遼寧省大連市高中物理 第5章 交變電流 5.4 變壓器課件 新人教版選修3-2.ppt

同學(xué)們知道平時我們使用的市電的電壓是多少嗎？而我們的隨身聽，手機(jī)充電器的額定工作電壓又是多少呢？,讓我們看看下面的這張表吧。,在實(shí)際使用中，我們常常需要不同電壓的交流電。如表所示：,可平常市電的電壓是220伏，而平常使用的電壓高低不一，那該怎么辦呢？,我們需要變壓器,這節(jié)課就讓我們來學(xué)習(xí)變壓器的相關(guān)知識吧！,第四節(jié)變壓器,（1）知識與技能了解變壓器的構(gòu)造，理解變壓器的工作原理。掌握變壓器的變流比和變壓比。了解幾種常見的變壓器。,（2）過程與方法理解理想變壓器的原、副線圈中電壓與匝數(shù)關(guān)系，電流與匝數(shù)關(guān)系。通過體驗(yàn)使學(xué)生們了解變壓器在生活中的應(yīng)用。,（3）情感態(tài)度與價值觀進(jìn)行科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法的教育，了解理想化模型在物理學(xué)研究中的重要性。激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣和熱情。在自主實(shí)驗(yàn)和逐步探究的學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)細(xì)心觀察、勤于思考和相互交流的學(xué)習(xí)習(xí)慣和合作精神。,教學(xué)重、難點(diǎn),教學(xué)重點(diǎn)通過實(shí)驗(yàn)探究得到變壓器原副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)理想變壓器電壓與匝數(shù)關(guān)系的分析推導(dǎo)。,本節(jié)導(dǎo)航,1.變壓器的原理2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系,1.變壓器的原理,結(jié)構(gòu),(1)鐵心鐵心由心柱和鐵軛兩部分組成。心柱用來套裝繞組，鐵軛將心柱連接起來，使之形成閉合磁路。為減少鐵心損耗，鐵心用厚0.30-0.35mm的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。按照鐵心的結(jié)構(gòu)，變壓器可分為心式和殼式兩種。,心式變壓器,殼式變壓器,（2）繞組定義：變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線（銅或鋁）繞成。一次繞組:輸入電能的繞組。二次繞組:輸出電能的繞組。高壓繞組的匝數(shù)多,導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組的匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。從高,低壓繞組的相對位置來看,變壓器的繞組可分為同心式和交迭式。,同心式,結(jié)構(gòu)：同心式繞組的高、低壓繞組同心地套裝在心柱上。特點(diǎn)：同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，國產(chǎn)電力變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)。,交迭式,結(jié)構(gòu)：交迭式繞組的高、低壓繞組沿心柱高度方向互相交迭地放置。特點(diǎn)：交迭式繞組用于特種變壓器中。,（3）絕緣套管將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。（4）油箱油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。,其他部件,器身變壓器油散熱器分接開關(guān)繼電保護(hù)裝置等部件,典型的油浸電力變壓器,原理,原線圈：變壓器是由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成的。變壓器的一個線圈跟前一級電路連接，叫做原線圈，也叫初級線圈。副線圈：另一個線圈跟下一級電路連接，叫做副線圈，也叫次級線圈。閉合鐵芯:是由涂有絕緣漆的硅鋼薄片疊合而成。防止渦流造成能量損失。,組成圖,電路圖中變壓器符號,問題（1）:如果在原線圈上接上恒定電壓,副線圈有無電流。為什么?接交變電壓呢?問題（2）：原、副線圈并沒有直接連接，為什么副線圈兩端的電壓表會有讀數(shù)？問題（3）：根據(jù)分析，原、副線圈即使不套在閉合鐵芯上，它們之間仍然存在電磁感應(yīng)關(guān)系，那么為什么說鐵芯是變壓器的必要組成部分？,解析（1）：無電流，因?yàn)楹愣妷寒a(chǎn)生的磁場不發(fā)生變化。當(dāng)接交變電壓時能夠產(chǎn)生。解析（2）：因?yàn)殡娏魍ㄟ^原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以盡管兩個線圈之間沒有導(dǎo)線連接，副線圈也能夠輸出電流。,解析（3）：沒有鐵芯但靠得很近的原、副線圈的確存在互感關(guān)系，但它傳輸電能的效率太差，因?yàn)榇蟛糠执鸥芯€都流失在線圈外，漏失的磁感線不會在原、副線圈之間起傳輸電能作用。而鐵芯由于被磁化，絕大部分磁感線集中在鐵芯上，大大增強(qiáng)了變壓器傳輸電能的效率。,原、副線圈有共同的鐵芯，穿過它們的磁通量和磁通量的變化時刻都相同，由于原、副線圈中有交變電流而發(fā)生了互感現(xiàn)象，使電能可以通過交變磁場從原線圈到達(dá)副線圈。,歸納,變壓器電路,2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系,閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能-磁場能-電能的轉(zhuǎn)換，由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種理想化模型-理想變壓器。,探究電壓器兩個線圈上的電壓關(guān)系,下面我們通過使用多用電表測量交流電壓來定量分析理想變壓器的變壓規(guī)律。,理想變壓器特點(diǎn)：（1）變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁。（2）原、副線圈不計內(nèi)阻。理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比：,當(dāng)n2n1時，U2U1,當(dāng)n2<n1時，U2<U1,當(dāng)n2=n1時，U2=U1,升壓變壓器,等壓變壓器,降壓變壓器,結(jié)論：理想變壓器（這種忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器稱為理想變壓器）的原副、線圈的兩端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)比。從能量角度看，變壓器不能產(chǎn)生電能，它只是通過交變磁場傳輸電能。,變壓器內(nèi)部,電源用變壓器,電源隔離變壓器,自耦調(diào)壓器,單相變壓器,全密封配電變壓器（10kV）,S9型配電變壓器（10kV）,樹脂澆注干式變壓器,大型電力油浸變壓器,課堂小結(jié),（1）鐵心由心柱和鐵軛兩部分組成。（2）理想變壓器特點(diǎn)：變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁。原、副線圈不計內(nèi)阻。（3）變壓器原、副線圈兩端電壓之比等這兩個線圈的匝數(shù)比。,高考鏈接,1.（08海南卷7題）如圖，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為41原線圈接入一電壓為uU0sint的交流電源，副線圈接一個R27.5的負(fù)載電阻若U0220V，100Hz，則下述結(jié)論正確的是（）A.副線圈中電壓表的讀數(shù)為55VB.副線圈中輸出交流電的周期為110WC.原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5AD.原線圈中的輸入功率為1/100s,2.(07海南卷12題)某發(fā)電廠用2.2KV的電壓將電能輸出到遠(yuǎn)處的用戶，后改為用22KV的電壓，在既有輸電線路上輸送同樣的電功率。前后兩種輸電方式消耗在輸電線上的電功率之比為_。要將2.2KV的電壓升高到22KV，若變壓器原線圈的匝數(shù)為180匝，則副線圈的匝數(shù)應(yīng)該是_匝。,100,1800,3.(07廣東卷第7題)如圖所示是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器，已知變壓器原線圈與副線圈匝數(shù)比n1/n2=1/20,加在原線圈的電壓為u1=311sin100t（V），霓虹燈正常工作的電阻R=440k，I1、I2表示原、副線圈中的電流，下列判斷正確的是（）,A.副線圈兩端電壓6220V，副線圈中的電流14.1mA。B.副線圈兩端電壓4400V，副線圈中的電流10.0mA。C.I1I2,課堂練習(xí),1.在某交流電路中,有一正在工作的變壓器,原副線圈匝數(shù)分別為n1=600,n2=120,電源電壓U1=220V，原線圈中串聯(lián)一個0.2A的保險絲,為了保證保險絲不被燒壞,則()A.負(fù)載功率不超過44wB.副線圈電流最大值不能超過1AC.副線圈電流有效值不能超過1AD.副線圈電流有效值不能超過0.2A,AC,2.如圖所示，在圖甲中是兩根不平行的導(dǎo)軌，圖乙中是兩根平行的導(dǎo)軌，其它物理條件都相同，當(dāng)金屬棒MN在導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動時，在棒的運(yùn)動過程中，將觀察到：（）A.兩個小電珠都發(fā)光，只是亮度不同B.兩個小電珠都不發(fā)光C.L2發(fā)光，L1不發(fā)光D.L1發(fā)光，L2不發(fā)光,D,3.如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為31，4個相同的好燈泡如圖接入電路，已知副線圈一側(cè)的3個燈泡均正常發(fā)光，則原線圈電路中串聯(lián)的燈泡L的情況是（）A.L將要燒毀B.L比另外3個燈要暗些C.L正常發(fā)光D.不知輸入電壓，無法判斷,C,教材習(xí)題答案,1.解答：恒定電流的電壓加在變壓器的原線圈上時，通過原線圈的電流是恒定電流，即電流的大小和方向不變。因此在副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，副線圈兩端也沒有電壓，所以變壓器不能改變恒定電流的電壓。2.解答：108匝3.解答：1600匝,4.解答：降壓變壓器的副線圈應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線。根據(jù)理想變壓器的輸出功率等于輸入功率即I1U1=I2U2，降壓變壓器的U2I1，即副線圈的電流大于原線圈的電流，所以，相比之下，副線圈應(yīng)用較粗的導(dǎo)線。,5.解答：假設(shè)理想變壓器的原線圈輸入的電壓U1一定，V1示數(shù)不變；當(dāng)用戶的用電器增加時，相當(dāng)于R減小，副線圈電壓U2=n2U1/n1不變，V1示數(shù)不變；因?yàn)镽減小，所以，A2示數(shù)增大；因?yàn)槔硐胱儔浩鬏斎牍β实扔谳敵龉β剩校篜1=I1U1=P2=U2I2，U1、U2的值不變，I2增大，則I1增大，A1示數(shù)增大。,