第3章 第3节 变压器（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

交变电流 第三章　 第3节　变压器 返回目录 物理　选择性必修2 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(十六) 课前　教材预案 知识点1　变压器的原理 闭合铁芯 原线圈 副线圈 互感 磁场 感应电动势 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点2　电压与匝数的关系 能量损耗 返回目录 物理　选择性必修2 　 匝数 之比 降压 升压 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点3　变压器中的能量转化 磁场 电场 返回目录 物理　选择性必修2 　 × × × × 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课堂　深度探究 考点1　变压器的工作原理 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点2　实验：探究变压器原、副线圈,电压与匝数的关系 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点3　理想变压器的基本关系 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系；知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型(物理观念).2.会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系；会用能量的观点理解变压器的工作原理(科学思维).3.实验探究原、副线圈电压、电流与匝数的关系(科学探究).4.进一步体会建立理想模型的思维方法；养成实验中注意避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度(科学态度与责任)． 1．构造：由____________和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作__________，与负载连接的线圈叫作__________. 2．原理：________现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的________也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生______________. 1．理想变压器：没有____________的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型． (1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”． (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”． (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”． 2．电压与匝数的关系 理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的_______ ______，即＝_______. 3．两类变压器 副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作_____变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作______变压器． 原线圈中电场的能量转变成________的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了________的能量． 1．判断下列说法的正误． (1)变压器能改变交变电流的电压，也能改变直流电的电压． (　 　) (2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率．(　 　) (3)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高． (　 　) (4)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．(　 　) 2．(多选)理想变压器工作时，原线圈输入与副线圈输出的物理量一定相同的是(　　) A．电压有效值 B．电流有效值 C．交流电频率 D．电功率 答案　CD 解析　理想变压器只能改变电压、电流，并且不损耗能量，所以电功率不变化；输出频率和输入频率都与铁芯中磁场变化的频率相同，选项C、D正确． 【情境导学】 如图所示，把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光．两个线圈并没有直接连接，小灯泡为什么能发光？ 答案　原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流，使小灯泡发光． 1．变压器的构造 变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图甲、乙所示． 2．变压器的工作原理图 注意　(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是彼此绝缘的． 【例题1】 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数是12 mA，则电流表A2的示数为(　　) A．3 mA B．0 C．48 mA D．与负载R的值有关 思维导引：(1)导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流；(2)穿过原线圈的磁通量不变化，则在副线圈中的磁通量也不变化，因此无感应电动势产生． 答案　B 解析　导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过副线圈的磁通量变化，在副线圈上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过，选项B正确． 【变式1】 (多选)如图所示，为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法正确的是(　　) A．图中M是闭合的铁芯 B．发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出 C．电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈 D．变压器是根据电磁感应原理工作的 答案　AD 解析　由变压器的结构图可知，M为闭合的铁芯，选项A正确；由题意知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，选项B错误；铁芯提供闭合的磁路，使电能先转化成磁场能，再在副线圈中转化成电能，选项C错误；变压器工作的基础是互感现象，也即电磁感应原理，选项D正确． 1．实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原副线圈的电压与匝数的关系． 2．实验器材 多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源开关、导线若干． 3．实验步骤 (1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数． (2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中． (3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值． (4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值． 4．实验结论 实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝. 5．注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作． (2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱． (3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量． 【例题2】 为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，必须要选用的是__________. A．有闭合铁芯的原、副线圈 B．无铁芯的原、副线圈 C．交流电源 D．直流电源 E．多用电表(交流电压挡) F．多用电表(交流电流挡) 用匝数na＝60和nb＝120的变压器，实验测量数据如下表， Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接电源的线圈是__________(选填“na”或“nb”)． 解析　为了完成实验，需要使用交流电源变压，故选用多用电表的交流电压挡：为了让变压效果明显，需要带闭合铁芯的原、副线圈；由于存在能量损耗，所以副线圈测量电压值应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端． 答案　ACE　nb 【变式2】 (1)某同学在做“探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5 V，用演示电表交流50 V挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________. A．5∶8 B．5∶16 C．1∶14 D．1∶8 (2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，__________(选填“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线． 解析　(1)根据电压表读数知，该变压器的输出电压为40 V，所以变压器的原、副线圈匝数之比＝＝＝，选项D正确，A、B、C错误． (2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线． 答案　(1)D　(2)副线圈 1．电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝. (1)当有n2>n1时，U2>U1是升压变压器；当n2<n1时，U2<U1，是降压变压器． (2)当有n组线圈时，则有＝＝＝…. 2．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出． 3．电流关系：(1)当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得＝. (2)当有多个副线圈时，有I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…. 【例题3】 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V　60 W”的灯泡一只，且灯泡正常发光，则(　　) A．电流表的示数为 A B．电流表的示数为 A C．电源输出功率为1 200 W D．原线圈两端电压为11 V 思维导引：(1)由灯泡中的电流，结合＝求原线圈中的电流；(2)不作说明时，电压和电流均指有效值；(3)理想变压器的输入功率等于输出功率；(4)由＝求原线圈两端电压． 答案　A 解析　由题意知流经副线圈的电流I＝ A＝ A，则电流表的示数为I1＝ A，选项A正确，B错误；因为是理想变压器，故电源输出的功率等于灯泡消耗的功率，选项C错误；由U1＝×200 V＝4 400 V知，选项D错误． 【变式3】 一台理想变压器原、副线圈匝数比为22∶1，当原线圈两端输入u1＝220sin 314t(V)的交变电压时，下列说法正确的是(　　) A．副线圈两端电压为10 V B．副线圈接一个10 Ω电阻时，原线圈中的电流为1 A C．副线圈接一个10 Ω电阻时，原线圈中输入功率为10 W D．变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是220 V 答案　C 解析　原线圈两端的电压为U1＝220 V，由变压器的变压比＝，可得副线圈两端电压为U2＝10 V；副线圈接一个10 Ω电阻，副线圈中电流I2＝1 A，电功率P2＝U2I2＝10 W，原线圈输入功率也为10 W；由变压器的电流比＝可得I1＝ A；铁芯中磁通量的变化率最大值为＝，由于具体的匝数未知，所以磁通量变化率的最大值未知，选项C正确，A、B，D错误． 1．(变压器的工作原理)关于理想变压器的工作原理，下列说法正确的是(　　) 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．穿过副线圈的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 答案　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，选项A错误；因理想变压器无漏磁，选项B错误；由互感现象知，选项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，选项D错误． 2．(变压器的基本关系)理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端．已知三个灯泡均正常发光．该变压器原、副线圈的匝数之比为(　　) A．1∶2 B．2∶1 C．2∶3 D．3∶2 答案　B 解析　三灯泡都正常发光，则电流相等，由此可知变压器的原、副线圈的电流比＝，由于输入、输出功率相等，P1＝P2，得＝，得＝＝，选项B正确． 3．(变压器的基本关系)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是(　　) A．电流表的示数为1 A B．原线圈的输入功率为220 W C．电压表的示数为110 V D．副线圈输出交流电的周期为50 s 答案　A 解析　原线圈中电压的有效值为220 V，根据电压与匝数成正比＝可得，副线圈中电压的有效值为110 V，则电压表的示数为110 V，选项C错误；因为电阻R＝55 Ω，故副线圈中的电流为I2＝＝2 A，则原线圈中的电流为I1＝I2＝1 A，电流表的示数为1 A，选项A正确；由输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入功率为P＝IR＝(2 A)2×55 Ω＝220 W，选项B错误；原线圈中交流电的周期为T＝ s＝0.02 s，则副线圈中输出交流电的周期也为0.02 s，选项D错误． 4．(探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系)理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器．现有一个理想变压器、—个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)．甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系． (1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1.你认为猜想合理的同学是__________，你做出上述判断所依据的物理规律是________________________. (2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究．为保证实验安全、有效地进行，应选用__________电源． (3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于__________挡，并选用__________量程进行试测，大致确定被测数据后，再用适当的量程进行测量． 解析　(1)由变压器的工作原理可知，猜想合理的同学是甲同学．做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律． (2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12 V)交流电源． (3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用最大量程进行试测． 答案　(1)甲　法拉第电磁感应定律　(2)低压交流　(3)交流电压　最大 $$