人教版選修11 變壓器 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

第六節(jié) 變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)：1知道變壓器的構(gòu)造2理解互感現(xiàn)象，理解變壓器的工作原理3理解理想變壓器的原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決基本問題4理解理想變壓器的原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決基本問題5知道課本中介紹的幾種常見的變壓器【重、難點(diǎn)】重點(diǎn)：理想變壓器的原、副線圈中電壓與匝數(shù)，電流與匝數(shù)的關(guān)系 難點(diǎn)：分析解決理想變壓器基本問題預(yù)習(xí)新課：1變壓器(1)構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成。原線圈：與交流電源連接的線圈；副線圈：與負(fù)載連接的線圈。(2)變壓器的工作原理：變壓器工作的基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)的磁場(chǎng)不僅穿過原線圈，也同時(shí)穿過副線圈，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化，變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)作用：改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率。(4)原、副線圈的作用原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載；副線圈在其所處回路中充當(dāng)電源。【思維激活】1.為什么高壓電纜的絕緣子是一節(jié)一節(jié)的？提示：為了使個(gè)高壓電纜與鋼塔或支持物之間獲得良好絕緣，絕緣子或絕緣套管是一節(jié)一節(jié)的，這些絕緣子是用陶瓷質(zhì)制成，比飯碗的瓷質(zhì)還要細(xì)密。它的表面涂了一層釉，使其光滑不易粘污。但長期暴露在空氣中，仍會(huì)積染灰塵污垢，而這些污垢是會(huì)導(dǎo)電的，造成一節(jié)一節(jié)的形狀，就是為了增大漏電沿表面“爬過”的距離，因而增大了絕緣子的電阻，減小了漏電的危險(xiǎn)。2.實(shí)際上的變壓器在工作中通常會(huì)有三種損耗，你知道是哪三種損耗嗎？提示：高壓器在工作時(shí)，實(shí)際上從副線圈輸出的功率并不等于從原線圈輸入的功率，而要有少量的功率損耗，功率損耗的形式有三種：（1）銅損：實(shí)際交壓器的原副線圈都是用絕緣銅導(dǎo)線繞制的，雖然銅的電阻率很小，但銅導(dǎo)線還是有一定電阻的，因此在變壓器工作時(shí)，線圈中就會(huì)有熱量產(chǎn)生，導(dǎo)致能量損耗，這部分損耗叫做銅損?！咀灾髡怼?.變壓器的實(shí)際損耗有那些？（1）同損：實(shí)際變壓器的原副線圈都是用絕緣同導(dǎo)線繞制的，雖然同的電阻很小，但銅導(dǎo)線還是有一定的電阻，固cx，當(dāng)變壓器工作時(shí)線圈中就會(huì)有熱量產(chǎn)生導(dǎo)致能量損耗，這種損耗叫銅損。（2）鐵損：變壓器工作時(shí)，原副線圈中有交變電流通過，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通量鐵心中就會(huì)因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流。使鐵心發(fā)熱而導(dǎo)致能量損耗，這種在鐵心中損失的能量叫鐵損。（3）磁損：變壓器工作時(shí)，原副線圈產(chǎn)生的交變磁通量絕大數(shù)通過鐵芯，但也有很少一部分磁通量從線圈匝與匝之間漏掉，即有漏磁，這就使得通過原副線圈的磁通量并不相等，這漏掉的磁通量會(huì)在周圍空間形成電磁波而損失一部分能量，這種損耗叫磁損?！靖呤止P記】1.理想變壓器的規(guī)律：（1）理想變壓器原副線圈電壓關(guān)系：，若有多個(gè)副線圈，則有（2）功率關(guān)系：根據(jù)能量守恒有p入與p出，i1u1=i2u2或i1u1=i2u2+i3u3+（3） 電流關(guān)系：電流關(guān)系是由功率關(guān)系決定的。定量：i1n1=i2n2或i1n1=i2n2+i3n3+定性：因p入隨p出的變化而變化，故i1與i2的變化而變化，當(dāng)i2=0時(shí)，i1很小。變壓器高壓圈匝數(shù)多而導(dǎo)線細(xì)，低壓圈匝數(shù)少而導(dǎo)線粗，是區(qū)別高低壓線圈的方法。2.常用變壓器類型：自感變壓器，調(diào)壓變壓器，互感器（電壓互感器，電流互感器）【名師解惑】1.變壓器的工作原理，從理論上推導(dǎo)理想變壓器的電壓、電流關(guān)系（1）電動(dòng)勢(shì)關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，沒有漏磁，原、副線圈中具有相同的磁通量的變化率如圖2-6-1根據(jù)法拉第電磁感定律，原線圈中e1=n1副線圈中e2=n2，所以有圖2-6-1（2）電壓關(guān)系：由于不計(jì)原、副線圈電阻，因而u1=e1，u2=e2所以有這與實(shí)驗(yàn)探究得到的規(guī)律相同。若n1n2，u1n2，u1u2，就是降壓變壓器。輸出電壓u2由輸入電壓u1和n1、n2共同決定。（3）電流關(guān)系：由于不存在各種能量損失，所以變壓器的輸出功率等于功率，p1=p2，用u、i代換得：u2i2=u1i2，所以有這就是電流與匝數(shù)的關(guān)系，原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比。輸入功率p1由輸出功率p2決定，負(fù)載需要多少功率，原線圈端就輸入多少功率。輸入電流i1由輸出電流i2和n1、n2共同決定，若空載，即i2=0，則i1=0，原線圈中的電流又可理解成是副線圈的反射電流，在匝數(shù)比一定的情況下，這兩個(gè)電流成正比。2.對(duì)于多個(gè)副線圈問題：當(dāng)變壓器由一個(gè)原線圈和多個(gè)副線圈組成時(shí)，情況會(huì)怎么樣呢？如圖2-6-2所示，原線圈的匝數(shù)為n1，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3，電壓分別為u1、u2、u3，電流分為i1、i2、i3，圖2-6-2（1）線圈由于繞在同一個(gè)鐵芯上，穿過每一匝線圈的磁通量的變化率都相等，電壓關(guān)系仍成立，電壓與匝數(shù)成正比，即：u1：u2：u3= n1：n2：n3。（2）電流關(guān)系應(yīng)由功率關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)，i1u1=i2u2+i3u3。2.如圖2-6-3所示，原線圈匝數(shù)為n，兩個(gè)副線圈匝數(shù)分別為n2和n3，相應(yīng)電壓分別為u1、u2和u3，相應(yīng)的電流分別為i1、i2、i3，根據(jù)理想變壓器的工作原理可得圖2-6-3 由此可得： 根據(jù)p入=p出得i1u1=i2u2+i3u3 整理得i1n1=i2n2+i3n3 以上式即為多個(gè)副線圈的理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系和電流與匝數(shù)的關(guān)系?！局v練互動(dòng)】例1.如圖2-6-4甲、乙所示電路中，當(dāng)a、b接10v交變電壓時(shí)，c、d間電壓為4v；m、n接10v直流電壓時(shí)，p、q間電壓也為4v?，F(xiàn)把c、d接4v電流，p、q接4v直流，下面哪個(gè)選項(xiàng)可表示a、b間和m、n間的電壓（ ） 圖2-6-4a.10v，10vb.10v，4vc.4v，10vd.10v，0v解析：甲圖是一個(gè)自耦變壓器，當(dāng)a、b作為輸入端，c、d作為輸出端時(shí)，是一個(gè)降壓變壓器，兩邊的電壓之比等于兩邊線圈的匝數(shù)之比。當(dāng)c、d作為輸入端，a、b作為輸出端時(shí)，是一個(gè)升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以c、d接入4v交流時(shí)，a、b間將得到10v交流。乙圖是一個(gè)分壓電路，當(dāng)m、n作為輸入端時(shí)，上下兩個(gè)電阻上電壓跟它們電阻的大小成正比，但是當(dāng)把電壓加在p、q兩端時(shí)，電流只經(jīng)過下面那個(gè)電阻，上面的電阻中沒有電流， 兩端也沒有電勢(shì)差，即m、p兩點(diǎn)的電勢(shì)相等，所以當(dāng)p、q接4v直流時(shí)，m、n兩端的電壓也是4v。順便指出，如果m、n或p、q換成交變電壓，上述關(guān)系仍然成立，因?yàn)樵诮涣骷冸娮柚袣W姆定律照樣適用。答案： b【綠色通道】通過例題分析，讓學(xué)生明確變壓器與分壓器的區(qū)別，電阻元件對(duì)電流只表現(xiàn)出阻礙作用，它不會(huì)出現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。【變式訓(xùn)練一】1.如圖2-6-5所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1：n2=1：2，電源電壓為220v，a是保險(xiǎn)絲（額定電流i0=1a），r為交變電阻，為使原線圈中電流不超過i0，r的阻值最不少于_歐。圖2-6-5解析：由等效負(fù)載電阻公式得：所以r=880。答案：880例2.汽車等交通工具中用電火花點(diǎn)燃汽油混合氣，如圖2-6-6所示，已知汽車蓄電池電壓為12v，變壓器匝數(shù)之比為1：100，當(dāng)開關(guān)s從閉合后，火花塞上電壓為多少？當(dāng)開關(guān)s從閉合到突然斷開，可見火花塞提供瞬時(shí)高電壓，產(chǎn)生電火花，蓄電池提供的是直流電，為什么變壓器的副線圈也能得到高電壓呢？圖2-6-6解析：當(dāng)開關(guān)s閉合后，變壓器的原線圈中是恒定電流，鐵芯中的磁通量不變，副線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，火花塞上電壓為零，當(dāng)開關(guān)從閉合到突然斷開，鐵芯中磁通量突然變小，在副線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高電壓（脈沖高電壓可達(dá)104v左右），使火花塞產(chǎn)生電火花。答案：見解析【黑色陷阱】（1）本題容易出現(xiàn)兩種錯(cuò)誤觀點(diǎn)：由公式該結(jié)果錯(cuò)誤，因?yàn)殚_關(guān)閉合后，原、副線圈沒有磁通過量的變化，故不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。機(jī)械記憶某些結(jié)論：認(rèn)為變壓器只可能改變交變電流的電壓、電流等，而對(duì)“蓄電池”這樣的直流電壓無法變壓，但在開關(guān)閉合后與斷開的瞬間，磁通量變化，從而產(chǎn)生瞬時(shí)高壓。【變式訓(xùn)練二】1.如圖2-6-7所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為n1:n2=4:1，原線圈回路中的電阻a與副線圈回路的負(fù)載電阻b的阻值相等。a、b端加一定交流電壓后，兩電阻消耗的功率之比pa:pb=_，兩電阻兩端電壓之比ua:ub=_。圖2-6-7解析：本題主要考查了原副線圈的電流關(guān)系和電功率等內(nèi)容。因?yàn)閚1n2=41,所以u(píng)1u2=41 i1i2=14則功率之比=電壓之比=.答案： 例3.如圖2-6-8所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同燈泡l1和l2，輸電線的等效電阻為r，開始時(shí)，開關(guān)s斷開，當(dāng)s接通時(shí)以下說法正確的是（ ）圖2-6-8a.副線圈兩端m、n的輸出電壓減小b.副線圈輸電線等效電阻r上的電壓降增大c.通過燈泡l1的電流減小d.原線圈中的電流增大答案：bcd【變式訓(xùn)練三】1.如圖2-6-9所示，一理想變壓器的變壓比為3：1，圖中四只燈泡完全相同，在l1、l2、l3正常發(fā)光的條件下，若斷開l4則（ ）圖2-6-9al1、l2、l3變亮bl1、l2、l3變暗cl1變亮，l2、l3變暗dl1變暗，l2、l3亮度不變答案：d【體驗(yàn)探究】【問題】怎樣探究理想變壓器中的規(guī)律？并推導(dǎo)之?！緦?dǎo)思】由于互感現(xiàn)象，沒有漏磁，原、副線圈中具有相同的磁通量的變化率【探究】如圖2-6-10根據(jù)法拉第電磁感定律，原線圈中e1=n1副線圈中e2=n2，所以有圖2-6-10（2）電壓關(guān)系：由于不計(jì)原、副線圈電阻，因而u1=e1，u2=e2所以有這與實(shí)驗(yàn)探究得到的規(guī)律相同。若n1n2，u1n2，u1u2，就是降壓變壓器。輸出電壓u2由輸入電壓u1和n1、n2共同決定。（3