【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第3章第3節(jié)科學(xué)探究變壓器課件

第3章第3節(jié)科學(xué)探究:變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器。理解變壓器的工作原理及工作規(guī)律。(物理觀念)2.通過實(shí)驗(yàn)探究理想變壓器的原、副線圈中電壓與匝數(shù)、電流與匝數(shù)的關(guān)系。(科學(xué)探究)3.理解理想變壓器的原、副線圈中電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系。(科學(xué)思維)4.理解理想變壓器原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率的關(guān)系。(科學(xué)思維)思維導(dǎo)圖基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)一、變壓器的工作原理

互感現(xiàn)象1.構(gòu)造:由

和繞在鐵芯上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈組成,如圖所示。

(1)原線圈:與

相連的線圈,也叫

。

(2)副線圈:與

相連的線圈,也叫

。

閉合的鐵芯

電源初級(jí)線圈負(fù)載次級(jí)線圈2.原理:

現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。原線圈中電流的大小、方向不斷變化,在鐵芯中激發(fā)的

也不斷變化,變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生

。

3.作用:改變交變電流的

,不改變交變電流的

和

。

4.在兩繞組變壓器中,原線圈中電流的變化會(huì)在副線圈中產(chǎn)生

,這種由一個(gè)線圈中電流的變化導(dǎo)致相鄰線圈的

發(fā)生變化,而在該相鄰線圈中產(chǎn)生

的現(xiàn)象,稱為互感現(xiàn)象。

互感磁場感應(yīng)電動(dòng)勢電壓周期頻率感應(yīng)電動(dòng)勢磁通量感應(yīng)電動(dòng)勢想一想生活中的用電器一般都可以使用220

V的交流電源,與它們的額定工作電壓都不相同,用電器是如何正常工作的呢?如果把變壓器接入直流電路,變壓器能起到變壓作用嗎?提示

變壓器可以降低電壓也可以升高電壓,通過變壓器得到用電器所需的合適電壓。變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的,因此只能在交流電路中工作,如果變壓器接入直流電路,原線圈中的電流不變,在鐵芯中不會(huì)引起磁通量的變化,就沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn),變壓器就起不到變壓作用。二、探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系定性探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系:如圖所示為原、副線圈匝數(shù)可變的變壓器。先保持原線圈匝數(shù)不變,使副線圈的匝數(shù)依次減少,電壓表V2的示數(shù)依次

。再保持副線圈的匝數(shù)不變,使原線圈匝數(shù)依次減少,電壓表V2的示數(shù)依次

。

減小增大三、理想變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系1.理想變壓器:沒有

的變壓器叫理想變壓器,它是一個(gè)理想化模型。

2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系理想變壓器原、副線圈的

等于兩個(gè)線圈的

,即

。

3.理想變壓器原、副線圈功率的關(guān)系P1

P2(選填“>”“=”或“<”)。

能量損失電壓之比匝數(shù)之比=4.兩類變壓器:副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫

變壓器;副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器叫

變壓器。

5.理想變壓器電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系:

(適用于只有一個(gè)副線圈的變壓器)。

想一想變壓器的鐵芯為什么用薄硅鋼片疊壓而成?降壓升壓提示

為了減少損耗,變壓器的鐵芯常用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。這樣,渦流被限制在狹窄的薄片之中,回路的電阻很大,渦流大為減弱,從而減少了鐵損。易錯(cuò)辨析

判一判(1)變壓器工作的原理是自感。(

)(2)理想變壓器無能量損失,其輸入功率與輸出功率相等。(

)(3)變壓器的兩個(gè)線圈所用導(dǎo)線的粗細(xì)一樣。(

)(4)變壓器能改變交變電流的頻率。(

)×提示

電磁感應(yīng)是變壓器的工作原理,即互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。

√×提示

不一樣。高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小,用較細(xì)的導(dǎo)線繞制而成;低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大,用較粗的導(dǎo)線繞制而成?！撂崾?/p>

對(duì)變壓器,當(dāng)加在原線圈上的交流電壓發(fā)生一個(gè)周期性變化時(shí),原線圈中的交變電流就發(fā)生一個(gè)周期性變化,鐵芯中產(chǎn)生的磁通量也發(fā)生一個(gè)周期性變化,副線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(電壓)也發(fā)生一個(gè)周期性變化,因此,變壓器只能改變交變電流的電壓及電流,不能改變交變電流的頻率。即學(xué)即用

練一練1.對(duì)理想變壓器作出的判斷正確的是(

)A.高壓線圈匝數(shù)多、電流大、導(dǎo)線粗B.低壓線圈匝數(shù)少、電流小、導(dǎo)線細(xì)C.高壓線圈匝數(shù)多、電流大、導(dǎo)線細(xì)D.低壓線圈匝數(shù)少、電流大、導(dǎo)線粗D解析

電壓高的匝數(shù)多,電流小,用細(xì)線。電壓低的,匝數(shù)少,電流大,用粗線。故D正確。B重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一變壓器的工作原理情境探究變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置,如圖所示是一個(gè)變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。(1)理想變壓器實(shí)際存在嗎?為什么?(2)變壓器的原、副線圈連在一起嗎?(3)是原線圈中的電流跑到副線圈中去了嗎?要點(diǎn)提示

(1)理想變壓器實(shí)際不存在,因?yàn)樵?、副線圈中的電流產(chǎn)生電熱、變壓器鐵芯中的渦流產(chǎn)生電熱、變壓器鐵芯漏磁引起的能量損失均不可避免。(2)變壓器的原、副線圈雖然都套在同一個(gè)鐵芯上,但兩線圈是彼此絕緣的。(3)是利用互感現(xiàn)象在副線圈上感應(yīng)出電流的,并不是原線圈的電流直接跑到副線圈中去了。知識(shí)歸納1.理想變壓器理想變壓器是實(shí)際變壓器的近似。理想變壓器有三個(gè)特點(diǎn):(1)鐵芯封閉性好,無漏磁現(xiàn)象,即穿過原、副線圈兩繞組每匝的磁通量Φ都一樣,每匝線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等。(2)線圈繞組的電阻不計(jì),無能損現(xiàn)象。(3)鐵芯中的電流不計(jì),鐵芯不發(fā)熱,無能損現(xiàn)象。記住“三個(gè)特點(diǎn)”2.工作原理變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)。(1)當(dāng)原線圈兩端加上交變電壓U1時(shí),就有交變電流I1通過原線圈,并在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場,鐵芯中就有變化的磁通量。(2)由于副線圈也繞在同一鐵芯上,這個(gè)變化的磁通量同樣穿過副線圈,并在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。(3)如果在副線圈兩端連接負(fù)載構(gòu)成閉合回路,在副線圈中就會(huì)產(chǎn)生交變電流

I2。電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象

閃光語錄

理想變壓器的工作原理

應(yīng)用體驗(yàn)典例1

(多選)關(guān)于變壓器,下列說法正確的是(

)A.變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)B.一切變壓器的工作基礎(chǔ)都是互感現(xiàn)象C.各種電流接入變壓器的輸入端,變壓器都能持續(xù)正常工作D.只有交變電流接入變壓器的原線圈中,變壓器才能持續(xù)正常工作AD解析

變壓器的原線圈接交流電源時(shí),有交變電流流過,引起穿過原、副線圈的磁通量發(fā)生變化,在原、副線圈中都產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢,所以變壓器的工作原理是電磁感應(yīng),A項(xiàng)正確;有一種變壓器叫自耦變壓器,它只有一個(gè)線圈繞在鐵芯上,但有三個(gè)抽頭,可升壓、也可降壓,這種變壓器的工作基礎(chǔ)是自感,B項(xiàng)錯(cuò)誤;變壓器要想持續(xù)正常工作,原線圈必須接交變電流,若接直流,原、副線圈中不可能出現(xiàn)持續(xù)的感應(yīng)電動(dòng)勢,變壓器不能持續(xù)正常工作,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。規(guī)律方法

互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)(1)在原、副線圈中由交變電流而引發(fā)的相互感應(yīng)現(xiàn)象,叫互感現(xiàn)象。(2)互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ):變壓器通過閉合鐵芯,利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化。(3)變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)來工作的,因此只能在交流電路中工作,如果變壓器接入直流電路,原線圈中的電流不變,在鐵芯中不能引起磁通量的變化,沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn),變壓器起不到變壓作用。針對(duì)訓(xùn)練1關(guān)于理想變壓器的工作原理,以下說法正確的是(

)A.通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈C解析

通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的,由于面積S不變,故磁通量Φ變化,A錯(cuò)誤;因理想變壓器無漏磁,故B錯(cuò)誤;由互感現(xiàn)象知C正確;線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能,原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起,故D錯(cuò)誤。探究二理想變壓器電壓、電流、功率與匝數(shù)的關(guān)系情境探究如圖所示,把兩個(gè)沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上,一個(gè)線圈(原線圈)通過開關(guān)連接到交流電源的兩端,另一個(gè)線圈(副線圈)連到小燈泡兩端。連接電路,接通電源,小燈泡能發(fā)光。(1)兩個(gè)線圈并沒有連接,小燈泡為什么會(huì)發(fā)光?(2)此變壓器的變壓原理是什么?原、副線圈的電壓和電流與線圈的匝數(shù)有什么關(guān)系?(3)小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓相等嗎?如果不相等,與什么因素有關(guān)?(4)若將原線圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎?為什么?要點(diǎn)提示

(1)當(dāng)左邊線圈接上交流電源時(shí),左邊線圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知,在右邊線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,右邊線圈作為電源給小燈泡供電,小燈泡就會(huì)發(fā)光。(2)此變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的互感現(xiàn)象。原、副線圈的電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系:。線圈的電阻,則有U1=U電源,這樣看來只要n1≠n2,小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓就不相等。小燈泡兩端的電壓,即副線圈兩端的電壓與原線圈兩端的電壓及原、副線圈匝數(shù)比有關(guān)。(4)不發(fā)光,因?yàn)闊o法在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。知識(shí)歸納3.功率關(guān)系:輸入功率等于輸出功率,即P入=P出,U1I1=U2I2。

4.電流關(guān)系:(1)由功率關(guān)系可知,當(dāng)只有一個(gè)副線圈時(shí),;(2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí),I1U1=I2U2+I3U3+…,I1n1=I2n2+I3n3+…U1、U2、I1、I2均為有效值

閃光語錄

電壓、電流、功率的制約關(guān)系(1)電壓制約:輸入電壓U1決定輸出電壓U2。(2)功率制約:P出決定P入,這體現(xiàn)了能量守恒的特點(diǎn)。(3)電流制約:輸出電流I2決定輸入電流I1。應(yīng)用體驗(yàn)典例2

用理想變壓器給負(fù)載電阻R供電,變壓器輸入電壓一定時(shí),在下列四個(gè)方法中,可以使變壓器輸入功率增加的是(

)A.增加變壓器原線圈匝數(shù),而副線圈匝數(shù)及負(fù)載電阻的阻值保持不變B.減小負(fù)載電阻的阻值,而變壓器原、副線圈匝數(shù)不變C.增加負(fù)載電阻的阻值,而變壓器原、副線圈匝數(shù)不變D.減小變壓器副線圈匝數(shù),而原線圈匝數(shù)和負(fù)載電阻的阻值保持不變B規(guī)律方法

變壓器的特點(diǎn)(1)理想變壓器沒有能量損失,所以輸入功率和輸出功率相等。任何實(shí)際的變壓器都會(huì)有能量損失,所以理想變壓器是不存在的。(2)根據(jù)變壓器的電流與匝數(shù)關(guān)系,電流大的線圈匝數(shù)少,為了減小導(dǎo)線上的電阻發(fā)熱,要求用較粗的導(dǎo)線繞制;電流小的線圈匝數(shù)多,要求用較細(xì)的導(dǎo)線繞制,故可利用導(dǎo)線的粗細(xì)判斷線圈匝數(shù)的多少。(3)變壓器的輸出電壓由輸入電壓和原、副線圈的匝數(shù)比決定,與交變電流的頻率無關(guān)。針對(duì)訓(xùn)練2(2023山東濱州期末)理想變壓器與三個(gè)阻值相同的定值電阻R1、R2、R3組成如圖所示的電路,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶2。在a、b間接入正弦式交變電流,則下列說法正確的是(

)A.R1、R2、R3兩端的電壓之比為2∶1∶2B.R1、R2、R3消耗的功率之比為4∶1∶4C.a、b間輸入功率與變壓器輸入功率之比為15∶2D.a、b間輸入電壓與變壓器輸入電壓之比為3∶1C學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1,下列說法正確的是(

)A.穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等,但穿過每匝線圈的磁通量并不相等C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢瞬時(shí)值之比為10∶1D.正常工作時(shí),原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1D解析

對(duì)理想變壓器,無磁通量損失,因而穿過兩個(gè)線圈的磁通量相同,磁通量變化率相同,因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等,才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比,選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤;理想變