高中物理《变压器》教案2 新人教版必修1

变压器变压器 教学目标 教学目标 知识与技能 知识与技能 1 知道变压器的构造 2 理解互感现象 理解变压器的工作原理 3 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 4 理解理想变压器原 副线圈中电流与匝数的关系 能应用它分析解决有关问题 5 知道课本中介绍的几种常见的变压器 过程与方法 过程与方法 1 用电磁感应去理解变压的工作原理 培养学生综合应用所学知识的能力 2 讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义 抓主要因素 忽略次要因素 排 除无关因素 情感 态度与价值观 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 教学重点 变压器工作原理 教学难点 教学难点 变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的 教学过程 教学过程 新课导入 新课导入 在实际应用中 常常需要改变交流的电压 大型发电机发出的交流 电压有几万伏 而远距离输电却需要高达几十万伏的电压 各种用电设备所需的电压也各不相同 一般的 家用电器需要 220 V 的电压 动力用电需 380 V 电压 机床上的照明灯需要 36 V 的安全电 压 而电视机显像管却需要 10000 V 以上的高电压 交流便于改变电压 以适应各种不同 需要 变压器就是改变交流电压的设备 这节课我们学习变压器的有关知识 新课教学 新课教学 一 一 变压器的原理 变压器的原理 1 构造 构造 出示可拆变压器 引导学生观察 变压器主要由哪几部分构成 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成 一个线圈跟电源连接 叫原线圈 初 级线圈 另一个线圈跟负载连接 叫副线圈 次级线圈 两个线圈都是绝缘导线绕制成 的 铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成 2 工作原理 工作原理 演示实验 演示实验 原线圈接交流电源 副线圈接小灯泡 小灯泡发光 在原线圈上加交变电压 U1 原线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生交变的磁通量 这个 交变的磁通量既穿过原线圈 也穿过副线圈 在原 副线圈中都要产生感应电动势 当副 线圈接负载时 副线圈相当于交流电源向负载供电 在副线圈中产生交变电流 它也在铁 芯中产生交变磁通量 这个交变磁通量既穿过副线圈 也穿过原线圈 在原 副线圈中同 样要引起感应电动势 在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象 叫做互感现象互感现象 互感现象是变压器工作的基础 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 由于互感现象 尽管两个线圈之间没有导线相连 电能却可以通过磁场从原线圈到达副线 圈 问 变压器的铁芯起什么作用 如果无铁芯 并排放置的原副线圈也发生互感现象 但原副线圈所激发的交变磁场的磁感 线只有一小部分穿过对方 漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能 如有铁芯 由于磁 化 绝大部分磁感线集中在铁芯内部 大大提高了变压器的效率 变压器对恒定电流不能变压 因为变压器接入恒定电流 在铁芯中不会产生交变的磁通量 没有互感现象出现 二 理想变压器 二 理想变压器 没有漏磁及发热损失的变压器 即没有能量损失的变压器叫理想变压器 1 实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 1 保持原线圈匝数不变 改变副线圈的匝数 研究其对副线圈电压的影响 2 保持副线圈匝数不变 改变原线圈的匝数 研究其对副线圈电压的影响 2 推导理想变压器的变压比公式 推导理想变压器的变压比公式 设原线圈的匝数为 N1 副线圈的匝数为 N2 在不考虑铁芯漏磁的情况下 穿过原 副线圈 的磁通量变化率相同 在原副线圈中产生的感应电动势分别为 t 11 nE t 12 nE 2 1 2 1 n n E E 对于理想变压器 不考虑原 副线圈的电阻 则 11 EU 22 EU 2 1 2 1 n n U U 时 变压器使电压升高 这种变压器叫做升压变压器 12 nn 12 UU 时 变压器使电压降低 这种变压器叫做降压变压器 12 nn 12 UU 当有几组副线圈时 有 3 3 2 2 1 1 n U n U n U 3 功率关系 功率关系 对于理想变压器 不考虑能量损失 有 出入 PP 4 电流关系 电流关系 当只有一个副线圈时 1 2 1 2 2 1 2211 n n U U I I UIUI 当有多个副线圈时 332211332211 nInInIUIUIUI 问 绕制原副线圈的导线粗细一样吗 粗细不一样 高压线圈匝数多而通过的电流小 用较细的导线 低压线圈匝数少而通过的 电流大 用较粗的导线 需注意的几个问题 需注意的几个问题 1 变压器输出电压与输入电压的频率相等 2 当理想变压器原 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 量时 依据以下原则 输入电压决定输出电压 当不变时 不论负载电阻是否变化 1 U 2 U 1 1 2 2 U n n U 1 U 都不会改变 2 U 输出电流决定输入电流 在输入电压一定的情况下 输出电压也被确定 2 I 1 I 1 U 2 U 当负载电阻 R 减小时 增大 则相应增大 当负载电阻 R 增大时 减小 则 2 I 1 I 2 I 1 I 相应减小 输出功率决定输入功率 理想变压器的输入功率与输出功率相等 在输入电压 2 P 1 P 1 U 一定的情况下 输出电压也被确定 当负载电阻 R 增大时 减小 减小 2 U 2 I 222 UIP 输入功率也相应的减小 当负载电阻 R 减小时 增大 增大 输入功率 1 P 2 I 222 UIP 也相应的增大 1 P 三 几种常见的变压器 三 几种常见的变压器 1 自耦变压器 自耦变压器 如图所示是自耦变压器的示意图 这种变压器的特点是 铁芯上只绕有一个线圈 如果把整个线圈作原线圈 副线圈只取线圈的一部分 将可以降低电压 如果把线圈的一部分作原线圈 这个线圈作副线圈 就可以升高电压 2 调压变压器 调压变压器 属于自耦变压器 构造如图所示 线圈 AB 绕在一个 圆环形的铁芯上 AB 之间加上输入电压 移动滑动 1 U 触头 P 的位置就可以调节输出电压 2 U 3 互感器 互感器 交流电压表和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 可以用变压器 把高电压变成低电压 或者把大电流变成小电流 互感器分为电压互感器和电流互感器两 种 用来把高电压变成低电压 原线圈并联在高压电路中 副线圈上接上交流电压表 根据电压表测得的电压 2 U 和铭牌上标明的变压比 就可以算出高压电路中的电压 21 U U 为了工作安全 电压互感器的铁壳和副线圈应该接地 用来把大电流变成小电流 它的原线圈串联在被测电路中 副线圈上接入交流电流表 根据电流表测得的电流和铭牌上 2 I 标明的变流比 可以算出被测电路中的电流 21 I I 如果被测电路是高压电路 为了工作安全 同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地 例 1 如图所示 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 电流表 A1的示数是 12mA 则电流表 A2的示数为 B A 2mA B 0mA C 48mA D 与负载 R 的值有关 解析 解析 变压器不能工作在恒定电压和恒定电流的电路 导体棒向左匀速切割磁感线时 在 原线圈中通过的是恒定电流 不能引起副线圈磁通量的变化 在副线圈中无感应电动势产 生 所以 A2中无电流通过 例 2 如图所示 理想变压器的原 副线圈匝数之比为 n1 n2 4 1 原线圈回路中的电阻 A 与 副线圈回路中的负载电阻 B 的阻值相等 a b 端加一交流电压后 两电阻消耗的电功率之 比 PA PB 两电阻两端的电压之比 UA UB 解析 解析 原 副线圈中的电流之比 4 1 1 2 n n I I B A 16 1 BA PP4 1 BA UU 例 3 如图所示 a 是一理想变压器的电路连接 b 是在原线圈两端所加的电压随时间变化 的关系图象 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 1 变压器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 解析 解析 1 由图 b 可知电压的有效值 U1 200V 由得副线圈电压 2 1 2 1 n n U U 20V 变压器的输入功率 P1等于 P2 P1 P2 U2I2 20 2 40W 1 1 2 2 U n n U 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 例 4 如图所示 理想变压器有两个副线圈 原线圈 1 接 220V 的交流电源 副线圈 2 的匝数为 30 匝 两端并有 12V 12W 的灯泡 L 正常发光 副线圈 3 的输出电压为 110V 接有电 阻 R 通过 R 的电流为 0 4A 求 1 副线圈 3 的匝数 n3 2 原线圈 1 的匝数 n1和通过它的电流 I1 解析 解析 理想变压器线圈两端的电压与匝数成正比 输入功率等于输出的总功率 对于有几 个副线圈的情况也成立 但存在多个副线圈时电流关系要从功率关系来确定 1 由得 275 匝 3 2 3 2 n n U U 30 12 110 2 2 3 3 n U U n 2 由得 550 匝 2 1 2 1 n n U U 30 12 220 2 2 1 1 n U U n 由 P1 P2 P3 12 110 0 4 W 56W 得原线圈中的电流 0 255A 220 56 1 1 1 U P I 例 5 在绕制变压器时 某人将两个线圈在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上 当通以交流电 时 每个线圈产生的磁通量都一半通过另一个线圈 另一半通过中间的臂 已知线圈 1 2 的 匝数之比为 在不接负载的情况下 BD 1 2 21 nn A 当线圈 1 输入电压为 220V 时 线圈 2 输出电压为 110V B 当线圈 1 输入电压为 220V 时 线圈 2 输出电压为 55V C 当线圈 2 输入电压为 110V 时 线圈 1 输出电压为 220V D 当线圈 2 输入电压为 110V 时 线圈 1 输出电压 110V 解析 解析 1 4 1 2 1 2 22 11 2 2 1 1 2 1 2 1 n n t n