（通用版）2018-2019版高中物理 第五章 交變電流 5.4 變壓器課件 新人教版選修3-2.ppt

,4變壓器,第五章交變電流,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器，理解變壓器的工作原理. 2.掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系并能用它解決相關(guān)問題. 3.掌握理想變壓器的功率關(guān)系，并能推導(dǎo)出原、副線圈的電流關(guān)系.,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測 檢測評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí),一、變壓器的原理 1.構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，與交流電源連接的線圈叫 ，與負(fù)載連接的線圈叫 . 2.原理： 現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ).原線圈中電流的大小、方向不斷變化，在鐵芯中激發(fā)的 也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生 .,原線圈,副線圈,互感,磁場,感應(yīng)電動(dòng)勢,二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系 1.理想變壓器：沒有 的變壓器叫做理想變壓器，它是一個(gè)理想化模型. 2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系 原、副線圈的 等于兩個(gè)線圈的 ，即 3.理想變壓器原、副線圈功率關(guān)系 P1 P2(填“”、“”或“<”). 4.兩類變壓器 副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫 變壓器；副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器叫 變壓器.,電壓之比,能量損失,匝數(shù)之比,降壓,升壓,.,即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比. () (2)輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高.() (3)我們?cè)谑褂觅|(zhì)量好的變壓器工作時(shí)沒有能量損失.() (4)理想變壓器不能改變交變電流的頻率.(),答案,2.一臺(tái)理想降壓變壓器從10 kV的線路中降壓并提供200 A的負(fù)載電流.已知兩個(gè)線圈的匝數(shù)比為401，則副線圈中的輸出電壓為_，輸出功率為_，變壓器原線圈中的電流為_.,250 V,50 kW,5 A,答案,解析,重點(diǎn)探究,答案當(dāng)左邊線圈加上交流電壓時(shí)，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在右線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，右線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會(huì)發(fā)光.,導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，把兩個(gè)沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線圈(原線圈)通過開關(guān)可以連接到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈(副線圈)連到小燈泡上. 連接電路，接通電源， 小燈泡能發(fā)光. (1)兩個(gè)線圈并沒有連接，小燈泡為什么會(huì)發(fā)光？,一、變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系,圖1,答案,(2)小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓相等嗎？如果不相等，與什么因素有關(guān)？,答案,若忽略左邊線圈的電阻則有U1U電源，這樣看來只要n1n2，小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓就不相等. 小燈泡兩端的電壓，即副線圈兩端的電壓與原、副線圈匝數(shù)比有關(guān).,(3)若將原線圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎？為什么？,答案,答案不發(fā)光，因?yàn)闊o法在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢.,知識(shí)深化 1.變壓器能改變交變電壓、交變電流，但不能改變恒定電壓、恒定電流. 2.變壓器不能改變交流電的頻率與功率. 3.變壓器原、副線圈中電壓關(guān)系,例1關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是 A.通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變 B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等 C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈,解析通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的，由于面積S不變，故磁通量變化，A錯(cuò)誤； 因理想變壓器無漏磁，故B錯(cuò)誤； 由互感現(xiàn)象知C正確； 原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起，故D錯(cuò)誤.,答案,解析,導(dǎo)學(xué)探究閱讀教材回答下列三個(gè)問題： (1)什么是理想變壓器？理想變壓器原、副線圈中的功率有什么關(guān)系？,二、理想變壓器原、副線圈的功率關(guān)系和電流關(guān)系,答案,答案理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗.所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入P出.,(2)根據(jù)能量守恒推導(dǎo)只有一個(gè)副線圈時(shí)原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系.,答案,答案由能量守恒有P入P出，即U1I1U2I2.,(3)根據(jù)能量守恒推導(dǎo)有多個(gè)副線圈時(shí)原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系.,答案,答案若有多個(gè)副線圈，則P1P2P3， 即U1I1U2I2U3I3 將U1U2U3n1n2n3代入得 n1I1n2I2n3I3,知識(shí)深化 1.電流關(guān)系 (1)只有一個(gè)副線圈時(shí)，有U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即 (2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I3. 2.功率關(guān)系 從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率P入P出.,例2如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221， 和 均為理想電表，燈泡電阻RL6 ，AB兩端電壓u112sin 100t(V). 下列說法正確的是 A.電流頻率為100 Hz B. 的讀數(shù)為24 V 的讀數(shù)為0.5 A D.變壓器輸入功率為6 W,答案,解析,圖2,1.電壓表、電流表示數(shù)均為有效值. 2.理想變壓器P入P出. 3.變壓器不改變頻率，即原、副線圈交變電流頻率相等.,1.電壓、電流、功率的制約關(guān)系 (1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 一定時(shí)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2 (2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入增大；P出減小，P入減小；P出為0，P入為0. (3)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，副線圈中的輸出電流I2決定原線圈中的電流I1，即I1,三、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析,2.對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見情況： (1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是RI2P出P入I1. (2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P出P入I1.,例3(多選)如圖3所示，T為理想變壓器，電流表 、電壓表 均為理想交流電表.R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，L為電感線圈，A、B兩點(diǎn)間接正弦交流電，則 A.只將滑片P1下移時(shí)，電流表 示數(shù)變小 B.只將滑片P2下移時(shí)，電壓表 示數(shù)變大 C.只增大交流電的電壓時(shí)，電流表 示數(shù)變大 D.只增大交流電的頻率時(shí)，電壓表 示數(shù)不變,圖3,答案,解析,解析只將滑片P1下移時(shí)，變壓器副線圈輸出電壓U2減小，由U1I1 可知，U1、R不變，I1減小，A正確； 只將滑片P2下移時(shí)，副線圈電路中的總電阻減小，U2不變，因此副線圈電路中的電流增大，R1兩端的電壓增大，R3兩端的電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，B錯(cuò)誤； 只增大交流電的電壓時(shí)，根據(jù)變壓比公式可知，副線圈兩端的電壓增大，因此副線圈的電流增大，根據(jù)變流比公式可知，原線圈的電流增大，故電流表示數(shù)增大，C正確； 只增大交流電的頻率時(shí)，電感線圈的感抗增大，副線圈電路中的總電阻增大，總電流減小，R1兩端的電壓減小，R3兩端的電壓增大，電壓表示數(shù)增大，D錯(cuò)誤.,針對(duì)訓(xùn)練如圖4所示，理想變壓器原、副線圈回路中的輸電線的電阻忽略不計(jì).當(dāng)S閉合時(shí) A.電流表A1的讀數(shù)變大，電流表A2的讀數(shù)變小 B.電流表A1的讀數(shù)變大，電流表A2的讀數(shù)變大 C.電流表A1的讀數(shù)變小，電流表A2的讀數(shù)變小 D.電流表A1的讀數(shù)變小，電流表A2的讀數(shù)變大,圖4,答案,解析,解析當(dāng)S閉合后，變壓器副線圈電路中的總電阻R減小，而輸出電壓不變.由I2 得I2增大，即電流表A2的讀數(shù)增大，變壓器的輸出功率變大.由U1I1U2I2可知，I1變大，即電流表A1的讀數(shù)也變大，選項(xiàng)B正確.,1.自耦變壓器 鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，如果把整個(gè)線圈作為原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓，反之則可以升高電壓，如圖5所示.,四、自耦變壓器和互感器,圖5,2.互感器 交流電壓表和交流電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流. 互感器是利用變壓器的原理來測量高電壓或大電流的儀器. (1)電壓互感器：實(shí)質(zhì)是降壓變壓器，可以把高電壓變成低電壓.(如圖6所示),圖6,(2)電流互感器：實(shí)質(zhì)是升壓變壓器，可以把大電流變成小電流.(如圖7所示),圖7,解析題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器，n1n2，其中的電表為電壓表；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器，n3<n4，其中的電表為電流表，故選項(xiàng)C、D正確.,例4(多選)圖8甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是 A.線圈匝數(shù)n1n2，n3n4 C.甲圖中的電表是電壓表，輸出端不可短路 D.乙圖中的電表是電流表，輸出端不可斷路,圖8,答案,解析,1.電壓互感器應(yīng)并聯(lián)接入電路；電流互感器應(yīng)串聯(lián)接入電路. 2.電壓互感器是把高電壓變成低電壓，故原線圈匝數(shù)n1大于副線圈匝數(shù)n2. 3.電流互感器是把大電流變成小電流，故原線圈匝數(shù)n1小于副線圈匝數(shù)n2.,例5如圖9所示為物理實(shí)驗(yàn)室某風(fēng)扇的風(fēng)速擋位變換器電路圖，它是一個(gè)可調(diào)壓的理想變壓器，其中接入交流電的電壓有效值U0220 V，n02 200匝，擋位1、2、3、4對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為220匝、500匝、 1 100匝、2 200匝.電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻r4 ，額定電壓為U220 V，額定功率P110 W.下列判斷正確的是 A.當(dāng)選擇擋位3時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為110 V B.當(dāng)擋位由3變換到2時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率增大 C.當(dāng)選擇擋位2時(shí)，電動(dòng)機(jī)的熱功率為1 W D.當(dāng)選擇擋位4時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出功率為110 W,圖9,答案,解析,解析由電壓與匝數(shù)的關(guān)系U0U3n0n3，解得U3110 V，A正確； 當(dāng)擋位由3變換到2時(shí)，輸出電壓減小，電動(dòng)機(jī)的功率減小，B錯(cuò)誤； 在額定功率的情況下，電動(dòng)機(jī)的額定電流為I 0.5 A，熱功率PrI2r1 W，輸出功率為PPr(1101) W109 W，D錯(cuò)誤； 當(dāng)沒有達(dá)到額定功率時(shí)，熱功率小于1 W，C錯(cuò)誤.,達(dá)標(biāo)檢測,1.(變壓器的工作原理)(多選)理想變壓器正常工作時(shí)，原、副線圈中一定相同的物理量是 A.每匝線圈中磁通量的變化率 B.交變電流的頻率 C.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率 D.原線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢和副線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢,答案,1,2,3,4,2.(理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用)(多選)如圖10所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上.閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A.以下判斷正確的是 A.變壓器輸入功率為484 W B.通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C.通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D.變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2113,答案,解析,1,2,3,4,圖10,解析變壓器的輸入功率等于輸出功率P1P2I2U22.260 W 132 W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；,1,2,3,4,3.(理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析)如圖11所示，理想變壓器原線圈輸入電壓uUmsin t，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動(dòng)變阻器. 和 是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示； 和 是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說法正確的是 A.I1和I2表示電流的平均值 B.U1和U2表示電壓的最大值 C.滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2不變、I1變大 D.滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2變小、I2變大,答案,解析,1,2,3,4,圖11,解析電路中的電壓表和電流表表示的都是有效值，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.,1,2,3,4,4.(互感器)(多選)如圖12所示，L1、L2是高壓輸電線，圖中兩電表示數(shù)分別是220 V和10 A，已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為1001，乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為110，則 A.甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 V B.甲圖是電流互感器，輸電電流是100 A C.乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 V D.乙圖是電流互感器，輸電電流是100 A,答案,解析,圖12,1,2,3,4,1,2,3,4,題圖甲是電壓互感器，故B錯(cuò)誤； 題圖乙是電流互感器，電表是電流表，故C錯(cuò)誤；,