高二物理（人教版）教学课件 选择性必修二 第三章 第3节　第1课时 变压器的工作原理及应用

变压器第3节课标要求学习目标通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。1.知道理想变压器的概念和规律。2.掌握变压器的动态变化问题的分析。3.通过实验探究总结电压与匝数的关系。变压器的工作原理及应用

(赋能课—精细培优科学思维)第1课时1课前预知教材/落实主干基础2课堂精析重难/深度发掘知能3课时跟踪检测CONTENTS目录课前预知教材/落实主干基础一、变压器的原理1.变压器的构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,一个线圈与交流电源连接,叫作_______,也叫_________;另一个线圈与负载连接,叫作________,也叫__________。原线圈初级线圈副线圈次级线圈2.变压器的原理:_____现象是变压器工作的基础,原线圈中的电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的_______也在不断变化,变化的磁场在副线圈中产生_____________,所以副线圈能够输出电流。(1)变压器应用了电磁感应互感原理。(2)变压器只适用于交变电流。互感磁场感应电动势二、电压与匝数的关系1.理想变压器(1)实际变压器的能量损耗:①变压器线圈通过电流时发热;②变压器铁芯在交变磁场作用下因涡流产生热量;③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内。(2)理想变压器:没有___________的变压器,是一种理想化模型。能量损耗

低高1.观察如图所示的可拆变压器,判断下列说法正误。微情境·大道理(1)变压器的原、副线圈没有导线连接,副线圈不能输出电流。

()(2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的,两个线圈间是绝缘的。

()(3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。

()×√√2.观察如图所示的两个变压器,哪一个是降压变压器?提示:题图乙表示的是降压变压器。3.利用控制变量法,在原线圈输入电压U1一定,原线圈匝数n1不变时,研究副线圈上的电压U2与对应匝数n2的关系;再研究在副线圈匝数n2不变时,副线圈上的电压U2与对应原线圈匝数n1的关系。判断下列说法正误:(1)U1、n1一定时,若n2增大,U2也一定增大。

()(2)U1、n2一定时,若n1增大,U2也一定增大。

()(3)n1、n2一定时,若U1增大,则U2一定减小。

()√××课堂精析重难/深度发掘知能如图所示,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)连接到小灯泡上。闭合开关,小灯泡能发光。强化点(一)理想变压器的基本原理任务驱动(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光?提示: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,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光。(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗?提示:不一定相等。(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上,小灯泡发光吗?提示:不发光。1.工作原理要点释解明

√

1.(多选)关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是

(

)A.原、副线圈缠绕在同一个闭合铁芯上,是为了减少磁场能的损失,有效地传送电能B.铁芯不用整块金属做成,是为了防止原、副线圈短路造成危险C.变压器既能改变交变电流的电压大小,也能改变交变电流的频率D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时,副线圈也有电压输出题点全练清√√解析:原、副线圈缠绕在同一个闭合铁芯上,可以减少漏磁,从而减少磁场能的损失,故A正确;铁芯不用整块金属做成,是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器,故B错误;变压器能改变交变电流的电压大小,但是不能改变交变电流的频率,故C错误;当变压器原线圈接入大小不断变化的直流电时,穿过原、副线圈的磁通量也会不断变化,故副线圈有电压输出,故D正确。2.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,两个标有“12V

6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时,原线圈电路中电压表和电流表(均可视为理想电表)的示数分别是

(

)A.120V,0.10A

B.240V,0.025AC.120V,0.05A

D.240V,0.05A√

√

1.自耦变压器图甲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。如果把整个线圈作为原线圈,副线圈只取线圈的一部分,就可以降低电压;如果把线圈的一部分作为原线圈,整个线圈作为副线圈,就可以升高电压。要点释解明强化点(二)几种常见的变压器调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,A、B之间加上输入电压U1,移动滑动触头P的位置就可以连续或较大范围内调节输出电压U2。2.互感器分类电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中,接在火线和零线间串联在待测电路中,接在火线上副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用测高电压,将高电压变为低电压(降压变压器)测大电流,将大电流变成小电流(升压变压器)利用的关系式I1n1=I2n2(n1<n2)续表3.有多个副线圈的变压器当有多个副线圈时,电压比等于匝数比仍然成立,但电流不再与匝数成反比,而要根据原、副线圈功率相等去推导;若原线圈中有用电器时,不要把电源电压与原线圈两端电压搞混,而要把原线圈所在电路看成一回路处理,原线圈相当于一非纯电阻用电器,其两端电压与副线圈两端电压的比值等于匝数比。1.一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2,在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中

(

)A.U2>U1,U2降低

B.U2>U1,U2升高C.U2<U1,U2降低

D.U2<U1,U2升高题点全练清√

2.电压互感器能将高电压变成低电压,电流互感器能将大电流变成小电流,用于测量或保护系统。如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间电压为220kV,T1的原、副线圈匝数比为1∶100,交流电压表的示数为200V,交流电流表的示数为2A,则

(

)A.a是交流电压表,b是交流电流表B.T2的原、副线圈匝数比为1000∶1C.高压线路输送的电流为200AD.高压线路输送的电功率为2.2×104kW√解析:T1的原线圈串联在电路中,因此a是交流电流表,T2的原线圈并联在电路中,因此b是交流电压表,故A错误;变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比,所以T2的原、副线圈匝数之比为220

000∶200=1

100∶1,故B错误;变压器原、副线圈电流与匝数成反比,则高压线路输送的电流为200

A,故C正确;由上述可知高压线路输送的电功率为P=UI=220

kV×200

A=4.4×104

kW,故D错误。3.(多选)如图,发电机的矩形线圈长为2L、宽为L、匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2,两个副线圈分别接有电阻R1和R2。当发电机线圈以角速度ω匀速转动时,理想电流表读数为I。不计线圈电阻,下列说法正确的是

(

)

√√

课时跟踪检测12345678910111213A级——基础达标1.(多选)理想变压器正常工作时,原、副线圈中一定相等的物理量是(

)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√√√678910111213解析:理想变压器的原线圈中磁通量的变化率与副线圈中磁通量变化率相同；变压器不改变交流电的频率；理想变压器是理想化模型,一是不计线圈内阻,二是没有出现漏磁,所以原、副线圈的功率相等；原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势由输入电压和匝数比决定,当原、副线圈匝数不同时,电动势不同。故选A、B、C。12345156789101112132.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是

(

)A.通有正弦式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.穿过副线圈的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234√15678910111213解析:通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量是变化的,A错误;因理想变压器无漏磁,穿过原、副线圈的磁通量相等,故B错误;由楞次定律知,穿过副线圈的磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势,C正确;原线圈中的电能转化为磁场能,磁场能又转化为副线圈中的电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,电流不通过铁芯,故D错误。234156789101112133.(2024·陕西西安期末)某兴趣小组利用如图所示的装置给小灯泡供电。矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,不计线框电阻。线框绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动,并通过变压器给小灯泡供电。下列说法正确的是

(

)23415678910111213A.图示位置穿过线框的磁通量为零B.图示位置线框产生的感应电动势为最大C.使用变压器的目的是提高输出功率D.若灯泡变暗,可通过稍微减小原线圈匝数来提高灯泡亮度234√15678910111213

234156789101112134.(2024·浙江宁波期中)电位器是一种常见的电子元件,它通常由电阻体和可转动的电刷组成,如图所示。可以改变电位器上的连接点位置,从而改变电路中的电位差或电阻值。则当电位器的

(

)A.1、2连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻减小B.1、3连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电阻减小C.1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端,顺时针转动电刷,输出电压增大D.1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端,顺时针转动电刷,输出电压减小234√15678910111213解析:1、2连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电位器连入电路中的电阻体的长度变长,电阻增大;1、3连接点接入电路时,顺时针转动电刷,电位器连入电路中的电阻体的长度不变,电阻不变,故A、B错误;1、3连接点作为输入端,1、2连接点作为输出端时,电位器相当于自耦变压器,故顺时针转动电刷时,相当于输入端线圈匝数不变,输出端线圈匝数变大,由电压与匝数成正比可知,输出电压增大,故C正确,D错误。23415678910111213

234√15678910111213

234156789101112136.(2023·北京高考)自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器,原线圈接12V的正弦交流电源,副线圈接额定电压为3.8V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是

(

)A.仅增加原线圈匝数B.仅增加副线圈匝数C.将原、副线圈匝数都增为原来的两倍D.将两个3.8V小灯泡并联起来接入副线圈234√15678910111213

23415678910111213

23415678910111213

234√15678910111213

234156789101112138.(2024·北京高考)如图甲所示,理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上,输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示,副线圈接规格为“6V

3W”的灯泡。若灯泡正常发光,下列说法正确的是

(

)23415678910111213

234√15678910111213

234156789101112139.如图甲、乙所示电路中,当A、B间接10V交流电压时,C、D间电压为4V;M、N间接10V直流电压时,P、Q间电压也为4V。现在C、D间接4V交流电压,P、Q间接4V直流电压,下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压

(

)A.10V

10V

B.10V

4VC.4V

10V

D.10V

0234√15678910111213解析:对于题图甲,当A、B作为输入端,C、D作为输出端时,相当于一个降压变压器,两边电压之比等于两边线圈的匝数之比;当C、D作为输入端,A、B作为输出端时,相当于一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所以C、D间接4

V交流电压时,A、B间将得到10

V交流电压。题图乙是一个分压电路,当M、N作为输入端时,上、下两个电阻两端的电压跟它们的电阻的大小成正比,但是当把电压加在P、Q两端时,电流只经过下面的电阻,上面的电阻中没有电流,两端也就没有电势差,即M、P两点的电势相等,所以当P、Q间接4

V直流电压时,M、N两端的电压也是4

V。故B正确。