【优化方案】高中物理 第2节 变压器课件.ppt

第2节变压器 课标定位 学习目标 1 了解变压器的构造以及几种常见的变压器 2 理解变压器的工作原理 3 通过实验探究变压器电压和匝数的关系 4 掌握理想变压器的模型 明确理想变压器的输入与输出功率之间的关系 并由此推导原 副线圈中的电流关系 重点难点 1 变压器的工作原理 2 变压器的原 副线圈中电压 电流与匝数的关系 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节 课前自主学案 课前自主学案 一 变压器的结构1 结构组成 由两个 或两个以上 线圈和闭合的铁芯组成 2 结构特点原线圈与 相连 副线圈与 相连 铁芯由涂有绝缘漆的 而成 交流电源 负载 硅钢片叠合 二 变压器的工作原理1 互感 交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场 交变磁场在副线圈中产生感应电动势 当副线圈闭合时 副线圈中有电流产生 它在铁芯中产生交变磁通量 这个交变磁通量也穿过原线圈 在原线圈中产生 的现象 2 工作原理电磁感应是变压器的工作原理 即 是变压器工作的基础 互相感应 互感现象 三 科学探究变压器电压与匝数的关系 无漏磁 无电阻 思考感悟变压器的原副线圈连在一起吗 是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗 提示 变压器的原副线圈虽然都套在同一个铁芯上 但两线圈是彼此绝缘的 是利用了互感现象在副线圈上感应出电流的 并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去 四 常见的变压器1 升压 降压变压器n2 n1 是升压变压器 n2 n1 是降压变压器 2 自耦变压器 绕组的变压器为自耦变压器 3 三相变压器 是三个相同容量 的组合 它有 铁芯柱 每个 上都绕有同一相的 线圈 一个是高压线圈 另一个是 u2 u1 u2 u1 只有一个 单相变压器 3个 铁芯柱 2个 低压线圈 核心要点突破 一 理想变压器的特点及工作原理1 理想变压器的特点 1 没有漏磁 即通过原 副线圈的每一匝的磁通量都一样 2 原 副线圈没有电阻 即忽略原 副线圈中的焦耳热损耗 铜损 3 铁芯中无磁损耗 也不产生涡流 4 原 副线圈的感抗均趋于无穷大 从而空载电流趋于0 2 工作原理变压器工作原理的物理过程示意图如图4 2 1所示 原线圈上加交变电压u1产生交变电流 铁芯中产生交变磁场即产生交变磁通量 从而在副线圈中产生交变电动势u2 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 由于铁芯闭合 在不考虑铁芯漏磁的情况下 图4 2 1 穿过原 副线圈的每匝线圈的磁通量及其变化率均相同 因此在原线圈上所加的交变电压值与原线圈匝数不变的情况下 副线圈上产生的交变电压与副线圈的匝数成正比 这样可以通过绕制不同匝数的副线圈来得到各种数值的交变电动势 从而改变了交变电流的电压 要强调的是 从能量转换角度看 变压器是把电能转化为磁能 再将磁能转化为电能的装置 一般地说 经过转换后电压 电流均发生了变化 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 变压器不能改变交变电流的频率 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 变压器原 副线圈的匝数相等 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4 2 2中电压表v1的示数为12v 则电压表v2的示数为 图4 2 2 a 小于或等于12vb 大于12vc 无法确定d 0v解析 选d 导体棒向左匀速直线运动 根据右手定则可以判断导体棒中电流方向由上而下 大小不变 根据法拉第电磁感应定律可以知道感应电动势大小不变 原线圈中感应电流的磁场以及磁通量不发生变化 所以次级线圈中不产生感应电流及感应电动势 电压表v2示数为0 选d 二 理想变压器的基本规律1 基本规律 2 变压比公式中的电压值和变流比公式中的电流值均为有效值 不是瞬时值 3 理想变压器变压比公式和变流比公式中的电压和电流均采用峰值时 公式仍成立 4 从电流与匝数的关系可知 变压器高压线圈匝数多而通过的电流小 可用较细的导线绕制 低压绕圈匝数少而通过的电流大 应用较粗的导线绕制 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2010年高考重庆理综卷 一输入电压为220v 输出电压为36v的变压器副线圈烧坏 为获知此变压器原 副线圈匝数 某同学拆下烧坏的副线圈 用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈 如图4 2 3所示 然后将原来线圈接到220v交流电源上 测得新绕线圈的端电压为1v 按理想变压器分析 该变压器烧坏前的原 副线圈匝数分别为 图4 2 3 a 1100 360b 1100 180c 2200 180d 2200 360 三 变压器工作的制约关系图4 2 4当理想变压器的原 副线圈的匝数不变时 如果变压器的负载发生变化 确定其他物理量变化时 可依据下列原理判定 如图4 2 4所示 3 输出功率p2决定输入功率p1 理想变压器的输出功率与输入功率相等 即p2 p1 在输入电压u1一定的情况下 当负载电阻r增大时 i2减小 则变压器输出功率p2 u2i2减小 输入功率p1也将相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 变压器的输出功率p2增大 则输入功率p1也将增大 特别提醒 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 不计变压器损失能量 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 提供的多消耗的少 显然是不符合能量守恒定律的 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 关于理想变压器在使用中的判断 其中正确的是 a 当副线圈提供电能的用电器有一部分停止工作时 原线圈两端电压减小b 当副线圈提供电能的电路中并联更多的用电器时 原线圈输入的电流随之增大c 当副线圈与用电电路断开时 副线圈两端无电压d 当副线圈与用电电路断开时 原线圈两端无电压 课堂互动讲练 图4 2 5 a 接额定电压为8v的小灯泡 小灯泡能正常发光b 接交流电压表时读数为8 48vc 接阻值为6 的电阻时原线圈中的电流为36 7ad 接电磁打点计时器时打点的周期为0 02s 答案 d 方法总结 1 在变压器问题中 原 副线圈电压 电流为有效值 或同为最大值 2 变压器可以改变电压和电流 不能改变电压 电流的周期 频率 3 原 副线圈电流与匝数的关系适用于 一原一副 的情况 对于 多副 情况要利用功率关系p原 p副处理 如图4 2 6所示 有理想变压器给负载供电 变压器输入电压不变 如果负载电阻的滑片向上移动 则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是 图4 2 6 a v1 v2不变 a1增大 a2减小 p增大b v1 v2不变 a1 a2增大 p增大c v1 v2不变 a1 a2减小 p减小d v1不变 v2增大 a1减小 a2增大 p减小 答案 c 方法总结 应用各物理量间的制约关系对理想变压器电路进行动态分析 常见情况有两种 1 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 2 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 如图4 2 7所示 理想变压器原线圈i接到220v的交流电源上 副线圈 的匝数为30 与一标有 12v12w 的灯泡连接 灯泡正常发光 副线圈 的输出电压为110v 电流为0 4a 求 1 副线圈 的匝数 2 原线圈 的匝数以及通过原线圈的电流 图4 2 7 思路点拨 理想变压器原线圈两端电压跟每个副线圈两端电压之比都等于原 副线圈匝数之比 由于有两个副线圈 原 副线圈中的电流跟它们的匝数