高中物理選修變壓器

關(guān)于高中物理選修變壓器教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能1．知道變壓器的構(gòu)造，了解變壓器的工作原理。2．理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題。3．了解理想變壓器原、副線圈各物理量關(guān)系。（二）過程與方法在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理理想化模型分析問題、解決問題的能力。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．使學(xué)生體會(huì)到能量守恒定律是普遍適用的。2．培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)探究法、閱讀法、講解法。教學(xué)手段：學(xué)生電源、可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡第2頁,共27頁，星期六，2024年，5月照明燈電壓------220伏機(jī)床上照明燈------36伏半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過10伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓------幾萬伏遠(yuǎn)距離輸電------幾十萬伏電視機(jī)顯像管卻需要10000V以上電壓交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備第3頁,共27頁，星期六，2024年，5月幾種常見的變壓器第4頁,共27頁，星期六，2024年，5月一、變壓器的構(gòu)造1.示意圖2.構(gòu)造：（1）閉合鐵芯（絕緣硅鋼片疊合而成）（2）原線圈（初級(jí)線圈）：其匝數(shù)用n1表示（3）副線圈（次級(jí)線圈）：其匝數(shù)用n2表示（4）輸入電壓：U1;輸出電壓：U2.

n1n2U1∽原線圈鐵芯U2副線圈∽第5頁,共27頁，星期六，2024年，5月3.電路圖中符號(hào)n1n2問題：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產(chǎn)生的？鐵芯與線圈互相絕緣U1∽原線圈鐵芯U2副線圈∽第6頁,共27頁，星期六，2024年，5月二、變壓器的工作原理------互感現(xiàn)象

變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（U1、I1）到磁場能（變化的磁場）再到電能（U2、I2）轉(zhuǎn)化?；ジ鞋F(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。若給原線圈接直流電壓U1，副線圈電壓U2

？U1∽原線圈鐵芯U2副線圈∽第7頁,共27頁，星期六，2024年，5月閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能---磁場能---電能的轉(zhuǎn)換，由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種理想化模型------理想變壓器。無磁損無銅損無鐵損理想變壓器從能量轉(zhuǎn)化的角度，變壓器是把電能轉(zhuǎn)化為磁場能，再將磁場能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。由于運(yùn)行時(shí)鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流經(jīng)過鐵芯時(shí)，會(huì)使鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生熱能，這種熱能是消耗能量的，故稱為鐵損。銅損是電流通過變壓器原副繞組時(shí)，在原副繞組的電阻上所消耗的功率，銅損又叫可變損耗。磁損耗是指磁性材料在磁化過程和反磁化過程中有一部分能量不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔鶕p耗的能量稱磁損耗。無漏磁第8頁,共27頁，星期六，2024年，5月三、理想變壓器的規(guī)律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別是：E1=n1/tE2=n2/tE1/n1=E2/n2原線圈回路有：U1=E1+I1r1≈E1副線圈回路有：

E2=U2+I2r2≈U2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U1=E1；U2=E2即：U1/U2=n1/n21、電壓關(guān)系：第9頁,共27頁，星期六，2024年，5月理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比n2>n1U2>U1-----升壓變壓器n2<n1U2<U1-----降壓變壓器U1/U2=n1/n2第10頁,共27頁，星期六，2024年，5月3、電流規(guī)律1）、理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率即:U1I1=U2I2I

1/I

2=U2/U1=n2/

n1P出=P入此公式只適用于一個(gè)副線圈的變壓器當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，2、功率關(guān)系理想變壓器沒有能量損失：P出=P入學(xué)案導(dǎo)學(xué)P47例1第11頁,共27頁，星期六，2024年，5月變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。U1/U2=n1/n2I1/I2=U2/U1=n2/n1第12頁,共27頁，星期六，2024年，5月U1I1I2n1n2U2R4、輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系1）輸入功率P1由輸出功率P2決定；P1＝P22）U1由電源決定；3）U2由U1和匝數(shù)比決定；U2＝n2/n1·U14）I2由U2和負(fù)載決定；I2＝U2／R5）I1由I2和匝數(shù)比決定；I1＝n2/n1·I2匝數(shù)一定時(shí)，U1決定U2匝數(shù)一定時(shí)，I2決定I1學(xué)案導(dǎo)學(xué)P47例2第13頁,共27頁，星期六，2024年，5月四、有多個(gè)副線圈的理想變壓器的問題

一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)為n1，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3，相應(yīng)的電壓分別為U1、U2和U3，相應(yīng)的電流分別為I1、I2和I3，根據(jù)變壓器的工作原理可得：第14頁,共27頁，星期六，2024年，5月由P入=P出得P1=P2+P3即第15頁,共27頁，星期六，2024年，5月五、幾種常用變壓器1.自耦變壓器U2U1ABPU1U2n1n2升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器問題：有沒有只用一組線圈來實(shí)現(xiàn)變壓的變壓器？

自耦變壓器的原副線圈共用一個(gè)線圈第16頁,共27頁，星期六，2024年，5月2.互感器

A電流互感器電壓互感器V

使用時(shí)把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)

使用時(shí)把原線圈與電路串聯(lián)，原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)第17頁,共27頁，星期六，2024年，5月【例1】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2＝4：1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，圖中電流表A1的示數(shù)12mA，則電流表A2的示數(shù)為————（）A．3mAB．0C．48mAD．與負(fù)載R的值有關(guān)解析：變壓器只能工作于交流電路，不能工作在恒定電流和恒定電壓的電路，導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時(shí)，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應(yīng)電動(dòng)勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過。

第18頁,共27頁，星期六，2024年，5月【例2】一理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個(gè)100Ω的負(fù)載電阻，如圖所示。（1）當(dāng)原線圈接在44V直流電源電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為________V,電流表示數(shù)為______A.（2）當(dāng)原線圈接在220V交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為________V，電流表示數(shù)為_______A,此時(shí)輸入功率為_______W.00440.4419.36第19頁,共27頁，星期六，2024年，5月練習(xí)1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1=1100，接在電壓220V的交流電源上，當(dāng)它對(duì)11只并聯(lián)的“36V，60w”的燈泡供電時(shí)，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n2=_____，通過原線圈的電流I1=______。U1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A第20頁,共27頁，星期六，2024年，5月練習(xí)2、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1：n2=3：1，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡L2、L3、L4均能正常發(fā)光，則燈泡L1（

）A、也能正常發(fā)光B、較另三個(gè)燈暗些C、將會(huì)燒壞D、不能確定L3L4L1U1L2第21頁,共27頁，星期六，2024年，5月例3.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。圖（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A。圖（b）中用同一電纜線繞了3匝，則A.這種電流表能測直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測直流電流，又能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6A圖（a）A鐵芯圖（b）C第22頁,共27頁，星期六，2024年，5月例4.為了保證用電安全，家庭居室的室內(nèi)電路前端一般都安裝漏電保護(hù)開關(guān)，如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡圖．問：（1）電路正常工作時(shí)，b線圈是沒有電流的，原因是什么？（2）如果站在地上的人不小心接觸火線時(shí)，b線圈為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？第23頁,共27頁，星期六，2024年，5月解析發(fā)電廠的零線是接地的，漏電保護(hù)開關(guān)有一個(gè)結(jié)構(gòu)和變壓器相似的電流互感器，其鐵芯的a側(cè)有兩個(gè)形狀、繞向和匝數(shù)都完全相同的線圈（圖中分別用實(shí)線和虛線表示），它們分別將用電器和火線、零線串聯(lián)起來，220V交變電流在MNO、GRK與發(fā)電廠之間流過；鐵芯的b側(cè)有另一個(gè)線圈與電磁繼電器J的線圈（圖中未畫出）并聯(lián)，室內(nèi)電路正常工作時(shí)，b線圈沒有電流，J保持導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)漏電時(shí)，b線圈便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，推動(dòng)電磁繼電器J切斷用電器的電路，從而防止事故的發(fā)生．第24頁,共27頁，星期六，2024年，5月答案（1）電流互感器a側(cè)兩線圈完全相同，流過兩線圈的電流大小相等，方向相反，它們產(chǎn)生的磁場相互抵消，b側(cè)線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流．（2）火線的電流有一部分流經(jīng)人體，經(jīng)大地流回發(fā)電廠，a側(cè)兩線圈電流大小不等，產(chǎn)生“剩余電流”在鐵芯中產(chǎn)生變化的“剩余磁通”，b側(cè)線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．第25頁,共27頁，星期六，2024年，5月例6、如圖所示：理想變壓器的交流輸入電壓U1=220V，有兩組副線圈，其中n2=36匝，標(biāo)有“6V，9W”、“12V，12W”的燈泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：（1）原線圈的匝數(shù)為n1和另一副線圈的匝數(shù)n3.（2）原線圈的電流I1。n3n2n1解：（1）由于兩燈均正常發(fā)光，所以有：U2=6V，U3=12V