新高中物理 第二章 5 变压器课件 粤教版选修32.ppt

第二章 交变电流 目标定位 1 了解变压器的构造及几种常见的变压器 理解变压器的工作原理 2 掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题 3 掌握理想变压器的功率关系 并能推导出原 副线圈的电流关系 学案5变压器 知识探究 自我检测 一 变压器的原理及电压与匝数的关系 问题设计 知识探究 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上 一个线圈通过开关连到交流电源的两端 另一个线圈连到小灯泡上 如图1所示 图1 1 小灯泡能发光吗 为什么 答案能发光 当左边线圈加上交变电压时 左边线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生周期性变化的磁场 根据法拉第电磁感应定律知 在左 右线圈中都要产生感应电动势 右线圈作为电源给小灯泡供电 小灯泡就会发光 2 若小灯泡发光 那么小灯泡两端的电压与什么因素有关 答案左 右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同 若左边匝数为n1 则e1 n1 若右边匝数为n2 则e2 n2 故有 若忽略左边线圈的电阻 则有e1 e电源 这样看来小灯泡两端电压与左侧交流电源电动势及两线圈匝数比都有关系 3 若将原线圈接到恒定的直流电源上 小灯泡亮不亮 分析讨论小灯泡亮或不亮的原因 答案不亮 原线圈接到恒定直流电源上 通过原线圈的电流的大小 方向均不变 它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变 因此在副线圈中不会产生感应电动势 副线圈两端没有电压 所以小灯泡不亮 这种现象说明 变压器不能改变恒定电流的电压 要点提炼 1 变压器的构造 由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成 与 连接的线圈叫原线圈 匝数用n1表示 又叫做 与 连接的线圈叫副线圈 匝数用n2表示 又叫做 两个线圈都绕在 上 2 变压器的工作基础是 因此变压器只对 的电流起作用 对 电流不起作用 后两空填 变化 或 恒定 电源 初级线圈 负载 次级线圈 闭合铁芯 互感现象 恒定 变化 3 变压器中的电压关系 1 只有一个副线圈 2 有多个副线圈 4 变压器 填 能 或 不能 改变交变电流的频率 5 原 副线圈的地位 1 原线圈在其所处回路中充当负载 2 副线圈在其所处回路中充当 不能 电源 二 理想变压器中的功率关系及电流关系 问题设计 1 什么是理想变压器 理想变压器原 副线圈中的功率有什么关系 答案理想变压器的理想化条件一般指的是 忽略原 副线圈内阻上的分压 忽略原 副线圈磁通量的差别 忽略变压器自身的能量损耗 所以理想变压器的输入功率等于输出功率 即p入 p出 2 若只有一个副线圈 原 副线圈中的电流与匝数有什么关系 答案由能量守恒定律 有p入 p出 即u1i1 u2i2 所以3 若有多个副线圈时 电流与匝数间的关系是什么 答案若有多个副线圈p1 p2 p3 即u1i1 u2i2 u3i3 将u1 u2 u3 n1 n2 n3 代入得n1i1 n2i2 n3i3 要点提炼 1 理想变压器的特点 1 变压器铁芯内无 无 损失 2 原 副线圈不计 即无能量损失 实际变压器 特别是大型变压器 一般可以看成理想变压器 2 功率关系 3 电流关系 1 若只有一个副线圈 有i1u1 即 2 当有多个副线圈时i1u1 得i1n1 漏磁 发热 内阻 p入 p出 i2u2 i2u2 i3u3 i2n2 i3n3 三 理想变压器中各量的制约关系和动态分析 1 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 输入电压u1决定输出电压u2 即u2 2 功率制约 p出决定p入 p出增大 p入 p出减小 p入 p出为0 p入为 3 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 副线圈中的输出电流i2决定原线圈中的电流i1 即i1 增大 减小 0 2 对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 1 原 副线圈匝数比不变 负载电阻变化 进行动态分析的顺序是r i2 p出 p入 i1 2 负载电阻不变 匝数比变化 进行动态分析的顺序是n1 n2 u2 i2 p出 p入 i1 四 各种各样的变压器 1 自耦变压器如图2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 图2 2 电压互感器 电流互感器 1 构造 如图3所示 2 接法 电压互感器原线圈并联在高压电路中 副线圈接电压表 电流互感器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 电压互感器可将高电压变为低电压 通过测量低电压 计算出高压电路的高压 电流互感器将大电流变为小电流 通过测量小电流 计算出被测电路中的大电流 图3 典例精析 一 对变压器的原理的理解 例1关于理想变压器的工作原理 以下说法正确的是 a 通过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相等c 穿过副线圈磁通量的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b i 由于面积s不变 故 i a错误 因理想变压器无漏磁 故b c正确 原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能 故d错 答案bc 二 理想变压器基本规律的应用 例2理想变压器连接电路如图4甲所示 已知原 副线圈匝数比为10 1 当输入电压波形如图乙时 电流表读数为2a 则 图4 a 电压表读数为282vb 电压表读数为28 2vc 输入功率为56 4wd 输入功率为40w 答案d 三 理想变压器中的动态分析 例3如图5所示为一含理想变压器的电路图 k为单刀双掷开关 p为滑动变阻器的滑动触头 u1为加在原线圈两端的交变电压 i1为原线圈中的电流 则 图5 a 保持u1及p的位置不变 k由a扳向b时 i1将增大b 保持u1及p的位置不变 k由b扳向a时 r消耗功率增大c 保持u1不变 k接在a处 使p上滑 i1将增大d 保持p的位置不变 k接在a处 若u1增大 i1将增大 解析保持u1及p的位置不变 k由a扳向b时 n1减小 增大 由u2 u1知u2变大 则输出电流i2增大 输出功率增大 输入功率也增大 由p1 u1i1知 i1增大 a正确 同理 k若由b扳向a r消耗功率将减小 b错误 u1不变 k接在a处 使p上滑时 i2减小 i1也减小 故c错 保持p的位置不变 k接在a处 使若u1增大 则u2也增大 即i2 增大 由i1 i2知 i1也应增大 故d正确 答案ad 四 各种各样的变压器 例4图6甲 乙是配电房中的互感器和电表的接线图 下列说法中正确的是 图6 a 线圈匝数n1n2 n3 n4c 甲图中的电表是电压表 输出端不可短路d 乙图中的电表是电流表 输出端不可断路解析题图甲中的原线圈并联在电路中 为电压互感器 是降压变压器 n1 n2 题图甲中的电表为电压表 题图乙中的原线圈串联在电路中 为电流互感器 是升压变压器 n3 n4 题图乙中的电表为电流表 故选项c d正确 答案cd 课堂要点小结 1 对变压器原理的理解 如图7所示 理想变压器原 副线圈匝数之比n1 n2 4 1 当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时 电流表的示数是12ma 则副线圈中电流表的示数是 1 2 3 自我检测 图7 a 3mab 48mac 零d 与r阻值有关 1 2 3 解析当导线在平行导轨上匀速运动时 产生的电流是恒定的电流 不会使副线圈的磁通量变化 因而副线圈中无感应电流 选项c正确 答案c 2 理想变压器基本规律的应用 如图8所示 将额定电压为60v的用电器 通过一理想变压器接在正弦交变电源上 闭合开关s后 用电器正常工作 交流电压表和交流电流表 均为理想电表 的示数分别为220v和2 2a 以下判断正确的是 1 2 3 图8 a 变压器输入功率为484wb 通过原线圈的电流的有效值为0 6ac 通过副线圈的电流的最大值为2 2ad 变压器原 副线圈匝数比n1 n2 11 3 解析变压器的输入功率p1 p2 i2u2 2 2 60w 132w 选项a错误 1 2 3 1 2 3 答案ad 3 理想变压器中的动态分析 如图9所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 b是原线圈的中心抽头 电压表和电流表均为理想交流电表 从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压u 其瞬时值表达式为u 220sin 100 t v 现把单刀双掷开关与a连接 则 1 2 3 图9 1 2 3 a 电压表的示数为22vb 流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次c 在滑动变阻器的触头p向上移动的过程中 电压表和电流表的示数均变大d 若把单刀双掷开关由a扳向b时 保持滑动变阻器的触头p不动 电压表示数变大 电流表的示数变小 解析理想变压器可以变压 变流 但不改变功率和频率 由交变电压的瞬时值表达式可知 该交变电压的频率为50hz 而产生交变电压的线圈每转一圈 其电流变向两次 故b正确 电压表的示数是有效值 根