教科版选修3-2高中物理 第2章 第6节 变压器课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
第二章
交变电流
目标定位
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.
2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.
3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.
学案6　变压器
知识探究
自我检测
把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示).
一、变压器的原理及电压与匝数的关系
知识探究
问题设计
图1
(1)小灯泡能发光吗？为什么？
答案　能发光.当左边线圈加上交变电压时，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，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.
(2)若小灯泡发光，那么小灯泡两端电压与什么因素有关？
(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论小灯泡亮或不亮的原因.
答案　不亮.原线圈接到恒定直流电源上，通过原线圈的电流的大小、方向均不变，它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变，因此在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以小灯泡不亮.这种现象说明，变压器不能改变恒定电流的电压.
要点提炼
1.变压器的构造：闭合铁芯、与 相连接的线圈叫原线圈(匝数用n1表示，又叫做 )、与 相连的另一个线圈叫副线圈 (匝数用n2表示，又叫做 )，两个线圈都绕在
上.
2.变压器的工作原理是 .因此变压器只对 的电流起作用，对 电流不起作用.(后两空填“变化”或“恒定”)
交流电源
初级线圈
负载
次级线圈
闭合铁芯
互感现象
变化
恒定
4.变压器 (填“能”或“不能”)改变交变电流的频率.
5.原、副线圈的地位
(1)原线圈在其所处回路中充当负载.
(2)副线圈在其所处回路中充当 .
不能
电源
二、理想变压器中的功率关系及电流关系
1.什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？
答案　理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗，所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出.
问题设计
2.若只有一个副线圈，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？
3.若有多个副线圈时，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？
答案　若有多个副线圈P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…
将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入，得
n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
要点提炼
1.理想变压器的特点：
(1)变压器铁芯内无 ，无 损失.
(2)原、副线圈不计 ，即无能量损失.
实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器.
2.功率关系： .
漏磁
发热
内阻
P入＝P出
I2U2
I2U2
I3U3
I2n2
I3n3
三、理想变压器中各量的制约关系和动态分析
增大
减小
0
2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)原、副线圈匝数比不变，负载电阻变化，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1；
(2)负载电阻不变，匝数比变化，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.
四、各种各样的变压器
1.自耦变压器
如图2所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用.
图2
2.电压互感器、电流互感器
(1)构造：如图3甲、乙所示.
图3
(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压交流电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在被测交流电路中，副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地.
(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压交流电路的电压.电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测交流电路中的大电流.
典例精析
一、对变压器的原理的理解
例1　关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 (　　)
A.通过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
解析　I变化，则磁场变化，由于面积S不变，故Φ变化，A错误.
因理想变压器无漏磁，故B、C正确.
原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D错误.
答案　BC
例2　理想变压器连接电路如图4甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则(　　)
A.电压表读数为282 V
B.电压表读数为28.2 V
C.输入功率为56.4 W
D.输入功率为40 W
二、理想变压器基本规律的应用
图4
答案　D
例3　如图5所示为一理想变压器，K为单刀双掷开
关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈
两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则(　　)
A.保持U1及P的位置不变，K由a扳向b时，I1将增大
B.保持U1及P的位置不变，K由b扳向a时，R消耗的功率减小
C.保持U1不变，K接在a处，使P上滑，I1将增大
D.保持P的位置不变，K接在a处，若U1增大，I1将增大
三、理想变压器中的动态分析
图5
同理，K若由b扳向a，R消耗功率将减小，B正确.
U1不变，K接在a处，使P上滑时，I2减小，I1也减小，故C错误.
答案　ABD
例4　图6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是(　　)
A.线圈匝数n1B.线圈匝数n1>n2，n3>n4
C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路
D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路
四、各种各样的变压器
图6
解析　题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，电表为电压表，输出端不可短路；
题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3答案　CD
课堂要点小结
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2
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自我检测
1.(对变压器原理的理解)如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表 的示数是12 mA，则副线圈中电流表 的示数是(　　)
A.3 mA B.48 mA
C.零 D.与R阻值有关
图7
解析　当导线在平行导轨上匀速运动时，产生的电流是恒定的电流，不会使副线圈的磁通量发生变化，因而副线圈中无感应电流，选项C正确.
答案　C
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2.(理想变压器基本规律的应用)如图8所示，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12 V　6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是 (　　)
A.120 V,0.10 A B.240 V,0.025 A
C.120 V,0.05 A D.240 V,0.05 A
图8
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答案　D
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图9
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2
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A.电压表的示数为22 V
B.流过滑动变阻器的电流的方向每秒改变100次
C.在滑动变阻器的触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大
D.若把单刀双掷开关由a扳向b时，保持滑动变阻器的触头P不动，电压表示数变大，电流表的示数变小
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解析　理想变压器可以变压、变流，但不改变功率和频率，由交变电压的表达式可知，该交变电压的频率为50 Hz，而产生交变电压的线圈每转一圈，其电流变向两次，故B正确；
电压表的读数是有效值，根据理想变压器的变压比等于匝数比可知，该电压表的读数为22 V，A正确；
滑动变阻器的触头P向上移动，其接入电路的阻值减小，而变压器两端的电压不变，则电压表的读数不变，副线圈中的电流变大，则电流表的读数变大，C错误；
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答案　AB