4.2 变压器（第1课时）课件-2021-2022学年高二下学期物理鲁科版选修3-2

第4章 远距离输电 第2节 变压器(第1课时) 信息窗:昌吉——古泉1100千伏特高压工程线路全长3300千米,输电容量1200万千瓦,是目前世界上输电电压最高、输送容量最大、输电距离最远、技术水平最先进的输电工程。 用电器 额定工作电压 机床上的照明灯 36V 扫描仪 12V 路由器 7V 9V 12V 手机充电电压 4.2V 4.7V 5.3V 变压器就是改变交流电压的设备 1. 了解变压器的构造及理解变压器的工作原理。 2.通过实验,探究变压器原、副线圈中电压与匝数的关系, 推导电流与匝数的关系,并能用它们解决基本问题。 3.明白理想变压器的输入功率与输出功率的关系,体会理想化模型在物理学研究中的重要性。 学习目标: 城乡变压器 电源用变压器 树脂浇注干式变压器 箱式变压器 16:18:30 一、变压器的结构 铁芯 原线圈 副线圈 1.构造: (1)闭合铁芯 (2)原线圈(初级线圈,与电源连接) (3)副线圈(次级线圈,与负载连接) 一、变压器的结构 2.示意图 3.电路图中符号 n1 n2 问题1.从变压器的结构来看,副线圈和原线圈电路 是否相导通? 问题2.副线圈是如何获得电压的? 二、变压器的原理 ~ n1 n2 U1 ~ B U1 变化 I1变化 B变化 副线圈中Φ变化 产生E2 1.原理:互感现象 互感现象: 当原线圈中的电流变化时,它所产生的变化的 磁场会在副线圈中产生感应电动势。这种现 象叫做互感,这种感应电动势叫作互感电动势。 二、变压器的原理 ~ n1 n2 U1 ~ B U1 变化 I1变化 B变化 副线圈中Φ变化 产生E2 1.原理:互感现象 从能量观点看,变压器是如何把电能从初级传送到次级的? 2.能量传输 变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了: 电能 → 磁场能 → 电能转化 二、变压器的原理 ~ n1 n2 U1 ~ B U1 变化 I1变化 B变化 副线圈中Φ变化 产生E2 1.原理:互感现象 2.能量传输 变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了: 电能 → 磁场能 → 电能转化 问题:电能在经过变压器过程中有哪些能量损失? 问题:在传输电能的过程中,闭合铁芯起什么作用? 闭合铁芯中产生的铁损忽略不计 原副线圈中铜损忽略不计 闭合铁芯的漏磁忽略不计 理想变压器的特点: 理想变压器模型 ——没有能量损失的变压器 实际上电力设备中的巨大变压器,在满负荷工作时效率可以达到97%~99%,所以理论研究时我们把它当成理想变压器。 理想变压器也是一个理想化模型。 问题: 变压器副线圈输出的电压可能与哪些因素有关? 三、实验探究 探究:副线圈匝数对输出电压的影响 实验次数 n 1/匝 n2/匝 U 1/V U 2/V 1 400 5 2 3 4 保持U1和n1不变,改变n2,测U2 实验结论:在误差允许的范围内,原、副线圈的电压之比,等于两个 线圈的匝数比, 四、理想变压器的变压规律 E1 E2 U1 ~ ~ U2 n1 n2 原线圈感应电动势: 副线圈感应电动势: n1 n2 U1 ~ U2 ~ R 交变电源 问题:变压器副线圈回路中输出电压U2与感应电动势E2之间是什么关系? 科学推理 副线圈回路:U2= E2 - I2 r2 由于忽略线圈电阻,即: r2→0 得:U2=E2 四、理想变压器的变压规律 n1 n2 U1 ~ U2 ~ R 交变电源 问题:变压器原线圈回路中感应电动势E1与输入电压U1之间是什么关系? 科学推理 :U1 =E1 +I1 r 由于忽略线圈的电阻,即:r1→0 得:U1=E1 原线圈回路 四、理想变压器的变压规律 原线圈感应电动势: 副线圈感应电动势: n1 n2 U1 ~ U2 ~ R 交变电源 副线圈回路:U2= E2 - I2 r2 由于忽略线圈电阻,即: r2→0 得:U2=E2 综合得: 无漏磁: 由于忽略线圈的电阻,即:r1→0 得:U1=E1 原线圈回路:U1 =E1 +I1 r ~ U1 U2 n1 n2 ~ 1、n2 >n1 U2>U1——升压变压器 2、n2 <n1 U2 <U1——降压变压器 理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比 四、理想变压器的变压规律 问题: 理想变压器原线圈输入功率P输入,与副线圈输出功率P输出之间是什么关系? 如果只有一个副线圈,原线圈电流I1,与副线圈电流I2之间是什么关系? 3.功率关系:P输入=P输出 U1I1= U2I2 如果只有一个副线圈: 得 四、理想变压器的规律 n1 n2 U1 ~ U2 ~ R 1. 一理想变压器,其原线圈2000匝,副线圈400匝,在副线圈接一个100Ω的负载电阻,如图所示。 (1) 当原线圈接在40V恒定直流电源上时,电压表示数为_V,电流表示数为_A. (2)当原线圈接在