石家庄市复兴中学高中物理学案：变压器工作原理及应用

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精变压器的工作原理及应用（第二课时)【学习目标】1．知道变压器的基本结构和工作原理，理解变压器的有关各物理量的计算关系和决定关系2．能熟练运用有关变压器的规律解决实际问题【重点难点】重点：理解变压器的结构和工作原理,能够应用有关规律解决实际问题难点:理解有关各物理量的决定关系导学流程：【了解感知·夯实基础】一、变压器1．构造和原理1）主要构造：由、和组成．2）工作原理：电磁感应的现象．根据变压器的工作原理，穿过原、副线圈每匝的磁通量及其变化率是相同的；交流电的频率保持不变;理想变压器无功率损失；而E＝neq\f（ΔΦ，Δt)与n成正比，变压器原、副线圈的匝数不同，感应电动势不同(即原、副线圈电压不同)．2．理想变压器1)概念：如果变压器没有漏磁和能量损失,这样的变压器就是理想变压器．2）基本关系式①电压关系：eq\f(U1，U2）＝.②电流关系：eq\f(I1,I2)＝eq\f（n2,n1）,只适用于只有一个副线圈的情况．③功率关系:原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率④频率关系：原、副线圈中交流电的频率相等3)制约关系副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定；原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定注：变压器只能改变交变电流的电流和电压,不能改变恒定电流的电流和电压．三、互感器1．电压互感器：用来把电压变成电压．2．电流互感器：用来把电流变成电流．基础训练1．理想变压器在正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量是（)A．每匝线圈中磁通量的变化率B．交变电流的频率C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D．原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势2．钳形电流表的外形和结构如图所示．图甲中电流表的读数为1.2A．图乙中用同一电缆线绕了3匝，则（）A．这种电流表能测直流电流,图乙的读数为2。4AB．这种电流表能测交流电流，图乙的读数为0.4AC．这种电流表能测交流电流，图乙的读数为3。6AD．这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流,图乙的读数为3.6A【深入学习·思路方法】一、理想变压器的规律应用（1）基本关系中U1、U2、I1、I2均指有效值．(2)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压．(3）只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比，多个副线圈的变压器没有这种关系．例1．如图所示,理想变压器原线圈接u＝220eq\r（2）sin100πt（V)的正弦交流电源，图中电流表内阻不计．副线圈接入“110V60W”灯泡一只,且灯泡正常发光．下列说法正确的是()A．原线圈中的输入功率为60WB．通过灯泡的电流的频率为50HzC．电流表的示数为eq\f(3\r（2),22）AD．理想变压器原、副线圈匝数之比为2eq\r（2)∶1针对训练1．如图所示的电路中，变压器初级线圈匝数n1＝1000匝,次级线圈有两个，匝数分别为n2＝500匝，n3＝200匝,分别接一个R＝55Ω的电阻，在初级线圈上接入U1＝220V的交变电流．求：（1)两次级线圈输出电功率之比；（2）初级线圈中的电流．归纳拓展对于有两组以上的副线圈的变压器，电压与匝数成正比关系仍成立，而电流与匝数成反比的规律不再成立．但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入功率等于输出功率进行求解，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…，或n1I1＝n2I2＋n3I3＋….二、理想变压器动态分析问题1．匝数比不变的情况1)U1不变，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f（n1,n2),输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化，U2不变．（2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化．（3）I2变化引起P2变化,P1＝P2，故P1发生变化．2．负载电阻不变的情况(1）U1不变，eq\f(n1,n2)发生变化,故U2变化．（2）R不变，U2改变，故I2发生变化．（3)根据P2＝eq\f（U22，R)，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化,P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．3．分析动态问题的思路程序可表示为：例2如图所示，理想变压器输入端PQ接稳定的交流电源,通过单刀双掷开关S可改变变压器原线圈匝数（图中电压表及电流表皆为理想电表），则下列说法中正确的是()A．当滑片c向b端移动时,变压器输入功率变大B．当滑片c向a端移动时，电流表A1的示数将减小，电压表V的示数不变C．当滑片c向b端移动时，电流表A2的示数将变大，电压表V的示数也变大D．滑片c不动，将开关S由1掷向2时，三个电表A1、A2、V的示数都变大归纳拓展处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量,弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系——U2由U1和匝数比决定;I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定.【迁移应用·能力提升】理想变压器中的综合分析例2题图例3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10－2－9所示．当开关S闭合后（)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示数的比值不变总结归纳：理想变压器的综合应用问题涉及:三个等式、四个决定答案：基础训练:1。D2。C例1：AB例2：D例3：AD针对训练1[解析]（1)对两个次级线圈有eq\f（U1，U2)＝eq\f(n1，n2），eq\f（U1,U3）＝eq\f(n1，n3)所以U2＝eq\f(n2U1,n1)＝eq\f（U1，2）,U3＝eq\f(n3U1,n1)＝eq\f(U1,5）又P＝eq\f（U2，R)，所以eq\f(P2,P3)＝eq\f（U22,U32)＝eq\f（25,4）。（2）由欧姆定律得I2＝eq\f（U2,R）＝2A，I3＝eq\f（U3,R）＝0。8A。对有两个次级线圈的变压器有n1I1＝n2I2＋n3I3所以I1＝eq\f(n2，n1)I2＋eq\f(n3,n1)I3＝1。16A.【展示设计·彰显风采】1．口头展示：变压器的原理及基本量的关系及制约关系2．板书展示：例1训练有关变压器的常规计算3．板书展示：针对训练1进行知识拓展4．板书展示：例2分析变压器的动态变化问题思路【合作训练·自主学习】以日常应用电器收音机为载体，进行有关变压器分析，旨在指导学生实践，提高学习物理的兴趣收音