4变压器 2 教学目标 一 知识与技能1 知道变压器的构造 了解变压器的工作原理 2 理解理想变压器原 副线圈中电压与匝数的关系 能应用它分析解决有关问题 3 了解理想变压器原 副线圈各物理量关系 二 过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题 解决问题的能力 三 情感 态度与价值观1 使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的 2 培养学生实事求是的科学态度 教学重点 探究变压比和匝数比的关系 教学难点 探究变压比和匝数比的关系 教学方法 实验探究法 阅读法 讲解法 教学手段 学生电源 可拆变压器 交流电压表 交流电流表 灯泡 3 照明灯电压 220伏机床上照明灯 36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压 几万伏远距离输电 几十万伏电视机显像管却需要10000V以上电压交流便于改变电压 以适应各种不同的需要 变压器就是改变交流电压的设备 4 几种常见的变压器 5 一 变压器的构造 1 示意图 2 构造 1 闭合铁芯 绝缘硅钢片叠合而成 2 原线圈 初级线圈 其匝数用n1表示 3 副线圈 次级线圈 其匝数用n2表示 4 输入电压 U1 输出电压 U2 n1 n2 6 3 电路图中符号 问题 变压器副线圈和原线圈电路是否相通 变压器原副线圈不相通 那么在给原线圈接交变电压U1后 副线圈电压U2是怎样产生的 铁芯与线圈互相绝缘 7 二 变压器的工作原理 互感现象 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了电能 U1 I1 到磁场能 变化的磁场 再到电能 U2 I2 转化 互感现象 在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象 若给原线圈接直流电压U1 副线圈电压U2 8 闭合铁芯实现了电能 磁场能 电能的转换 由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯 使能量在转换过程中损失很小 为了便于研究 物理学中引入了一种理想化模型 理想变压器 无磁损 无铜损 无铁损 理想变压器 从能量转化的角度 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 由于运行时铁芯内部产生涡流 涡流经过铁芯时 会使铁芯内部产生热能 这种热能是消耗能量的 故称为铁损 铜损是电流通过变压器原副绕组时 在原副绕组的电阻上所消耗的功率 铜损又叫可变损耗 磁损耗是指磁性材料在磁化过程和反磁化过程中有一部分能量不可逆地转变为热 所损耗的能量称磁损耗 无漏磁 9 三 理想变压器的规律 原 副线圈中产生的感应电动势分别是 E1 n1 t E2 n2 t E1 n1 E2 n2 原线圈回路有 U1 E1 I1r1 E1 副线圈回路有 E2 U2 I2r2 U2 若不考虑原副线圈的内阻 则U1 E1 U2 E2即 U1 U2 n1 n2 1 电压关系 10 理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比 n2 n1U2 U1 升压变压器 n2 n1U2 U1 降压变压器 U1 U2 n1 n2 11 3 电流规律 1 理想变压器输出功率应等于输入功率 即 U1I1 U2I2 I1 I2 U2 U1 n2 n1 P出 P入 此公式只适用于一个副线圈的变压器 当有多个副线圈时 2 功率关系 学案导学P47例1 12 变压器工作时 高压线圈匝数多而通过的电流小 可用较细的导线绕制 低压线圈匝数少而通过的电流大 应当用较粗的导线绕制 这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法 U1 U2 n1 n2 I1 I2 U2 U1 n2 n1 13 U1 4 输入输出电压 电流 功率大小之间的因果关系 1 输入功率P1由输出功率P2决定 P1 P2 2 U1由电源决定 3 U2由U1和匝数比决定 U2 n2 n1 U1 4 I2由U2和负载决定 I2 U2 R 5 I1由I2和匝数比决定 I1 n2 n1 I2 匝数一定时 U1决定U2 匝数一定时 I2决定I1 学案导学P47例2 14 四 有多个副线圈的理想变压器的问题 一个原线圈多个副线圈的理想变压器 原线圈匝数为n1 两个副线圈的匝数分别为n2和n3 相应的电压分别为U1 U2和U3 相应的电流分别为I1 I2和I3 根据变压器的工作原理可得 15 由P入 P出得 P1 P2 P3 即 16 五 几种常用变压器 1 自耦变压器 升压变压器 降压变压器 问题 有没有只用一组线圈来实现变压的变压器 自耦变压器的原副线圈共用一个线圈 17 2 互感器 电流互感器 电压互感器 使用时把原线圈与电路并联 原线圈匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串联 原线圈匝数少于副线圈匝数 18 例1 理想变压器原 副线圈的匝数比n1 n2 4 1 当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时 图中电流表A1的示数12mA 则电流表A2的示数为 A 3mAB 0C 48mAD 与负载R的值有关 解析 变压器只能工作于交流电路 不能工作在恒定电流和恒定电压的电路 导体棒向左匀速切割磁感线时 在线圈n1中通过的是恒定电流 不能引起穿过线圈n2的磁通量变化 在副线圈n2上无感应电动势出现 所以A2中无电流通过 19 例2 一理想变压器 其原线圈2200匝 副线圈440匝 并接一个100 的负载电阻 如图所示 1 当原线圈接在44V直流电源电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 2 当原线圈接在220V交变电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 此时输入功率为 W 0 0 44 0 44 19 36 20 练习1 一理想变压器 原线圈匝数n1 1100 接在电压220V的交流电源上 当它对11只并联的 36V 60w 的灯泡供电时 灯泡正常发光 由此可知副线圈的匝数n2 通过原线圈的电流I1 n2 180 180 3A 解 所以 3A 21 练习2 如图所示 一理想变压器原 副线圈的匝数比为n1 n2 3 1 有四只相同的灯泡连入电路中 若灯泡L2 L3 L4均能正常发光 则灯泡L1 A 也能正常发光B 较另三个灯暗些C 将会烧坏D 不能确定 L3 L4 L1 U1 L2 22 例3 钳形电流表的外形和结构如图 a 所示 图 a 中电流表的读数为1 2A 图 b 中用同一电缆线绕了3匝 则A 这种电流表能测直流电流 图 b 的读数为2 4AB 这种电流表能测交流电流 图 b 的读数为0 4AC 这种电流表能测交流电流 图 b 的读数为3 6AD 这种电流表既能测直流电流 又能测交流电流 图 b 的读数为3 6A C 23 例4 为了保证用电安全 家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护开关 如图所示是保护开关的电路原理简图 问 1 电路正常工作时 b线圈是没有电流的 原因是什么 2 如果站在地上的人不小心接触火线时 b线圈为什么会产生感应电流 24 解析发电厂的零线是接地的 漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器 其铁芯的a侧有两个形状 绕向和匝数都完全相同的线圈 图中分别用实线和虚线表示 它们分别将用电器和火线 零线串联起来 220V交变电流在MNO GRK与发电厂之间流过 铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈 图中未画出 并联 室内电路正常工作时 b线圈没有电流 J保持导通状态 当漏电时 b线圈便会产生感应电流 推动电磁继电器J切断用电器的电路 从而防止事故的发生 25 答案 1 电流互感器a侧两线圈完全相同 流过两线圈的电流大小相等 方向相反 它们产生的磁场相互抵消 b侧线圈磁通量总为零而不变 线圈中不产生感应电流 2 火线的电流有一部分流经人体 经大地流回发电厂 a侧两线圈电流大小不等 产生 剩余电流 在铁芯中产生变化的 剩余磁通 b侧线圈中磁通量发生变化 线圈中产生感应电流 26 例6 如图所示 理想变压器的交流输入电压U1 220V 有两组副线圈 其中n2 36匝 标有 6V 9W 12V 12W 的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光 求 1 原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数n3 2 原线圈的电流I1 解 1 由于两灯均正常发光 所以有 U2 6V U3 12V根据原 副线圈电压与匝数的关系 有 U1 U2 n1 n2n1