2021_2022学年高中物理第3章电能的输送与变压器2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用课件沪科版选修3_2(共34张PPT)
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| 名称 | 2021_2022学年高中物理第3章电能的输送与变压器2变压器为什么能改变电压3.3电能的开发与利用课件沪科版选修3_2(共34张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-10-13 08:04:51 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
3.2 变压器为什么能改变电压
3.3 电能的开发与利用
课标阐释 思维脉络
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.知道常见的变压器及其应用。
4.电能的优点、开发利用的现状及前景。各种能源的特点以及和电能的转化关系。
1.变压器的构造
闭合铁心和绕在铁心上的两个线圈,与电源相连的线圈叫原线圈,也叫初级线圈。与负载相连的线圈叫副线圈,也叫次级线圈。两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的,铁心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甲、乙所示。
2.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心内)和发热损失(原、副线圈及铁心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等于输入功率,即:P出=P入。
(3)电压、电流关系
3.常见的变压器
(1)电力变压器:用于电力网,有升压变压器和降压变压器,功率通常较大。
(2)自耦变压器:只有一个线圈,线圈的一端既是原线圈的一端也是副线圈的一端,线圈上有一边刮去绝缘漆,金属触头沿线圈刮去了绝缘漆的一边滑动,就改变了原、副线圈的匝数比。如调压变压器就是一种自耦变压器,如图所示。
(3)互感器
电压互感器:用来把高电压变成低电压,副线圈比原线圈匝数少,它的原线圈并联在高压电路上,副线圈接入交流电压表,如图甲所示。
电流互感器:用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈匝数多,原线圈串联被测电路中,副线圈接入交流电流表,如图乙所示。
(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220 V交流电压变到用电器所需的电压。
4.电能的优点及发展前景
(1)电能的优点:
①电能与其他形式的能之间容易转换。
②电能可以集中生产,便于输送和分配,易于控制和管理。
③电能的转换效率高,电能是应用最广泛、最方便的二次能源。
(2)电能的发展前景:
①现状:世界各国基本上是以火力发电和水力发电为主。火力发电要消耗煤炭等不可再生能源,且污染环境,水力发电受到地域环境的限制。
②新能源发电途径:
太阳能发电,核能发电,风力发电,地热发电,海浪发电,潮汐发电。
做一做
(多选)电能被誉为当今能源家族的“天之骄子”,下列关于电能的说法正确的是( )
A.电能可以作为各种形式能量的转换中心
B.电能可以集中生产,便于输送和分配,易于控制和管理
C.电能的转换效率明显高于内能的转换效率
D.电能是一次能源
解析:由于电能与其他形式的能之间容易转换,因而电能可以作为各种形式能量的转换中心。电动机的效率可达80%以上,最大的可达96.5%,可见电能的转换效率明显高于内能的转换效率。可以说电能是迄今为止人类社会应用最广泛、最方便的二次能源,选项A、B、C正确。
答案:ABC
探究一
探究二
当堂检测
探究一理想变压器的工作原理及规律
问题导引
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,在铁心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。
探究一
探究二
当堂检测
名师精讲
1.工作原理
(1)原理:由于原、副线圈的互感现象,穿过理想变压器原、副线圈的磁通量始终相同,因而这两个线圈中每匝有相同的磁通量的变化率,即在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相等。
(2)电压关系:原、副线圈中产生的感应电动势E1、E2跟其匝数n1、n2成正比。 。在原线圈中,E1起着阻碍电流变化的作用,跟加在原线圈两端的电压U1作用相反,不考虑线圈内阻,则U1=E1,副线圈相当于新电源,不考虑线圈内阻,副线圈两端电压U2=E2,于是有
探究一
探究二
当堂检测
2.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)铁心封闭性好,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,每匝线圈中所产生感应电动势相等。(2)线圈绕组的电阻不计,无能损现象。(3)铁心中的电流不计,铁心不发热,无能损现象。
3.能量转换:变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置。
探究一
探究二
当堂检测
4.变压、变流规律
探究一
探究二
当堂检测
例题1
一理想变压器原副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶2,电源电压
u=220 sin ωt V,原线圈电路中接入一熔断电流I0=1 A的保险丝,副线圈中接入一可变电阻R,如图所示,为了使保险丝不致熔断,调节R时,其阻值最低不能小于( )
A.440 Ω B.440 Ω
C.880 Ω D.880 Ω
探究一
探究二
当堂检测
答案:C
探究一
探究二
当堂检测
题后反思
(1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用;
(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起,两个线圈间是绝缘的;
(3)变压器不能改变交变电流的频率;
(4)若直流电的电压是随时间变化的,也可以用变压器改变电压;
(5)原、副线圈的感抗均趋于无穷大,从而空载电流趋于0。
探究一
探究二
当堂检测
例题2
理想变压器原线圈和两个副线圈的匝数分别为n1=880,n2=24,n3=1 320。把原线圈n1接到220 V的交流电源上,两组副线圈n2、n3接到用电器上。测知副线圈n2的用电器消耗的功率为12 W,副线圈n3中流过的电流强度为0.23 A,求原线圈中通过的电流。
点拨:通过理想变压器的电压与匝数成正比的公式,先求两组副线圈的电压,再由变压器的输入功率和输出功率相等,求原线圈中的电流。
探究一
探究二
当堂检测
答案:0.40 A
探究一
探究二
当堂检测
题后反思
电流和匝数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈,该关系即不适用。计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系,电压关系:
电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+…,功率关系:P1=P2+P3+…。
探究一
探究二
当堂检测
探究二变压器的工作的制约关系及动态分析
问题导引
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探究一
探究二
当堂检测
名师精讲
探究一
探究二
当堂检测
4.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,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。
(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。
探究一
探究二
当堂检测
例题3 如图所示,图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式u=20 sin(50πt) V
B.只断开S2后,L1、L2均正常发光
C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8 W
探究一
探究二
当堂检测
点拨:解此题应注意两点:(1)变压器副线圈电路结构及其变化特点;(2)u-t图像的物理意义及其提供交变电流的特点。
答案:D
探究一
探究二
当堂检测
1.电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律(有关感应电动势大小的规律)、磁场对电流作用的规律都是一些重要的规律,如图为远距离输电系统的示意图(为了简单,设用户的用电器是电动机),下列选项中正确的是( )
探究一
探究二
当堂检测
A.发电机能发电的主要原理是库仑定律,变压器能变压的主要原理是欧姆定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律
B.发电机能发电的主要原理是磁场对电流作用的规律,变压器能变压的主要原理是欧姆定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律
C.发电机能发电的主要原理是欧姆定律,变压器能变压的主要原理是库仑定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律
D.发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律,变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是磁场对电流作用的规律
探究一
探究二
当堂检测
解析:发电机是将其他形式的能转化为电能的设备,应用的是法拉第电磁感应定律;变压器是由电流的变化产生磁场的变化,从而使得线圈内的磁通量发生变化,产生感应电流,也是应用法拉第电磁感应定律;电动机是将电能转化为其他形式能的设备,通电导线在磁场中要受到力的作用从而运动,是磁场对电流作用规律的应用,选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
当堂检测
2.(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是( )
A.副线圈输出电压的频率为50 Hz
B.副线圈输出电压的有效值为31 V
C.P向右移动时,原、副线圈的电流比减小
D.P向右移动时,变压器的输出功率增加
探究一
探究二
当堂检测
答案:AD
探究一
探究二
当堂检测
3.(多选)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变电流源上,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
探究一
探究二
当堂检测
答案:AD
探究一
探究二
当堂检测
4.理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,在原线圈中通以50 Hz的正弦式交变电流,则下列说法正确的是( )
A.原、副线圈两端的电压之比为10∶1
B.原、副线圈中通过的电流之比为10∶1
C.原、副线圈的输入、输出功率之比为10∶1
D.原、副线圈中交变电流的频率之比为10∶1
探究一
探究二
当堂检测
解析:由变压器的变压比和变流比公式 ,可知变压器既可以改变电压又可以改变电流,但对于理想变压器来说,其效率为100%,即P入=P出,所以理想变压器不能改变功率;另外,理想变压器输入周期性的正弦式交变电流时,磁通量也随着周期性地发生变化,因此输出端将得到相同周期和频率的交变电流,即理想变压器不能改变交变电流的周期和频率,选项A正确。
答案:A
探究一
探究二
当堂检测
5.如图所示的理想变压器中,初级线圈接在交流电源上,次级线圈接一个标有“12 V 100 W”的灯泡。已知变压器初、次级线圈的匝数比为18∶1,那么,灯泡正常工作时,图中的电压表的读数为 V,电流表的读数为 A。
探究一
探究二
当堂检测
答案:216 0.46
3.2 变压器为什么能改变电压
3.3 电能的开发与利用
课标阐释 思维脉络
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.知道常见的变压器及其应用。
4.电能的优点、开发利用的现状及前景。各种能源的特点以及和电能的转化关系。
1.变压器的构造
闭合铁心和绕在铁心上的两个线圈,与电源相连的线圈叫原线圈,也叫初级线圈。与负载相连的线圈叫副线圈,也叫次级线圈。两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的,铁心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甲、乙所示。
2.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心内)和发热损失(原、副线圈及铁心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等于输入功率,即:P出=P入。
(3)电压、电流关系
3.常见的变压器
(1)电力变压器:用于电力网,有升压变压器和降压变压器,功率通常较大。
(2)自耦变压器:只有一个线圈,线圈的一端既是原线圈的一端也是副线圈的一端,线圈上有一边刮去绝缘漆,金属触头沿线圈刮去了绝缘漆的一边滑动,就改变了原、副线圈的匝数比。如调压变压器就是一种自耦变压器,如图所示。
(3)互感器
电压互感器:用来把高电压变成低电压,副线圈比原线圈匝数少,它的原线圈并联在高压电路上,副线圈接入交流电压表,如图甲所示。
电流互感器:用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈匝数多,原线圈串联被测电路中,副线圈接入交流电流表,如图乙所示。
(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220 V交流电压变到用电器所需的电压。
4.电能的优点及发展前景
(1)电能的优点:
①电能与其他形式的能之间容易转换。
②电能可以集中生产,便于输送和分配,易于控制和管理。
③电能的转换效率高,电能是应用最广泛、最方便的二次能源。
(2)电能的发展前景:
①现状:世界各国基本上是以火力发电和水力发电为主。火力发电要消耗煤炭等不可再生能源,且污染环境,水力发电受到地域环境的限制。
②新能源发电途径:
太阳能发电,核能发电,风力发电,地热发电,海浪发电,潮汐发电。
做一做
(多选)电能被誉为当今能源家族的“天之骄子”,下列关于电能的说法正确的是( )
A.电能可以作为各种形式能量的转换中心
B.电能可以集中生产,便于输送和分配,易于控制和管理
C.电能的转换效率明显高于内能的转换效率
D.电能是一次能源
解析:由于电能与其他形式的能之间容易转换,因而电能可以作为各种形式能量的转换中心。电动机的效率可达80%以上,最大的可达96.5%,可见电能的转换效率明显高于内能的转换效率。可以说电能是迄今为止人类社会应用最广泛、最方便的二次能源,选项A、B、C正确。
答案:ABC
探究一
探究二
当堂检测
探究一理想变压器的工作原理及规律
问题导引
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,在铁心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。
探究一
探究二
当堂检测
名师精讲
1.工作原理
(1)原理:由于原、副线圈的互感现象,穿过理想变压器原、副线圈的磁通量始终相同,因而这两个线圈中每匝有相同的磁通量的变化率,即在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相等。
(2)电压关系:原、副线圈中产生的感应电动势E1、E2跟其匝数n1、n2成正比。 。在原线圈中,E1起着阻碍电流变化的作用,跟加在原线圈两端的电压U1作用相反,不考虑线圈内阻,则U1=E1,副线圈相当于新电源,不考虑线圈内阻,副线圈两端电压U2=E2,于是有
探究一
探究二
当堂检测
2.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)铁心封闭性好,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,每匝线圈中所产生感应电动势相等。(2)线圈绕组的电阻不计,无能损现象。(3)铁心中的电流不计,铁心不发热,无能损现象。
3.能量转换:变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置。
探究一
探究二
当堂检测
4.变压、变流规律
探究一
探究二
当堂检测
例题1
一理想变压器原副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶2,电源电压
u=220 sin ωt V,原线圈电路中接入一熔断电流I0=1 A的保险丝,副线圈中接入一可变电阻R,如图所示,为了使保险丝不致熔断,调节R时,其阻值最低不能小于( )
A.440 Ω B.440 Ω
C.880 Ω D.880 Ω
探究一
探究二
当堂检测
答案:C
探究一
探究二
当堂检测
题后反思
(1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用;
(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起,两个线圈间是绝缘的;
(3)变压器不能改变交变电流的频率;
(4)若直流电的电压是随时间变化的,也可以用变压器改变电压;
(5)原、副线圈的感抗均趋于无穷大,从而空载电流趋于0。
探究一
探究二
当堂检测
例题2
理想变压器原线圈和两个副线圈的匝数分别为n1=880,n2=24,n3=1 320。把原线圈n1接到220 V的交流电源上,两组副线圈n2、n3接到用电器上。测知副线圈n2的用电器消耗的功率为12 W,副线圈n3中流过的电流强度为0.23 A,求原线圈中通过的电流。
点拨:通过理想变压器的电压与匝数成正比的公式,先求两组副线圈的电压,再由变压器的输入功率和输出功率相等,求原线圈中的电流。
探究一
探究二
当堂检测
答案:0.40 A
探究一
探究二
当堂检测
题后反思
电流和匝数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈,该关系即不适用。计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系,电压关系:
电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+…,功率关系:P1=P2+P3+…。
探究一
探究二
当堂检测
探究二变压器的工作的制约关系及动态分析
问题导引
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
探究二
当堂检测
名师精讲
探究一
探究二
当堂检测
4.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,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。
(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。
探究一
探究二
当堂检测
例题3 如图所示,图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式u=20 sin(50πt) V
B.只断开S2后,L1、L2均正常发光
C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8 W
探究一
探究二
当堂检测
点拨:解此题应注意两点:(1)变压器副线圈电路结构及其变化特点;(2)u-t图像的物理意义及其提供交变电流的特点。
答案:D
探究一
探究二
当堂检测
1.电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律(有关感应电动势大小的规律)、磁场对电流作用的规律都是一些重要的规律,如图为远距离输电系统的示意图(为了简单,设用户的用电器是电动机),下列选项中正确的是( )
探究一
探究二
当堂检测
A.发电机能发电的主要原理是库仑定律,变压器能变压的主要原理是欧姆定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律
B.发电机能发电的主要原理是磁场对电流作用的规律,变压器能变压的主要原理是欧姆定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律
C.发电机能发电的主要原理是欧姆定律,变压器能变压的主要原理是库仑定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律
D.发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律,变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律,电动机通电后能转动起来的主要原理是磁场对电流作用的规律
探究一
探究二
当堂检测
解析:发电机是将其他形式的能转化为电能的设备,应用的是法拉第电磁感应定律;变压器是由电流的变化产生磁场的变化,从而使得线圈内的磁通量发生变化,产生感应电流,也是应用法拉第电磁感应定律;电动机是将电能转化为其他形式能的设备,通电导线在磁场中要受到力的作用从而运动,是磁场对电流作用规律的应用,选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
当堂检测
2.(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是( )
A.副线圈输出电压的频率为50 Hz
B.副线圈输出电压的有效值为31 V
C.P向右移动时,原、副线圈的电流比减小
D.P向右移动时,变压器的输出功率增加
探究一
探究二
当堂检测
答案:AD
探究一
探究二
当堂检测
3.(多选)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变电流源上,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
探究一
探究二
当堂检测
答案:AD
探究一
探究二
当堂检测
4.理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,在原线圈中通以50 Hz的正弦式交变电流,则下列说法正确的是( )
A.原、副线圈两端的电压之比为10∶1
B.原、副线圈中通过的电流之比为10∶1
C.原、副线圈的输入、输出功率之比为10∶1
D.原、副线圈中交变电流的频率之比为10∶1
探究一
探究二
当堂检测
解析:由变压器的变压比和变流比公式 ,可知变压器既可以改变电压又可以改变电流,但对于理想变压器来说,其效率为100%,即P入=P出,所以理想变压器不能改变功率;另外,理想变压器输入周期性的正弦式交变电流时,磁通量也随着周期性地发生变化,因此输出端将得到相同周期和频率的交变电流,即理想变压器不能改变交变电流的周期和频率,选项A正确。
答案:A
探究一
探究二
当堂检测
5.如图所示的理想变压器中,初级线圈接在交流电源上,次级线圈接一个标有“12 V 100 W”的灯泡。已知变压器初、次级线圈的匝数比为18∶1,那么,灯泡正常工作时,图中的电压表的读数为 V,电流表的读数为 A。
探究一
探究二
当堂检测
答案:216 0.46