3.3变压器（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

3.变压器 第三章 交变电流 人教版选择性必修第二册 导入新课 生活中电器的电压 充电电压5V 工作电压220V 警棍电击时20KV 生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。我国生活用电是220V电压，那么如何使电器设备获得各不相同的电压呢？ 发电电压:20KV 导入新课 街头变压器 手机充电器 可拆式变压器 变电站的大型变压器 琳琅满目的变压器 学习目标 物理观念 知道变压器的构造和工作原理，知道理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 科学思维 知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。 科学探究 通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，并解释升压变压器和降压变压器。 科学态度 与责任 深刻理解与运用理想变压器的相关知识，体会科学、技术、社会三者关系，逐步形成良好的科学态度。 重点难点 重点 1. 变压器的构造和工作原理。 2. 理想变压器的变压规律。 难点 结合理想变压器的概念，对实际问题进行抽象和理想化。 1. 变压器的原理 2. 电压与匝数的关系 3. 课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 第1节 变压器 一、变压器的原理 第3节 变压器 一、变压器的原理 1. 变压器的构造 （1）构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 铁芯 原线圈 副线圈 ① 铁芯：绝缘硅钢片叠合而成 ② 原线圈：与交流电源相连的线圈叫做原线圈也叫初级线圈 ③ 副线圈：与负载相连的线圈叫做副线圈也叫次级线圈 一、变压器的原理 2.变压器的示意图及电路符号： 铁芯与线圈互相绝缘 ① 原线圈(初级线圈) ② 副线圈(次级线圈) 其匝数用n1表示 原线圈两端的电压叫变压器的输入电压U1 其匝数用n2表示 副线圈两端的电压叫变压器的输出电压U2 n1 n2 n1 n2 一、变压器的原理 问题：变压器原副线圈不相通，那么给原线圈接交变电源，副线圈链接一个小灯泡，通电后，小灯泡会发光吗，为什么？ （1）当左侧线圈加上交流电压时，左侧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，在右侧线圈中会产生感应电动势，右侧线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 （2）若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？ （2）不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 一、变压器的原理 3. 变压器的工作原理 n1 n2 铁芯 U1 U2 原线圈接交变电流 原线圈中的磁场发生改变 副线圈中的磁通量发生改变 副线圈产生感应电动势 副线圈有感应电流 原线圈 副线圈 I1 电流的 磁效应 铁芯 传递 如果电 路闭合 I2 ——互感现象 变压器只能改变交流电，不能改变恒定电流 能量变化 电能 → 磁场能 → 电能 (U1、I1) (变化的磁场) (U2、I2) 能量 一、变压器的原理 注意： （1）变压器不改变交变电流的周期和频率。 （2）变压器只对变化的电流起作用，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，两个线圈间是绝缘的。 4.变压器的作用： 改变交变电流的电压 R n1 n2 原、副线圈的磁场同步变化，磁通量的变化率相同。 一、变压器的原理 例1.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( ) 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 C 二、电压与匝数的关系 第3节 变压器 二、电压与匝数的关系 想一想：根据电磁感应定律，你认为原、副线圈的电压U1、U2和线圈的匝数n1、n2之间会有什么关系呢？ R n1 n2 原线圈的感应电动势： 副线圈的感应电动势： 原、副线圈的磁场同步变化，磁通量的变化率相同。 那么U1：U2是否也等于n1：n2呢？ 对原线圈： 忽略原线圈电阻： 对副线圈：副线圈对于后面的电路相当于一个电源，若忽略副线圈电阻，则： 二、电压与匝数的关系 实 验 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)，多用电表，低压交流电源以及导线若干等。 【实验器材】 V ～ n1 n2 实验电路图： 二、电压与匝数的关系 （1）按图示电路连接电路 （2）原线圈接低压交流电源12V，保持原线圈匝数n1=200匝不变，分别取副线圈匝数n2= 00匝、200匝，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。 （3）原线圈接低压交流电源12V，保持副线圈匝数n2=100匝不变，分别取原线圈匝数n1= 800匝、1400匝，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。 【实验步骤】 ★注意事项 （1）为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V； （2）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程试测。 V ～ n1 n2 ★实验视频 二、电压与匝数的关系 实验次数 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 n1/n2 U1/U2 1 800 400 8V 3.68V 2 2.2 2 800 100 8V 0.9V 8 8.9 3 200 100 8V 3.61V 2 2.2 4 1400 100 8V 0.5V 14 16 【得出结论】从实验中我们发现，原副线圈上的电压之比并不严格等于匝数之比，但十分接近它们的匝数之比。在误差允许范围内原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即： 【实验数据】 二、电压与匝数的关系 思考：为什么数据没有严格遵从原、副线圈上的电压之比等于它们的匝数之比这样的规律呢？ 原因：变压器的能量损耗 ①铜损 ②铁损 ③磁损 线圈电阻发热 涡流现象发热，铁芯发热 漏磁损失能量 理想变压器 没有能量损耗 磁通量全部集中在铁心内 P1＝P2 Φ1=Φ2 电能没有发热损耗 二、电压与匝数的关系 1.理想变压器的电压关系 ①理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比，即 n1 n2 U1 U2 ②若变压器有多个副线圈，其电压与匝数的关系依然成正比。即 n1 U1 n2 U2 n3 U3 n4 U4 或 理想变压器无内阻，路端电压U等于电动势E。 ① ② 升压变压器 降压变压器 2.变压器类型： 注意：匝数比一定时，输入电压（U1）决定输出电压（U2） ③ 等压变压器 二、电压与匝数的关系 3.理想变压器的功率和电流关系 （1）理想变压器无能量损耗，所以副线圈的 P入= P出 （2）对有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和。即：P入=P出1+P出2+…+P出n 得： —— 电流关系 （3）电流关系，由于P入= P出，P=UI （4）有多个副线圈时：由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn 得 I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 注意：匝数多电流小可用细导线，匝数少电流大需用粗导线。 二、电压与匝数的关系 → U1决定 U2 → I2 决定 I1 → P出决定P入 P入=P出 4、制约关系 I2 U2 R U1 n1 n2 I1 U1 U2 I2 P1 I1 P2 二、电压与匝数的关系 例2.如图为由理想变压器、电阻和灯泡组成的电路，电路输入的电压为U，电阻R的阻值是1.5Ω，小灯泡L1上标有“4V，2W”，变压器副线圈回路中接入两个均标有“12V，3W”的小灯泡L2，小灯泡L1、L2均正常发光。下列说法中正确的是（　　） A．理想变压器的原、副线圈匝数比为n1:n2=1:6 B．通过电阻R的电流是1.5A C．电阻R的功率为6W D．电路输入的电压U＝15V AC 二、电压与匝数的关系 几种常见的变压器 1、自耦变压器 U2 U1 A B P 二、电压与匝数的关系 2.互感器 A 电流互感器 电压互感器 V 使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数 零线 火线 零线 火线 三、课堂总结 第3节 变压器 四、课堂总结 1.变压器原理： 3.理想变压器特点： 利用互感现象实现电能到磁场能到电能的转化和传递。 ①变压器铁芯内无漏磁 ②原、副线圈不计内阻 ③忽略铁芯产生的热量 二、理想变压器规律 ①功率关系： P入= P出 ②频率关系： ③电压关系： ④电流关系： 三、几种常见变压器 一、变压器的构造 2、能量转化：电能→磁场能→电能 f1= f2 I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 四、练习与应用 第3节 变压器 四、练习与应用 1、某手机充电器充电时的电流可简化为如图甲所示电路，原线圈串联一个阻值R1=800Ω的定值电阻，副线圈c、d连接阻值R2=5Ω的定值电阻，a、b两端输入如图乙所示的正弦交流电压，理想电流表示数为0.025A，则下列说法正确的是（ ） A、理想电压表示数为10V B、电阻R2的电功率为5W C、理想变压器原副线圈匝数比为40:1 D、若电阻R1阻值减小，则电阻R2电功率也将减小 BC 四、练习与应用 2. 如图所示，变压器原线圈接交流高压，降压后通过输电导线给用电器供电，当电键S断开时，图中电压表示数U和电流表示数I的变化是（ ） A. U、I均变大　　　　　　　 B. U变大，I变小 C. U、I均变小 D. U变小，I变大 B 四、练习与应用 C 四、练习与应用 4．钳形电流表由电流互感器和电流表组合而成，常用来测量电流强度很大的电流，其原理如图所示。若原线圈与副线圈的匝数比为1:500，电流表A的示数为1A，则（　　） A．钳形电流表能够用来测量直流电的电流 B．被测电路电流的有效值为500A C．被测电路电流的平均值为500AD．被测电路电流的最大值为500A B 四、练习与应用 5．如图所示电路中，变压器为理想变压器，电流表为理想电表，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，在原线圈两端加上正弦交流电压，则下列判断正确的是（ ）A．仅将滑片P1向上移，电流表的示数减小 B．仅将滑片P1向上移，R1消耗的功率减小 C．仅将滑片P2向上移，电流表的示数减小 D．仅将滑片P2向上移，R1消耗的功率减小 C Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $