2019-2020學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 4 變壓器課件 新人教版選修3-2.ppt

4變壓器 一 變壓器的原理 1 構(gòu)造 變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的 其中與交流電源連接的叫原線圈 又叫初級(jí)線圈 與負(fù)載相連的叫副線圈 又叫次級(jí)線圈 如圖所示 2 工作原理 互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ) 由于原線圈中的電流在不斷變化 使鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化 變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 二 電壓與匝數(shù)的關(guān)系 1 理想變壓器工作時(shí)沒(méi)有能量損失的變壓器叫理想變壓器 許多大型變壓器工作時(shí) 效率可達(dá)到95 以上 可看作理想變壓器 2 理想變壓器的基本關(guān)系式 假設(shè)只有一個(gè)副線圈 自我檢測(cè)1 正誤判斷 1 穿過(guò)副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 解析 副線圈中的電流是由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的 由法拉第電磁感應(yīng)定律知 穿過(guò)副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 答案 2 變壓器的原理是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象 副線圈輸出的電流是原線圈電流的感應(yīng)電流 解析 原線圈電流產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)穿過(guò)副線圈 使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 從而輸出電流 答案 3 理想變壓器是忽略了能量損失的變壓器 解析 理想變壓器是忽略了漏磁以及各種能量損失的變壓器 認(rèn)為理想變壓器輸出功率等于輸入功率 答案 4 變壓器原線圈輸入的交變電流頻率越高 輸出的電流也越大 解析 變壓器輸出的電流與原線圈輸入的交變電流頻率無(wú)關(guān) 答案 5 理想變壓器有多個(gè)副線圈時(shí) 輸入功率和輸出功率也相等 解析 理想變壓器是忽略能量損失的變壓器 根據(jù)能量守恒定律 理想變壓器有多個(gè)副線圈時(shí) 輸入功率和輸出功率也相等 答案 2 多選 一個(gè)正常工作的理想變壓器的原 副線圈中 下列物理量一定相等的是 A 交流電的頻率B 電流的有效值C 電功率D 磁通量的變化率解析 由變壓器的工作原理可知輸入 輸出交變電流的頻率相同 穿過(guò)原 副線圈的磁通量變化率相等 所以A D正確 理想變壓器沒(méi)有能量損失 即輸入功率和輸出功率相等 所以C正確 升 降壓變壓器中原 副線圈中電流的最大值 有效值不同 所以B錯(cuò) 答案 ACD 探究一 探究二 探究三 變壓器的原理問(wèn)題探究如圖所示 把兩個(gè)線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上 一個(gè)線圈連接到學(xué)生電源的兩端 另一個(gè)線圈連到小燈泡上 1 請(qǐng)動(dòng)手做一做 當(dāng)線圈接交流電源時(shí) 看看小燈泡能否發(fā)光 解釋一下你看到的現(xiàn)象 2 如果接學(xué)生電源的線圈接直流電源 小燈泡能發(fā)光嗎 閉合鐵芯中有磁場(chǎng)嗎 探究一 探究二 探究三 要點(diǎn)提示 1 線圈接交流電源時(shí)小燈泡能發(fā)光 因?yàn)樽筮吘€圈的電流是變化的 閉合鐵芯中磁通量發(fā)生變化 右邊線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 由于有閉合回路 所以能形成感應(yīng)電流 2 如果接學(xué)生電源的線圈接直流電源 小燈泡不會(huì)發(fā)光 閉合鐵芯中雖有磁場(chǎng) 但磁場(chǎng)不是變化的 所以不能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納變壓器的原理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原線圈 與負(fù)載連接的線圈叫副線圈 2 原理 互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ) 原線圈中電流的大小 方向不斷變化 在鐵芯中激發(fā)的磁場(chǎng)也不斷變化 變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 作用 改變交變電流的電壓 不改變交變電流的周期和頻率 注意 1 變壓器不改變交變電流的周期和頻率 2 變壓器只對(duì)變化的電流起作用 對(duì)恒定電流不起作用 3 變壓器的兩個(gè)線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起 兩個(gè)線圈間是絕緣的 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題1 關(guān)于理想變壓器的工作原理 以下說(shuō)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(guò)原 副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等C 穿過(guò)副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D 原線圈中的電流通過(guò)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(chǎng)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(wú)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(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能 原 副線圈通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起 故D錯(cuò)誤 答案 C 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練1 多選 關(guān)于理想變壓器的工作原理 以下說(shuō)法正確的是 A 原 副線圈纏繞在一個(gè)閉合鐵芯上 是為了減少磁場(chǎng)能的損失 有效地傳送電能B 鐵芯不用整塊金屬做成 是為了防止原 副線圈短路 造成危險(xiǎn)C 變壓器不改變交變電流的頻率 只改變電壓大小D 當(dāng)原線圈接入大小不斷變化的直流電時(shí) 副線圈也有電壓輸出解析 鐵芯不用整塊金屬做成是為了防止渦流產(chǎn)生較多的熱量從而燒壞變壓器 答案 ACD 探究一 探究二 探究三 電壓與匝數(shù)的關(guān)系問(wèn)題探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)有何關(guān)系呢 下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究 器材 可拆變壓器 學(xué)生電源 多用電表 導(dǎo)線若干 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按圖示電路連接電路 2 原線圈接低壓交流電源6V 保持原線圈匝數(shù)n1不變 分別取副線圈匝數(shù)n2 n1 n1 2n1 用多用電表交流電壓擋分別測(cè)出副線圈兩端的電壓 記入表格 探究一 探究二 探究三 3 原線圈接低壓交流電源6V 保持副線圈匝數(shù)n2不變 分別取原線圈匝數(shù)n1 n2 n2 2n2 用多用電表交流電壓擋分別測(cè)出副線圈兩端的電壓 記入表格 4 總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 得出結(jié)論 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納1 理想變壓器中的幾個(gè)關(guān)系 探究一 探究二 探究三 特別提醒 1 輸入功率等于輸出功率 即P1 P2 2 理想變壓器各量的制約關(guān)系 1 電壓制約 輸入電壓U1決定輸出電壓U2 2 功率制約 P出決定P入 這體現(xiàn)了能量守恒的特點(diǎn) 3 電流制約 輸出電流I2決定輸入電流I1 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題2 如圖 理想變壓器原 副線圈匝數(shù)比n1 n2 2 1 電壓表和電流表均為理想電表 燈泡電阻RL 6 A B端電壓u1 12sin100 tV 下列說(shuō)法正確的是 A 燈泡中的電流頻率為100HzB 電壓表的讀數(shù)為24VC 電流表的讀數(shù)為0 5AD 變壓器輸入功率為6W 探究一 探究二 探究三 答案 D點(diǎn)評(píng)變壓器中提到的電壓關(guān)系 電流關(guān)系 電路中電表的示數(shù)等 指的都是交變電流的有效值 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練2某變壓器原 副線圈匝數(shù)比為55 9 原線圈所接電源電壓按如圖所示規(guī)律變化 副線圈接有負(fù)載 下列判斷正確的是 A 輸出電壓的最大值為36VB 原 副線圈中電流之比為55 9C 變壓器輸入 輸出功率之比為55 9D 交流電源電壓有效值為220V 頻率為50Hz 答案 D 探究一 探究二 探究三 幾種常見(jiàn)的變壓器問(wèn)題探究如圖所示的兩個(gè)變壓器稱為自耦變壓器 1 兩個(gè)變壓器中哪一個(gè)是升壓變壓器 2 在輸入電壓U1一定的情況下 要提高輸出電壓 甲 乙兩圖中的滑動(dòng)觸頭應(yīng)如何移動(dòng) 要點(diǎn)提示 1 乙是升壓變壓器 2 甲圖中滑動(dòng)觸頭應(yīng)向上移動(dòng) 乙圖中滑動(dòng)觸頭應(yīng)向下移動(dòng) 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納1 自耦變壓器圖甲所示是自耦變壓器的示意圖 這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個(gè)線圈 如果把整個(gè)線圈作原線圈 副線圈只取線圈的一部分 就可以降低電壓 如果把線圈的一部分作原線圈 整個(gè)線圈作副線圈 就可以升高電壓 探究一 探究二 探究三 調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器 它的構(gòu)造如圖乙所示 線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上 AB之間加上輸入電壓U1 移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2 探究一 探究二 探究三 2 互感器 探究一 探究二 探究三 2 區(qū)分電壓互感器與電流互感器的三個(gè)標(biāo)志 測(cè)量?jī)x器不同 電壓互感器用電壓表 電流互感器用電流表 原副線圈匝數(shù)關(guān)系不同 原線圈接線方式不同 前者接在火線和零線間 后者接在火線上 3 使用互感器時(shí) 一定要將互感器的外殼和副線圈接地 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題3 如圖所示 L1和L2是高壓輸電線 甲 乙是兩只互感器 若已知n1 n2 1000 1 n3 n4 1 100 圖中電壓表示數(shù)為220V 電流表示數(shù)為10A 則高壓輸電線的送電功率為 A 2 2 103WB 2 2 10 2WC 2 2 108WD 2 2 104W 探究一 探究二 探究三 P UI 220kV 1000A 2 2 108W C正確 答案 C點(diǎn)評(píng)區(qū)別電壓互感器和電流互感器的方法 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練3 多選 電流互感器和電壓互感器如圖所示 其中n1 n2 n3 n4分別為四組線圈的匝數(shù) a b為兩只交流電表 則 A A為電流互感器 且n1n2 a是電壓表C B為電流互感器 且n3n4 b是電壓表解析 由圖可知A為電流互感器 B為電壓互感器 因此a是電流表 b是電壓表 在A中 有I1n1 I2n2 要把大電流變?yōu)樾‰娏?有n2 n1 在B 確 答案 AD 1 2 3 4 1 如圖所示 理想變壓器原 副線圈匝數(shù)之比n1 n2 4 1 當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速切割磁感線時(shí) 電流表A1的示數(shù)是12mA 則副線圈中電流表A2的示數(shù)是 A 3mAB 48mAC 0D 與R的阻值有關(guān)解析 當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的電流是恒定的電流 不會(huì)使副線圈的磁通量變化 因而副線圈中無(wú)感應(yīng)電流 選項(xiàng)C正確 答案 C 1 2 3 4 2 普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測(cè)量電流 通常要通過(guò)電流互感器來(lái)連接 如圖所示 圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少 工作時(shí)電流為Iab cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多 工作時(shí)電流為Icd 為了使電流表能正常工作 則 A ab接MN cd接PQ IabIcdC ab接PQ cd接MN IabIcd解析 根據(jù)單一副線圈的理想變壓器原理 電流比值等于匝數(shù)比的倒數(shù) 可得ab接MN cd接PQ Iab Icd 故B正確 答案 B 1 2 3 4 3 如圖所示 理想變壓器三個(gè)線圈的匝數(shù)之比為n1 n2 n3 10 5 1 其中n1接到220V的交流電源上 n2和n3分別與電阻R2 R3組成閉合回路 已知電阻R2 110 電阻R3 11 求通過(guò)原線圈的電流I1 1 2 3 4 解析 由變壓器原 副線圈電壓比等于其匝數(shù)比可得 根據(jù)輸出功率等于輸入功率得U1I1 U2I2 U3I3代入數(shù)據(jù)解得通過(guò)原線圈的電流為I1 0 7A 答案 0 7A 1 2 3 4 4 變壓器線圈中的電流越大 所用的導(dǎo)線就越粗 我們?cè)诮稚铣Ｒ?jiàn)到的往用戶送電的變壓器就是降壓變壓器 它的原線圈和副線圈 哪個(gè)應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線 根據(jù)是什么 答案 副線圈用較粗的導(dǎo)線 因?yàn)榻祲鹤儔浩髟€圈的電壓比副線圈的電壓大 由理想變壓器輸入功率等于輸出功率可知副線圈的電流比原線圈的電流大