高中物理 第3章 电能的输送与变压器 3.2 变压器为什么能改变电压课件 沪科版选修32.ppt

3 2变压器为什么能改变电压 课标定位 学习目标 1 知道变压器的构造 了解变压器的工作原理 2 理解理想变压器原 副线圈中电压与匝数的关系 能应用它分析解决有关问题 3 探究理想变压器原 副线圈中电流与匝数的关系 能应用它分析解决有关问题 4 知道常见的变压器及其应用 重点难点 1 变压器的原理 2 推导变压器原 副线圈电流与匝数的关系 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 3 2 课前自主学案 一 变压器的构造和工作原理1 变压器的构造闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈 与电源相连的线圈叫 也叫初级线圈 与负载相连的线圈叫 也叫次级线圈 两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的 铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成 是用来改变交流电压的装置 单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图3 2 1甲 乙所示 原线圈 副线圈 图3 2 1 2 工作原理变压器的变压原理是 如图3 2 2所示 当原线圈上加交流电压u1时 原线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生交变的磁通量 在原 副线圈中都要产生感应电动势 如果副线圈是闭合的 则副线圈将产生交变的 它也在铁芯中产生交变磁通量 在原 副线圈中同样要引起感应电动势 由于这种互相感应的互感现象 原 副线圈间虽然不相连 电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈 其能量转换方式为 原线圈电能 副线圈电能 电磁感应 感应电流 磁场能 图3 2 2 思考感悟1 变压器能否改变直流 恒定电流 电压 提示 不能 变压器是依据电磁感应工作的 因此只能工作在交流电路中 如果变压器接入直流电路 原线圈中的电流不变 在铁芯中不引起磁通量的变化 没有互感现象出现 变压器起不到变压作用 二 探究变压器原 副线圈电压 电流与匝数的关系1 理想变压器没有漏磁 磁通量全部集中在铁芯内 和发热损失 原 副线圈及铁芯上的电流的热效应不计 的变压器 即没有能量损失的变压器叫做理想变压器 2 功率关系由于理想变压器没有各种能量损失 所以变压器输出功率 输入功率 即 3 电压 电流关系 等于 p出 p入 思考感悟2 怎样设计变压器可以实现 大电压 和 小电压 之间的相互转变 提示 根据电压关系知 当n2 n1时 u2 u1 升压变压器 当n2 n1时 u2 u1 降压变压器 按需要调整匝数就可以啦 三 常见的变压器1 电力变压器 用于 有升压变压器和降压变压器 功率通常 2 自耦变压器 只有一个线圈 金属触头沿线圈刮去了绝缘漆的一边滑动 就改变了 如调压变压器就是一种自耦变压器 如图3 2 3 电力网 较大 副线圈匝数 图3 2 3 3 互感器 1 电压互感器 用来把高电压变成低电压 副线圈比原线圈 它的 并联在高压电路上 副线圈接入交流电压表 如图3 2 4甲 2 电流互感器 用来把大电流变成小电流 副线圈比原线圈 原线圈 在被测电路中 副线圈接入交流电流表 如图3 2 4乙 匝数少 原线圈 匝数多 串联 图3 2 4 4 电源变压器 不同用电器需要不同的电压 用电源变压器将 交流电压变到用电器所需的电压 220v 思考感悟3 根据两种互感器的作用特点 你能推知它们的匝数之间的关系吗 核心要点突破 一 理想变压器基本规律探究1 实验探究电压与匝数关系 1 按图3 2 5所示电路连接电路 图3 2 5 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 理想变压器原 副线圈匝数之比为10 1 在原线圈中通以50hz的正弦交流电 则下列说法正确的是 a 原 副线圈两端的电压之比为10 1b 原 副线圈中通过的电流之比为10 1c 原 副线圈的输入 输出功率之比为10 1d 原 副线圈中交流电的频率之比为10 1 2 输出电流i2决定输入电流i1在输入电压u1一定的情况下 输出电压u2也被完全确定 当负载电阻r增大时 i2减小 则i1相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 则i1相应增大 在使用变压器时 不能使变压器次级短路 3 输出功率p2决定输入功率p1理想变压器的输出功率与输入功率相等 即p2 p1 在输入电压u1一定的情况下 当负载电阻增大时 i2减小 则变压器输出功率p2 i2u2减小 输入功率p1也将相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 变压器的输出功率p2 i2u2增大 则输入功率p1也将增大 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 对于理想变压器 下列说法中正确的是 a 原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率的增大而增大b 原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流的增大而增大c 原线圈的电压不随副线圈的输出电流的变化而变化d 当副线圈的电流为零时 原线圈的电压也为零 解析 选abc 输入功率始终等于输出功率 当变压器的匝数比确定时 输入电流与输出电流的比值也就确定 所以输入电流随着输出电流的增大而增大 并且输入电流由输出电流决定 a b正确 原线圈的电压是输入电压 是由输入设备或发电机决定的 与变压器无关 不随副线圈的输出电流的变化而变化 故c对 d错 课堂互动讲练 如图3 2 6所示 理想变压器原 副线圈匝数之比为2 1 并且原 副线圈上分别接有相同的灯泡a b 已知电源电压为u 试求灯泡b两端的电压 图3 2 6 变式训练1 2011年高考新课标全国卷 如图3 2 7所示 一理想变压器原副线圈的匝数比为1 2 副线圈电路中接有灯泡 灯泡的额定电压为220v 额定功率为22w 原线圈电路中接有电压表和电流表 现闭合开关 灯泡正常发光 若用u和i分别表示此时电压表和电流表的读数 则 图3 2 7 2010年高考天津卷 为探究理想变压器原 副线圈电压 电流的关系 将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上 副线圈连接相同的灯泡l1 l2 电路中分别接了理想交流电压表v1 v2和理想交流电流表a1 a2 导线电阻不计 如图3 2 8所示 当开关s闭合后 图3 2 8 a a1示数变大 a1与a2示数的比值不变b a1示数变大 a1与a2示数的比值变大c v2示数变小 v1与v2示数的比值变大d v2示数不变 v1与v2示数的比值不变 答案 ad 方法总结 对理想变压器的动态分析问题 要根据题意分清变量和不变量 弄清 谁决定谁 的制约关系 即理想变压器各物理量变化的决定因素 某小型水电站的发电机输出功率为24 5kw 输出电压为350v 输电线总电阻为4 为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5 需在发电机处安装升压变压器 用户所需电压为220v 所以在用户处需安装降压变压器 求 1 输电线上的电流 2 升压变压器的原 副线圈的匝数之比 3 降压变压器的原 副线圈的匝数之比 思路点拨 自主解答 画出电能输送电路如图3 2 9所示 图3 2 9 答案 1 17 5a 2 1 4 3 133 22 变式训练2 2011年厦门一中高二检测 如图