2018-2019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

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1、4 變壓器,,【自主預(yù)習(xí)】 1.變壓器的構(gòu)造和原理 (1)構(gòu)造:由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成,與 電源連接的線圈叫_______,與負(fù)載連接的線圈叫_____ ___。,原線圈,副線,圈,(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)的磁場也不斷 變化,變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生___________。 (3)作用:改變交變電流的_____,不改變交變電流的___ ___和_____。,互感,感應(yīng)電動勢,電壓,周,期,頻率,2.理想變壓器的基本關(guān)系 (1)理想變壓器:沒有_________的變壓器叫作理想變壓 器。 (2)電壓與匝數(shù)的關(guān)系:

2、原、副線圈的電壓比等于兩個 線圈的_______,即 (3)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的電壓高的 變壓器叫_____變壓器。,能量損失,匝數(shù)比,降壓,升壓,【預(yù)習(xí)小測】 1.如圖所示四個電路,能夠?qū)崿F(xiàn)升壓的是(),【解析】選D。變壓器只能對交變電流變壓,不能對直流電變壓,故A、B錯誤。由于電壓與線圈匝數(shù)成正比,所以D項能實現(xiàn)升壓。,2.一電器中的變壓器可視為理想變壓器,它將220 V交變電流改變?yōu)?10 V。已知變壓器原線圈匝數(shù)為800,則副線圈匝數(shù)為() A.200 B.400 C.1 600 D.3 200 【解析】選B。

3、據(jù)變壓器的變壓規(guī)律 ,可求副線圈匝數(shù)為400,所以B項正確。,3.(多選)對于確定的理想變壓器,原、副線圈的電流分別為I1、I2,電壓分別為U1、U2,功率分別為P1、P2,關(guān)于它們的關(guān)系正確的是() A.I2由I1決定 B.U2由U1決定 C.P1由P2決定 D.U1由U2決定 【解析】選B、C。對于理想變壓器,U1決定U2,I2= 所以I2決定I1,P2決定P1,選項B、C正確。,4.如圖所示為一理想變壓器,原、副線圈的匝數(shù)之比為1n,副線圈接一定值電阻R,則(),A.若ab之間接直流電壓U,則R中的電流為 B.若ab之間接直流電壓U,則原、副線圈中的電流均為零 C.若ab之間接交

4、流電壓U,則原線圈中的電流為 D.若ab之間接交流電壓U,則副線圈中的電流為,【解析】選C。若ab之間接直流電壓U,則副線圈兩端的電壓為0,則R中的電流為0,但原線圈中的電流不為零,選項A、B均錯;若ab之間接交流電壓U,則副線圈兩端的電壓為U2=nU,副線圈中的電流為I2= ,則原線圈中的電流為I1= 選項C正確、D錯誤。,主題一變壓器的構(gòu)造和原理 【互動探究】,如圖甲、乙、丙所示分別是變壓器的實物圖、結(jié)構(gòu)示意 圖和電路符號。 試結(jié)合上述情景,討論下列問題: (1)變壓器的結(jié)構(gòu)是怎樣的? 主要構(gòu)造是_______________________________________ _____

5、_________________________________________ _________________________________________________ _____________________________________________,由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原、副線圈構(gòu)成,的,變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號如題圖乙、丙所,示。原線圈:與交流電源相連接的線圈,又叫初級線圈。,副線圈:與負(fù)載相連的另一個線圈,又叫次級線圈。,(2)為什么原、副兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連,副線圈也能夠輸出電流?變壓器能夠改變恒定電流的電壓嗎?,提示:互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。電

6、流通過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)線相連,副線圈也能夠輸出電流。恒定不變的電流不能產(chǎn)生變化的磁場,不滿足產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件,所以變壓器不能夠改變恒定電流的電壓。,(3)變壓器是靠互感現(xiàn)象工作的,試探究變壓器能否改變交流電的頻率。 提示:變壓器在工作時,原、副線圈磁通量的變化情況相同,所以變壓器不能改變交流電的頻率。,【探究總結(jié)】 1.變壓器的原理:變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象,原線圈中交變電流鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E2副線圈中交變電流。,2.注意三個問題:

7、(1)記住變壓器的電路符號,與原線圈對應(yīng)的物理量U1、I1、n1,與副線圈對應(yīng)的物理量U2、I2、n2。其中的電壓值U1及U2、電流值I1及I2都是指交變電流的有效值。 (2)變壓器只能在交變電流下工作,若輸入的是恒定的直流電流,則變壓器無法輸出,即U2=0,I2=0,變壓器只能改變交變電壓。 (3)變壓器不能改變交變電流的頻率。,【典例示范】 關(guān)于變壓器的工作原理,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候都不相等 C.穿過副線圈磁通量的變化使副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈,【解題指南】解答本題需要把

8、握以下兩點: (1)互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。 (2)原線圈與副線圈磁通量間的關(guān)系。,【解析】選C。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錯誤;因鐵芯是閉合的,沒有漏磁,原、副線圈的磁通量總相等,故B錯誤;由于通過副線圈的磁通量發(fā)生變化,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,故C正確;原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為副線圈中的電能,原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起,故D錯誤。,【探究訓(xùn)練】 理想變壓器的原、副線圈中不一定相同的物理量有 () A.交變電流的頻率 B.磁通量的變化率 C.功率 D.交變電流的峰值,【解析】選D。理想變壓器沒有漏磁,

9、沒有能量損失,所以原、副線圈中磁通量的變化率相同,原、副線圈中功率相同;變壓器的原理是互感現(xiàn)象,其能改變交變電流的峰值,不改變頻率,故選D。,【補償訓(xùn)練】 1.(多選)對于理想變壓器,下列說法中正確的是 () A.變壓器是利用互感現(xiàn)象制成的 B.變壓器可以改變各種電源的額定功率 C.變壓器不僅能改變電壓,還能改變電流 D.變壓器的初級電流隨次級電流的增大而增大,【解析】選A、C、D。變壓器的原線圈中的電流變化,在副線圈中感應(yīng)出電流,這種現(xiàn)象叫互感,故A正確;輸入功率等于輸出功率,故B錯誤;變壓器的匝數(shù)與電壓成正比,與電流成反比,C正確;因為電流與匝數(shù)成反比,所以原、副線圈中電流同時變化,D正確

10、。,2.(多選)關(guān)于變壓器,下列說法正確的是() A.變壓器的工作原理是電磁感應(yīng) B.所有變壓器的工作基礎(chǔ)都是互感現(xiàn)象 C.各種電流接入變壓器的輸入端,變壓器都能持續(xù)正常工作 D.只有交變電流接入變壓器的原線圈中,變壓器才能持續(xù)正常工作,【解析】選A、D。變壓器之所以能變壓,是因為原線圈 接交流電源時,有交變電流流過原線圈,引起穿過原、 副線圈的磁通量發(fā)生變化,在原、副線圈中都產(chǎn)生了感 應(yīng)電動勢,所以變壓器的工作原理是電磁感應(yīng),所以選 項A正確;有一種變壓器叫自耦變壓器,它只有一個線圈 繞在鐵芯上,但有三個抽頭,可升壓、也可降壓,這種變 壓器的工作基礎(chǔ)是自感現(xiàn)象,也就是說,當(dāng)變壓器是利,用兩個

11、線圈變壓時,其工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象,當(dāng)變壓器是利用一個線圈變壓時,其工作基礎(chǔ)是自感現(xiàn)象,所以選項B錯誤;變壓器要想持續(xù)正常工作,原線圈必須接入交變電流,若接入直流,原、副線圈中不可能出現(xiàn)持續(xù)的感應(yīng)電動勢,變壓器不能持續(xù)正常工作,所以選項C錯誤,D正確。,主題二理想變壓器的基本關(guān)系 【互動探究】 1.理想變壓器與一般變壓器有什么不同? 理想變壓器:___________________________________ ___________。 一般變壓器:__________________________________ _____________________________________

12、____。,沒有能量損失,輸入功率等于輸出功率,,效率是100%,工作時有能量損失,線圈和鐵芯上都會,產(chǎn)生熱量,而造成電能損失,效率不可能是100%,2.利用可拆變壓器怎樣探究變壓器電壓與匝數(shù)間的關(guān)系? 提示:先保持原線圈的匝數(shù)不變,改變副線圈的匝數(shù),研究其對副線圈電壓的影響。 保持副線圈的匝數(shù)不變,改變原線圈的匝數(shù),研究原線圈的匝數(shù)對副線圈電壓的影響。 為了人身安全,只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12 V。,3.通過探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗,得到的結(jié)論是什么? 結(jié)果是:______________________________________。,4.從理想變壓器模型

13、出發(fā),結(jié)合變壓器原、副線圈中的電壓與匝數(shù)的關(guān)系,請推導(dǎo)出變壓器原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系。 理想變壓器的_____________________,即________, 又因為 ,所以_______。,輸入功率等于輸出功率,U1I1=U2I2,【探究總結(jié)】 1.理想變壓器中的幾個關(guān)系:,2.對理想變壓器進行動態(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,進行動態(tài)分析的順序是RI2 P2P1I1。 (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,進行動態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2 P2P1I1。,3.變壓器中的制約關(guān)系: (1)

14、電壓:變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比( )一定時,輸出電壓U2由輸入電壓U1決定,即U2= U1。 (2)電流:變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比( )一定時,原線圈中的電流I1由副線圈中的電流I2決定,即I1= I2。,(3)功率。 變壓器的輸出功率由負(fù)載決定,變壓器的輸出功率等于各個負(fù)載消耗的功率之和,即P2=P負(fù)1+P負(fù)2+ 變壓器的輸入功率由輸出功率決定,即P1=P2。,【典例示范】 (多選)(2016全國卷)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時,兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是(),A.原、副線圈匝數(shù)之比為91 B.原、副線圈匝數(shù)之

15、比為19 C.此時a和b的電功率之比為91 D.此時a和b的電功率之比為19,【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下三點進行分析: (1) (2) (3)P=UI。,【解析】選A、D。設(shè)燈泡的額定電壓為U0,兩燈均能正 常發(fā)光,所以原線圈輸出端電壓為U1=9U0,副線圈兩端 電壓為U2=U0,故 A正確,B錯誤;根據(jù) 公式 可得 小燈泡兩端的電壓相等,所以根 據(jù)公式P=UI可得兩者的電功率之比為19,C錯誤,D正 確。,【探究訓(xùn)練】 1.(2018延邊高二檢測)一臺理想變壓器的原、副線 圈匝數(shù)比為41,若原線圈加上u=1 000 sin(100t)V 的交流電,則用交流電壓表測得副線圈兩端的

16、電壓是 () A.250VB.353.5VC.499.8VD.200V,【解析】選A。原線圈兩端電壓的有效值U1=1 000V,由 得U2= U1= 1 000V=250V,用交流電壓表測得副線圈兩端的電壓是250V,A正確。,2.如圖所示,接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電,如果將原、副線圈減少相同匝數(shù),其他條件不變,則(),A.小燈泡變亮 B.小燈泡變暗 C.原、副線圈兩端電壓的比值不變 D.通過原、副線圈電流的比值不變,【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下兩點進行分析: (1)變壓器電壓與匝數(shù)關(guān)系: (2)變壓器電流與匝數(shù)關(guān)系:,【解析】選B。根據(jù)變壓器電壓與匝

17、數(shù)關(guān)系: 因為是降壓變壓器,則n1n2,當(dāng)原、副線圈減少相同匝 數(shù)時,由數(shù)學(xué)知識可知 變大,則U2減小,故燈泡變暗, 選項A、C錯誤,B正確;根據(jù) 可知通過原、副線 圈電流的比值變小,選項D錯誤。故選B。,【補償訓(xùn)練】 1.(多選)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101,以下說法中正確的是() A.穿過原、副線圈每一匝的磁通量之比是101 B.穿過原、副線圈每一匝的磁通量的變化率相等 C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為101 D.正常工作時,原、副線圈的輸入、輸出功率之比為11,【解析】選B、D。對于理想變壓器,穿過兩個線圈的磁通量相同,磁通量變化率相同,每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等,

18、輸入功率等于輸出功率。,2.(多選)如圖所示,理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表,副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調(diào)節(jié),在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R,P為滑動變阻器的滑動觸頭,在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電,則(),A.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表讀數(shù)變大 B.保持Q的位置不動,將P向上滑動時,電流表讀數(shù)變小 C.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表讀數(shù)變大 D.保持P的位置不動,將Q向上滑動時,電流表讀數(shù)變小,【解析】選B、C。保持Q的位置不動,將P向上滑動時,滑動變阻器R的有效電阻變大,輸出電壓不變,則輸出電流減小,電流表示數(shù)變小,故選項A錯誤,B正確;保持P的位置不動,將Q向上滑動時,輸出電壓變大,電流表示數(shù)變大,故選項C正確,D錯誤。,【通法悟道】變壓器的動態(tài)分析的思路 (1)首先抓住三個決定原則:輸入電壓U1決定輸出電壓U2;輸出電流I2決定輸入電流I1;輸出功率決定輸入功率。 (2)把副線圈當(dāng)作電源,研究副線圈電路電阻的變化。 (3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律,判定副線圈電流的變化、功率的變化。,(4)根據(jù)理想變壓器原、副線圈間的電流關(guān)系和電功率關(guān)系判定原線圈電流的變化及輸入功率的變化。,【課堂小結(jié)】,