教科版选修32 2.6 变压器 课件（42张）.pptx

6变压器 第二章交变电流 学习目标 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 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 变压器的结构与原理1 变压器的结构 变压器包括三个基本组成部分 一个及两组 两组线圈中的一组与电源相连 称为 也叫 另一组接负载 称为 也叫 2 变压器工作原理 当变压器的原线圈加上交变电压时 原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的 交变的穿过原线圈也穿过 在原 副线圈中都产生感应电动势 铁芯 线圈 原线圈 初级线圈 副线圈 次级线圈 磁通量 磁通量 副线圈 二 理想变压器的电压与匝数的关系1 理想变压器 理想变压器中 原 副线圈电流产生磁场的磁感线都集中在内 且没有 2 理想变压器原 副线圈两端的电压跟它们的匝数成 即 三 理想变压器的电流与匝数的关系1 理想变压器的输入功率 选填 或 输出功率 即u1i1 2 理想变压器的电流与匝数关系 只有一个副线圈时 铁芯 能量损耗 正比 u2i2 四 电压互感器和电流互感器1 电压互感器是一种变压器 它的初级在高压交流线路上 次级与交流相连 2 电流互感器是一种变压器 它的原线圈在被测交流电路中 副线圈与交流相连 降压 并联 电压表 升压 串联 电流表 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 理想变压器原 副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比 2 输入交变电流的频率越高 输出交变电流的电压就越高 3 我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失 4 理想变压器不能改变交变电流的频率 答案 2 一台理想降压变压器从10kv的线路中降压并提供200a的负载电流 已知两个线圈的匝数比为40 1 则副线圈中的输出电压为 输出功率为 变压器原线圈中的电流为 答案 250v 50kw 5a 解析 重点探究 答案当左边线圈加上交流电压时 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 在右线圈中会产生感应电动势 右线圈作为电源给小灯泡供电 小灯泡就会发光 导学探究 如图1所示 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 原线圈 通过开关可以连接到交流电源的两端 另一个线圈 副线圈 连到小灯泡上 连接电路 接通电源 小灯泡能发光 1 两个线圈并没有连接 小灯泡为什么会发光 一 变压器的原理及电压与匝数的关系 图1 答案 2 小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗 如果不相等 与什么因素有关 答案 若忽略左边线圈的电阻则有u1 u电源 这样看来只要n1 n2 小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等 小灯泡两端的电压 即副线圈两端的电压与原 副线圈匝数比有关 3 若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗 为什么 答案 答案不发光 因为无法在副线圈中产生感应电动势 知识深化 1 变压器能改变交变电压 交变电流 但不能改变恒定电压 恒定电流 2 变压器不能改变交流电的频率与功率 3 变压器原 副线圈中电压关系 例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 答案 解析通有正弦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 a错误 因理想变压器无漏磁 故b错误 由互感现象知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d错误 解析 导学探究 阅读教材回答下列三个问题 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 二 理想变压器原 副线圈的功率关系和电流关系 答案 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 根据能量守恒推导只有一个副线圈时原 副线圈中的电流与匝数的关系 答案 答案由能量守恒有p入 p出 即u1i1 u2i2 3 根据能量守恒推导有多个副线圈时原 副线圈中的电流与匝数的关系 答案 答案若有多个副线圈 则p1 p2 p3 即u1i1 u2i2 u3i3 将u1 u2 u3 n1 n2 n3 代入得n1i1 n2i2 n3i3 知识深化 1 电流关系 1 只有一个副线圈时 有u1i1 u2i2 得 n1i1 n2i2 即 2 当有多个副线圈时 由i1u1 i2u2 i3u3 得 n1i1 n2i2 n3i3 2 功率关系从能量守恒看 理想变压器的输入功率等于输出功率p入 p出 例2如图2所示 理想变压器原 副线圈匝数比n1 n2 2 1 和均为理想电表 灯泡电阻rl 6 ab两端电压u1 12sin100 t v 下列说法正确的是a 电流频率为100hzb 的读数为24vc 的读数为0 5ad 变压器输入功率为6w 答案 解析 图2 1 电压表 电流表示数均为有效值 2 理想变压器p入 p出 3 变压器不改变频率 即原 副线圈交变电流频率相等 1 电压 电流 功率的制约关系 1 电压制约 输入电压u1决定输出电压u2 当变压器原 副线圈的匝数比一定时 有u2 2 功率制约 p出决定p入 p出增大 p入增大 p出减小 p入减小 p出为0 p入为0 3 电流制约 副线圈中的输出电流i2决定原线圈中的电流i1 当变压器原 副线圈的匝数比一定 且输入电压u1确定时 有i1 三 理想变压器的动态分析 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 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 p出 p入 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 p出 p入 i1 例3 多选 如图3所示 t为理想变压器 电流表 电压表均为理想交流电表 r1 r2为定值电阻 r3为滑动变阻器 l为电感线圈 a b两点间接正弦交流电 则a 只将滑片p1下移时 电流表示数变小b 只将滑片p2下移时 电压表示数变大c 只增大交流电的电压时 电流表示数变大d 只增大交流电的频率时 电压表示数不变 图3 答案 解析 解析只将滑片p1下移时 变压器副线圈输出电压u2减小 由u1i1 可知 u1 r不变 i1减小 a正确 只将滑片p2下移时 副线圈电路中的总电阻减小 u2不变 因此副线圈电路中的电流增大 r1两端的电压增大 r3两端的电压减小 电压表的示数减小 b错误 只增大交流电的电压时 根据变压器的变压比公式可知 副线圈两端的电压增大 因此副线圈的电流增大 根据变流比公式可知 原线圈的电流增大 故电流表示数增大 c正确 只增大交流电的频率时 电感线圈的感抗增大 副线圈电路中的总电阻增大 总电流减小 r1两端的电压减小 r3两端的电压增大 电压表示数增大 d错误 针对训练如图4所示 理想变压器原 副线圈回路中的输电线的电阻忽略不计 当s闭合时a 电流表a1的读数变大 电流表a2的读数变小b 电流表a1的读数变大 电流表a2的读数变大c 电流表a1的读数变小 电流表a2的读数变小d 电流表a1的读数变小 电流表a2的读数变大 图4 答案 解析 解析当s闭合后 变压器副线圈电路中的总电阻r减小 而输出电压不变 由i2 得i2增大 即电流表a2的读数变大 变压器的输出功率变大 由u1i1 u2i2可知 i1变大 即电流表a1的读数也变大 选项b正确 1 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈 如果把整个线圈作为原线圈 副线圈只取线圈的一部分 就可以降低电压 反之则可以升高电压 如图5所示 四 自耦变压器和互感器 图5 2 互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围 不能直接测量高电压和大电流 互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器 电压互感器 实质是降压变压器 可以把高电压变成低电压 如图6所示 图6 电流互感器 实质是升压变压器 可以把大电流变成小电流 如图7所示 图7 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 其中的电表为电压表 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 其中的电表为电流表 故选项c d正确 例4 多选 如图8甲 乙所示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 图8 答案 解析 1 电压互感器应并联接入电路 电流互感器应串联接入电路 2 电压互感器是把高电压变成低电压 故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2 3 电流互感器是把大电流变成小电流 故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2 例5如图9所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图 它是一个可调压的理想变压器 其中接入交流电的电压有效值u0 220v n0 2200匝 挡位1 2 3 4对应的线圈匝数分别为220匝 500匝 1100匝 2200匝 电动机m的内阻r 4 额定电压为u 220v 额定功率p 110w 下列判断正确的是a 当选择挡位3时 电动机两端电压为110vb 当挡位由3变换到2时 电动机的功率增大c 当选择挡位2时 电动机的热功率为1wd 当选择挡位4时 电动机的输出功率为110w 图9 答案 解析 解析由电压与匝数的关系u0 u3 n0 n3 解得u3 110v a正确 当挡位由3变换到2时 输出电压减小 电动机的功率减小 b错误 在额定功率的情况下 电动机的额定电流为i 0 5a 热功率pr i2r 1w 输出功率为p pr 110 1 w 109w d错误 当没有达到额定功率时 热功率小于1w c错误 达标检测 1 变压器的工作原理 多选 理想变压器正常工作时 原 副线圈中一定相同的物理量是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 原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势 答案 1 2 3 4 2 理想变压器基本关系的应用 多选 如图10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 答案 解析 1 2 3 4 图10 解析变压器的输入功率等于输出功率p1 p2 i2u2 2 2 60w 132w 选项a错误 1 2 3 4 3 理想变压器的动态分析 如图11所示 理想变压器原线圈输入电压u umsin t 副线圈电路中r0为定值电阻 r是滑动变阻器 和是理想交流电压表 示数分别用u1和u2表示 和是理想交流电流表 示数分别用i1和i2表示 下列说法正确的是a i1和i2表示电流的平均值b u1和u2表示电压的最大值c 滑片p向下滑动过程中 u2不变 i1变大d 滑片p向下滑动过程中 u2变小 i2变大 答案 解析 1 2 3 4 图11 解析电路中的电压表和电流表表示的都是有效值 选项