2019版物理人教版选修3-2课件：第五章　4　变压器

1、-1- 4 4变压器 -2- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 1.变压器 知道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, 了解变压器在生活中的应用。 2.理想变压器的基本规律 通过实验,探究理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系,电 流与匝数的关系。了解理想化模型在物理学研究中的重要性。能 够运用理想变压器的基本规律分析、解决相关问题。 -3- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 1.变

2、压器的原理 (1)变压器的构造 -4- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 (2)变压器的示意图及符号 -5- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 (3)变压器的工作原理 互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不 断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中 产生感应电动势。 (4)变压器的作用 能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的周期和频率。(均 选填“能”或“不

3、能”) 如果变压器的原线圈接入恒定电流,变压器能起到变压作用吗? 接入大小变化的直流电流呢? 提示:不能能 -6- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 2.理想变压器的概念与规律 (1)概念:没有能量损失的变压器叫理想变压器,它也是一种理想 化的模型。 (2)基本关系(只有一个副线圈时) -7- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 如果我们想绕制一个升压变压器,应该怎么做呢?这种情况下,哪 一个线

4、圈应该用粗一点的导线绕制呢? 提示:根据理想变压器的电压关系,只需要副线圈的匝数比原线 圈的匝数多即可。由于匝数少的线圈通过的电流大,所以原线圈应 该用较粗的导线绕制。 -8- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 1.理想变压器的基本关系推导 (1)功率关系 理想变压器为一理想化的模型,其特点是 不计铜损,即变压器的原、副线圈的内阻很小,可以忽略,在有 电流通过时认为不产生焦耳热; 不计铁损,即变压器铁芯内不产生涡流,无热损耗; 不计漏磁,即原、副线圈的磁通量总保持相同。 可见理想变压器不计一

5、切电磁能量损失,所以理想变压器的输入 功率等于输出功率,即P入=P出。 -9- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 (2)电动势关系 -10- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 (3)电压关系 由于不计原、副线圈的电阻,因此原线圈两端的电压U1=E1,副线 圈两端的电压U2=E2,所以 。 -11- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGN

6、ANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 -12- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 -13- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 2.理想变压器几个物理量的决定关系 理想变压器的结构(原、副线圈匝数和铁芯等)确定时,输入功率 与输出功率、输入电压与输出电压、输入电流与输出电流、输入 电流的频率与输出电流的频率,这些量之间有什么关系? (1)输出功率决定输入功率。 理想变压器本身无电能损

7、失,所以有P入=P出。但应注意的是,输 入功率由输出功率决定,即输出功率增大,输入功率也随之增大;输 出功率减小,输入功率也随之减小。通俗地说,就是用多少给多少, 而不是给多少用多少。 -14- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 (2)输入电压决定输出电压。 设理想变压器的原线圈匝数为n1,副线圈匝数为n2,输入电压为U1, 输出电压为U2,则有 由于理想变压器的结构确定时,n1、n2均为定值,所以输出电压U2 由输入电压U1决定,与负载电阻的大小无关。U1增大,U2也增大;U1 减小,U2

8、也减小。 -15- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 (3)输出电流决定输入电流。 如果理想变压器只有一个副线圈有输出,并设原线圈的匝数为n1, 输入电压为U1,输入电流为I1;副线圈的匝数为n2,输出电压为U2,输 出电流为I2。 -16- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 例如:在如图所示的电路中,用一变压器给负载供电,变压器输入 端的电压不变,开始时开关S是断开的,现将开关S闭合,则

9、图中所有 交流电表的示数如何变化? -17- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 -18- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 (4)输入电流的频率决定输出电流的频率。 理想变压器工作时,穿过原、副线圈的磁通量的变化频率(周期) 相同,等于原线圈中所加交变电流的频率(周期)。因而在副线圈中 感应出的交流电动势、电压和电流的频率(周期)也都等于原线圈 输入的交变电流的频率(周期),即输入交变电流

10、的频率(周期)决定 输出交变电流的频率(周期)。 -19- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 123 3.电压互感器与电流互感器 (1)原副线圈匝数、“粗细”特点:电压互感器把高电压变成低电压, 所以副线圈比原线圈匝数少,导线粗。电流互感器把强电流变成弱 电流,所以副线圈比原线圈匝数多,导线细。 (2)接入特点:电压互感器并联在高压电路中,低压一侧安装保险 丝,以防短路,因短路时副线圈阻抗大大减小,会出现很大的短路电 流,使副线圈严重发热而烧毁。电流互感器串联在电路中,副线圈 端不允许安装保险丝,这

11、是因为若副线圈断开,铁芯中磁通量会急 剧增加(因原线圈中电流很大,正常时I1产生的磁通量大部分被I2的 磁通量抵消), 这将在副线圈一端感应出高压,给人和仪表带来危险, 所以电流互感器副线圈端不允许断路,当然不允许安装保险丝。 -20- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 类型一 对理想变压器基本关系的考查 【例题1】 如图所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为 n1n2=21,A、B为完全相同的灯泡,电源电压为U,不考虑灯泡电 阻随外界因素的变化,则B灯两端电压为() -21-

12、4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 答案:D 题后反思本题容易犯的错误是把电源电压U当成了原线圈两端 电压,实际上电源电压U是A灯两端电压与原线圈两端电压之和。 -22- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 触类旁通若将例题1中的A灯去掉,其他条件不变,这种情况下B灯 两端的电压又为多少? -23- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI

13、典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 类型二 理想变压器的动态分析问题 【例题2】 (多选)如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线 接有两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R。开始时,开关 S断开。当S闭合时,以下说法正确的是() A.副线圈两端M、N的输出电压减小 B.副线圈输电线等效电阻R上的电压增大 C.通过灯泡L1的电流减小 D.原线圈中的电流增大 -24- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 答案:BCD 题后反思明确理想变压器原、副线圈的电压、电流、功率的决 定关系是解决这类问题的关键。 -25- 4 4变压器ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 类型三 对两类互感