3. 变压器（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第三章 交变电流 人教版（2019）选择性必修 第二册 3.变压器 目录 知识回顾 1 学习目标 2 重点难点 3 变压器的构造与工作原理 4 变压器基本规律 6 实验：基本关系 5 课堂小结 7 随堂练习 8 2 知识回顾 电磁感应现象的条件和法拉第电磁感应定律？ 电磁感应现象产生的条件：闭合电路、磁通量发生变化。 法拉第电磁感应定律： 学习目标 物理观念 理解变压器的构造与互感工作原理，掌握理想变压器电压、电流、功率与匝数的关系，知道变压器只能改变交流电压。 科学思维 通过建立理想变压器模型，体会理想化物理方法；会推导变压、变流公式，理清电压、电流、功率的因果关系。 科学态度与责任 了解变压器在电力输送、家用电器中的应用，树立安全用电、科学用电的意识。 科学探究 通过实验探究电压与匝数的关系，掌握控制变量法；理解变压器电能→磁场能→电能的能量转化过程。 教学 难点 教学 重点 结构与原理 变压器的工作原理。 基本规律 理想变压器的基本规律。 基本应用 理解变压器电能→磁场能→电能的能量转化过程。 基本规律 理想变压器的基本规律。 模型条件 理想变压器模型的条件与意义应用。 因果关系 电压、电流、功率的因果关系。 重点难点 课堂导入 生活中各类变压器：手机充电器、电源适配器、变电站大型变压器。 提问：为什么不同用电器需要不同电压？变压器是如何改变电压的呢?变压器如何安全、高效地改变交流电压？ 6 01 PART 01 第一部分 变压器的构造与原理 探究新知 7 变压器的构造与示意图 变压器的构造 原线圈 副线圈 ①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成 ②原线圈： ③副线圈： 与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈 与负载相连的线圈，也叫次级线圈 变压器的示意图 变压原理 n1 n2 铁芯 U1 U2 原线圈接交变电流 原线圈中产生交变磁场 副线圈产生感应电动势 原线圈 副线圈 I1 铁芯构成磁回路 I2 变压器的基本原理是利用原线圈和副线圈之间的互感现象 例1 (多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A.原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能 B.铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险 C.变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小 D.当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出 例题分析：原理 答案　AC 解析　根据变压器的工作原理知，故A正确；铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，故B错误；变压器只改变电压，不改变电流的频率，故C正确；变压器对恒定电流不起作用，故D错误。 例题分析：原理 11 02 PART 02 第二部分 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 探究新知 12 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1.输入电压不变，原线圈的匝数不变。 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 400 4.25 400 4.25 400 4.25 200 800 1400 1.99 7.88 13.78 U1与n1一定， U2与n2成正比 2.输入电压不变，副线圈的匝数不变。 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 400 4.25 400 4.25 400 4.25 200 800 1400 1.99 7.88 13.78 200 6.6 200 6.6 100 12.9 400 3.1 U1与n1一定， U1与n2一定， 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 U2与n2成正比 U2与n1成反比 14 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 漏磁损失能量 理想变压器 磁通量全部集中在铁心内 P1＝P2 Φ1=Φ2 电能没有发热损耗 理想变压器 理想变压器 03 PART 03 第三部分 理想变压器的基本规律 探究新知 16 电压与匝数关系 设穿过原线圈磁通量为Φ1，穿过副线圈磁通量为Φ2。 Φ1=Φ2 理想变压器，不考虑原副线圈的内阻，则： U1=E1 U2=E2 ΔΦ1=ΔΦ2 理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比 ①n2 >n1 U2>U1——升压变压器 ②n2 <n1 U2 <U1——降压变压器 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 电压与匝数关系 变压器的应用 实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏。而用电器使用电压不一样。由于有了变压器，交流的电压容易改变，所以交流得到了广泛的应用。 小家电中的变压器 变电站的大型变压器 我们知道导线可以输送电能，变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的? n1 n2 铁芯 U1 U2 原线圈 副线圈 I1 I2 原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场 铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈 副线圈上产生了感应电流 电场能 磁场能 电场能 磁场能 变压器的能量转换 电流关系 理想变压器：输出功率等于输入功率 U1I1=U2I2 （次级只有一个线圈） P1＝P2 P=UI 原副线圈中的电流之比等于线圈匝数的反比 变压器高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制,低压线圈匝数少而通过的电流大,应用较粗的导线绕制。 若有多个副线圈 则电流与匝数关系为 n1I1=n2I2+n3I3+… 21 例题分析：基本规律 例2：有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线图是1140匝，副线圈是多少匝?在某次实际工作时输入电压只有220V，则输出电压是多少？ 解：1.根据 代入数据得： 解得：n2=108 2.根据 代入数据得： 解得：U2=20.8V 例3 (多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，电压表和电流表均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，A、B端输入电压u1＝12sin(100πt)V。下列说法正确的是(　　) A.电流频率为50 Hz B.电压表的示数为24 V C.电流表的示数为0.5 A D.变压器的输入功率为6 W 例题分析：基本规律 答案　AD 解析　根据u1＝12sin(100πt)V及U＝ 知，U1＝12 V，f＝ ＝50 Hz，选项A正确；根据得U2＝ U1＝ ×12 V＝6 V，即电压表的示数为6 V，选项B错误；电流表的示数I2＝ ＝ A＝1 A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝ ＝6 W，可知变压器的输入功率为6 W，选项D正确。 例题分析：基本规律 在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电。即f1=f2 所以变压器只能改变电压的大小，进而影响电流的变化，但是变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小。 原副线圈中的频率关系 04 PART 04 第四部分 输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系 探究新知 26 电压、电流、功率之间的因果关系 U1 U2 I2 I1 ①U1由电源决定 ②U2由U1和匝数比决定： ③I2由U2和负载决定： ④I1由I2和匝数比决定： ⑤输入功率P1由输出功率P2决定： P1＝P2 P1 07 PART 07 第七部分 随堂练习 随堂练习 28 随堂练习 1.关于变压器的工作原理，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.变压器是依靠自感过程进行工作的 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 答案　C 解析　通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的，即磁通量Φ变化，故A错误；变压器的工作原理是互感现象，原、副线圈并没有直接相连，故B、D错误；穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势，符合法拉第电磁感应定律，故C正确。 随堂练习 2.(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 答案　BD 解析　由于用电器正常工作，所以U2＝60 V，变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，选项A错误；由得= = ，选项D正确；由得＝ 0.6A ，选项B正确；根据I＝ 得通过副线圈的电流的最大值I2m＝ I2＝ A，选项C错误。 随堂练习 3.对如图甲所示的理想变压器，副线圈回路中接有阻值为R＝10 Ω的电阻，现给变压器原线圈加上如图乙所示的正弦交流电，开关S闭合后电压表的示数为50 V，下列说法正确的是(　　) A.理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1 B.理想变压器原线圈的电压为100 V C.理想变压器原线圈的电流为2.5 A D.变压器输出功率为500 W 随堂练习 答案　C 解析　根据图乙可知变压器原线圈的输入电压的有效值为100 V，根据变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，有= = ，故A、B错误；根据欧姆定律可知副线圈中的电流为I2＝ ＝5 A，再根据变压器原、副线圈电流和匝数的关系，有，可得理想变压器原线圈的电流为＝ ＝2.5 A，故C正确；变压器的输出功率为P2＝U2I2＝50×5 W＝250 W，故D错误。 课堂小结 结构与原理 基本规律 因果关系 结构符号 功率关系 电压、电流 原理 规律 电压关系化 电流关系 频率关系 科学方法 理想模型法 逻辑推理法 模型应用法 关键规律 变压器的基本关系 电压电流的因果关系 变压器 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $