【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第3章第3节科学探究变压器课件

第3章第3节科学探究:变压器学习目标1.了解变压器的构造及几种常见的变压器。理解变压器的工作原理及工作规律。(物理观念)2.通过实验探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数、电流与匝数的关系。(科学探究)3.理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系。(科学思维)4.理解理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率的关系。(科学思维)思维导图基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、变压器的工作原理

互感现象1.构造:由

和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成,如图所示。

(1)原线圈:与

相连的线圈,也叫

。

(2)副线圈:与

相连的线圈,也叫

。

闭合的铁芯

电源初级线圈负载次级线圈2.原理:

现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的

也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生

。

3.作用:改变交变电流的

,不改变交变电流的

和

。

4.在两绕组变压器中,原线圈中电流的变化会在副线圈中产生

,这种由一个线圈中电流的变化导致相邻线圈的

发生变化,而在该相邻线圈中产生

的现象,称为互感现象。

互感磁场感应电动势电压周期频率感应电动势磁通量感应电动势想一想生活中的用电器一般都可以使用220

V的交流电源,与它们的额定工作电压都不相同,用电器是如何正常工作的呢?如果把变压器接入直流电路,变压器能起到变压作用吗?提示

变压器可以降低电压也可以升高电压,通过变压器得到用电器所需的合适电压。变压器是依据电磁感应工作的,因此只能在交流电路中工作,如果变压器接入直流电路,原线圈中的电流不变,在铁芯中不会引起磁通量的变化,就没有互感现象出现,变压器就起不到变压作用。二、探究变压器电压与线圈匝数的关系定性探究变压器电压与匝数的关系:如图所示为原、副线圈匝数可变的变压器。先保持原线圈匝数不变,使副线圈的匝数依次减少,电压表V2的示数依次

。再保持副线圈的匝数不变,使原线圈匝数依次减少,电压表V2的示数依次

。

减小增大三、理想变压器电压与线圈匝数的关系1.理想变压器:没有

的变压器叫理想变压器,它是一个理想化模型。

2.电压与匝数的关系理想变压器原、副线圈的

等于两个线圈的

,即

。

3.理想变压器原、副线圈功率的关系P1

P2(选填“>”“=”或“<”)。

能量损失电压之比匝数之比=4.两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫

变压器;副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫

变压器。

5.理想变压器电流与线圈匝数的关系:

(适用于只有一个副线圈的变压器)。

想一想变压器的铁芯为什么用薄硅钢片叠压而成?降压升压提示

为了减少损耗,变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样,涡流被限制在狭窄的薄片之中,回路的电阻很大,涡流大为减弱,从而减少了铁损。易错辨析

判一判(1)变压器工作的原理是自感。(

)(2)理想变压器无能量损失,其输入功率与输出功率相等。(

)(3)变压器的两个线圈所用导线的粗细一样。(

)(4)变压器能改变交变电流的频率。(

)×提示

电磁感应是变压器的工作原理,即互感现象是变压器工作的基础。

√×提示

不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小,用较细的导线绕制而成;低压线圈匝数少而通过的电流大,用较粗的导线绕制而成。×提示

对变压器,当加在原线圈上的交流电压发生一个周期性变化时,原线圈中的交变电流就发生一个周期性变化,铁芯中产生的磁通量也发生一个周期性变化,副线圈中产生的交变电动势(电压)也发生一个周期性变化,因此,变压器只能改变交变电流的电压及电流,不能改变交变电流的频率。即学即用

练一练1.对理想变压器作出的判断正确的是(

)A.高压线圈匝数多、电流大、导线粗B.低压线圈匝数少、电流小、导线细C.高压线圈匝数多、电流大、导线细D.低压线圈匝数少、电流大、导线粗D解析

电压高的匝数多,电流小,用细线。电压低的,匝数少,电流大,用粗线。故D正确。B重难探究·能力素养全提升探究一变压器的工作原理情境探究变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,如图所示是一个变压器通过降压给用户供电的示意图。(1)理想变压器实际存在吗?为什么?(2)变压器的原、副线圈连在一起吗?(3)是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗?要点提示

(1)理想变压器实际不存在,因为原、副线圈中的电流产生电热、变压器铁芯中的涡流产生电热、变压器铁芯漏磁引起的能量损失均不可避免。(2)变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上,但两线圈是彼此绝缘的。(3)是利用互感现象在副线圈上感应出电流的,并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了。知识归纳1.理想变压器理想变压器是实际变压器的近似。理想变压器有三个特点:(1)铁芯封闭性好,无漏磁现象,即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都一样,每匝线圈中所产生的感应电动势相等。(2)线圈绕组的电阻不计,无能损现象。(3)铁芯中的电流不计,铁芯不发热,无能损现象。记住“三个特点”2.工作原理变压器的变压原理是电磁感应。(1)当原线圈两端加上交变电压U1时,就有交变电流I1通过原线圈,并在铁芯中产生变化的磁场,铁芯中就有变化的磁通量。(2)由于副线圈也绕在同一铁芯上,这个变化的磁通量同样穿过副线圈,并在副线圈上产生感应电动势。(3)如果在副线圈两端连接负载构成闭合回路,在副线圈中就会产生交变电流

I2。电磁感应的互感现象

闪光语录

理想变压器的工作原理

应用体验典例1

(多选)关于变压器,下列说法正确的是(

)A.变压器的工作原理是电磁感应B.一切变压器的工作基础都是互感现象C.各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作D.只有交变电流接入变压器的原线圈中,变压器才能持续正常工作AD解析

变压器的原线圈接交流电源时,有交变电流流过,引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,A项正确;有一种变压器叫自耦变压器,它只有一个线圈绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变压器的工作基础是自感,B项错误;变压器要想持续正常工作,原线圈必须接交变电流,若接直流,原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势,变压器不能持续正常工作,C项错误,D项正确。规律方法

互感现象是变压器工作的基础(1)在原、副线圈中由交变电流而引发的相互感应现象,叫互感现象。(2)互感现象是变压器工作的基础:变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。(3)变压器是依据电磁感应来工作的,因此只能在交流电路中工作,如果变压器接入直流电路,原线圈中的电流不变,在铁芯中不能引起磁通量的变化,没有互感现象出现,变压器起不到变压作用。针对训练1关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是(

)A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈C解析

通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,A错误;因理想变压器无漏磁,故B错误;由互感现象知C正确;线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故D错误。探究二理想变压器电压、电流、功率与匝数的关系情境探究如图所示,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈(原线圈)通过开关连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡两端。连接电路,接通电源,小灯泡能发光。(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光?(2)此变压器的变压原理是什么?原、副线圈的电压和电流与线圈的匝数有什么关系?(3)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗?如果不相等,与什么因素有关?(4)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗?为什么?要点提示

(1)当左边线圈接上交流电源时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光。(2)此变压器的变压原理是电磁感应现象中的互感现象。原、副线圈的电压、电流与匝数的关系:。线圈的电阻,则有U1=U电源,这样看来只要n1≠n2,小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等。小灯泡两端的电压,即副线圈两端的电压与原线圈两端的电压及原、副线圈匝数比有关。(4)不发光,因为无法在副线圈中产生感应电动势。知识归纳3.功率关系:输入功率等于输出功率,即P入=P出,U1I1=U2I2。

4.电流关系:(1)由功率关系可知,当只有一个副线圈时,;(2)当有多个副线圈时,I1U1=I2U2+I3U3+…,I1n1=I2n2+I3n3+…U1、U2、I1、I2均为有效值

闪光语录

电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约:输入电压U1决定输出电压U2。(2)功率制约:P出决定P入,这体现了能量守恒的特点。(3)电流制约:输出电流I2决定输入电流I1。应用体验典例2

用理想变压器给负载电阻R供电,变压器输入电压一定时,在下列四个方法中,可以使变压器输入功率增加的是(

)A.增加变压器原线圈匝数,而副线圈匝数及负载电阻的阻值保持不变B.减小负载电阻的阻值,而变压器原、副线圈匝数不变C.增加负载电阻的阻值,而变压器原、副线圈匝数不变D.减小变压器副线圈匝数,而原线圈匝数和负载电阻的阻值保持不变B规律方法

变压器的特点(1)理想变压器没有能量损失,所以输入功率和输出功率相等。任何实际的变压器都会有能量损失,所以理想变压器是不存在的。(2)根据变压器的电流与匝数关系,电流大的线圈匝数少,为了减小导线上的电阻发热,要求用较粗的导线绕制;电流小的线圈匝数多,要求用较细的导线绕制,故可利用导线的粗细判断线圈匝数的多少。(3)变压器的输出电压由输入电压和原、副线圈的匝数比决定,与交变电流的频率无关。针对训练2(2023山东滨州期末)理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路,变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流,则下列说法正确的是(

)A.R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2B.R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4C.a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2D.a、b间输入电压与变压器输入电压之比为3∶1C学以致用·随堂检测全达标12341.理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,下列说法正确的是(

)A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等,但穿过每匝线圈的磁通量并不相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D.正常工作时,原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1D解析

对理想变压器,无磁通量损失,因而穿过两个线圈的磁通量相同,磁通量变化率相同,因而每匝线圈产生的感应电动势相等,才导致电压与匝数成正比,选项A、B、C错误;理想变