高中物理(新教材)選修二課件4：3-3變壓器 人教版

第三章交變電流3變壓器新課導(dǎo)入一、變壓器的原理1.構(gòu)造:變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的,一個線圈與交流電源連接,叫作原線圈,也叫初級線圈;另一個線圈與負(fù)載連接,叫作副線圈,也叫次級線圈(如圖所示)。知識梳理2.原理:互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場,由于電流的大小、方向在不斷變化,鐵芯中的磁場也在不斷變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.理想變壓器把沒有能量損失的變壓器叫作理想變壓器。許多大型變壓器工作時,能量損失很小,可看作理想變壓器。2.基本關(guān)系式(假設(shè)只有一個副線圈)如圖所示,把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈連接到學(xué)生電源的兩端,另一個線圈連到小燈泡上。(1)請動手做一做,當(dāng)線圈接交流電源時,看看小燈泡能否發(fā)光。解釋一下你看到的現(xiàn)象。一、變壓器的原理線圈接交流電源時小燈泡能發(fā)光,因?yàn)樽筮吘€圈的電流是變化的,閉合鐵芯中磁通量發(fā)生變化,右邊線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,由于有閉合回路,所以能形成感應(yīng)電流。課堂探究如圖所示,把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈連接到學(xué)生電源的兩端,另一個線圈連到小燈泡上。(1)請動手做一做,當(dāng)線圈接交流電源時,看看小燈泡能否發(fā)光。解釋一下你看到的現(xiàn)象。一、變壓器的原理線圈接交流電源時小燈泡能發(fā)光,因?yàn)樽筮吘€圈的電流是變化的,閉合鐵芯中磁通量發(fā)生變化,右邊線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,由于有閉合回路,所以能形成感應(yīng)電流。課堂探究(2)如果接學(xué)生電源的線圈接直流電源,小燈泡能發(fā)光嗎?閉合鐵芯中有磁場嗎?如圖所示,把兩個線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈連接到學(xué)生電源的兩端,另一個線圈連到小燈泡上。如果接學(xué)生電源的線圈接直流電源,小燈泡不會發(fā)光。閉合鐵芯中雖有磁場,但磁場不是變化的,所以不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。變壓器的原理1.構(gòu)造:由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成,與交流電源連接的線圈叫原線圈,與負(fù)載連接的線圈叫副線圈。2.原理:互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)。原線圈中電流的大小、方向不斷變化,在鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變化,變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。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。注意(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率。(2)變壓器只對變化的電流起作用,對恒定電流不起作用。(3)變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起,兩個線圈間是絕緣的。例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)電動勢D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈解析

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錯誤;因理想變壓器無漏磁,原、副線圈的磁通量相等,故B錯誤;由互感現(xiàn)象知C正確;原線圈中的電能轉(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,電流不通過鐵芯,故D錯誤。典例精析C實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄孔儔浩髟?、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)方案交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場,副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其兩端有輸出電壓。線圈匝數(shù)不同時,輸出電壓不同,實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù),探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)器材多用電表、可拆變壓器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干(如圖所示)實(shí)驗(yàn)探究二、探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數(shù)n2,研究n2對副線圈電壓U2的影響。(1)選擇n1=400匝,用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V,如圖甲所示。(3)將多用電表與副線圈n2=200匝的接線柱相連接,如圖乙所示。讀出副線圈兩端的電壓U2。(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中。表格一

U1=5V,n1=400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n2/匝

U2/V

實(shí)驗(yàn)步驟1.保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數(shù)n2,研究n2對副線圈電壓U2的影響。(1)選擇n1=400匝,用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V,如圖甲所示。(3)將多用電表與副線圈n2=200匝的接線柱相連接,如圖乙所示。讀出副線圈兩端的電壓U2。(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中。表格一

U1=5V,n1=400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n2/匝

U2/V

實(shí)驗(yàn)步驟(5)保持n1=400匝,U1=5V不變。將多用電表與副線圈n2=800匝的接線柱相連接,如圖丙所示,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),將結(jié)果記錄到表格一中。(6)保持n1=400匝,U1=5V不變。將多用電表與副線圈n2=1400匝的接線柱相連接,如圖丁所示,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),將結(jié)果記錄到表格一中。2.保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變,研究原線圈的匝數(shù)n1對副線圈電壓U2的影響。(1)將1中的原線圈作為副線圈,副線圈作為原線圈。(2)選擇n2=400匝,用導(dǎo)線將變壓器原線圈n1=200匝的接線柱接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上。(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋。(4)將多用電表與副線圈n2=400匝的接線柱相連接,讀出副線圈兩端的電壓U2。(5)將n2、U2、n1、U1記錄在表格二中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n1/匝

U2/V

表格二

U1=5V,n2=400匝(6)保持n2=400匝,U1=5V不變,將連接電源的兩根導(dǎo)線先后與原線圈n1=800匝和n1=1400匝的接線柱相連接,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),將結(jié)果記錄到表格二中。(7)拆除實(shí)驗(yàn)線路,整理好實(shí)驗(yàn)器材。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n1/匝

U2/V

表格二

U1=5V,n2=400匝數(shù)據(jù)分析與結(jié)論分析表格一和表格二中記錄的數(shù)據(jù),可得以下結(jié)論:1.當(dāng)原線圈電壓、原線圈匝數(shù)不變時,副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比。當(dāng)原線圈電壓、副線圈匝數(shù)不變時,副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比。注意事項(xiàng)1.為了人身安全,只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12V,即使這樣,通電時也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。2.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測,大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。例2(多選)如圖所示,在用可拆變壓器探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是(

)A.用可拆變壓器,能方便地從不同接線柱上選取不同匝數(shù)的線圈B.測量原、副線圈的電壓,可用直流電壓表C.原線圈接0、8接線柱,副線圈接0、4接線柱時,副線圈電壓大于原線圈電壓D.為便于探究,先保持原線圈匝數(shù)和電壓不變,改變副線圈的匝數(shù),研究其對副線圈電壓的影響解析

變壓器的輸出電壓跟輸入電壓以及原、副線圈匝數(shù)之比都有關(guān),因此需要用可拆變壓器,用控制變量法進(jìn)行研究,選項(xiàng)A、D正確。變壓器只對交流電壓有作用,故不能用直流電壓表測量原、副線圈的電壓,選項(xiàng)B錯誤。根據(jù)輸入、輸出電壓之比等于原、副線圈匝數(shù)之比可知,原線圈接0、8接線柱,副線圈接0、4接線柱時,副線圈電壓小于原線圈電壓,選項(xiàng)C錯誤。AD典例精析變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)有何關(guān)系呢?下面我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。器材:可拆變壓器、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)步驟:(1)按圖示連接電路。三、電壓與匝數(shù)的關(guān)系課堂探究(2)原線圈接低壓交流電源,保持原線圈匝數(shù)n1不變,改變副線圈匝數(shù)n2,用多用電表交流電壓擋分別測出每次n2改變后副線圈兩端的電壓,記入表格。(3)原線圈接低壓交流電源,保持副線圈匝數(shù)n2不變,改變原線圈匝數(shù)n1,用多用電表交流電壓擋分別測出每次n1改變后副線圈兩端的電壓,記入表格。(4)總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出結(jié)論。1.理想變壓器中的幾個關(guān)系

2.理想變壓器各量的制約關(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。特別提醒(1)輸入功率等于輸出功率,即P1=P2。

典例精析D四、幾種常見的變壓器如圖所示的兩個變壓器稱為自耦變壓器,(1)兩個變壓器中哪一個是升壓變壓器?(2)在輸入電壓U1一定的情況下,要提高輸出電壓,甲、乙兩圖中的滑動觸頭應(yīng)如何移動?乙是升壓變壓器。甲圖中滑動觸頭應(yīng)向上移動;乙圖中滑動觸頭應(yīng)向下移動。課堂探究1.自耦變壓器圖甲所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈,副線圈只取線圈的一部分,就可以降低電壓;如果把線圈的一部分作原線圈,整個線圈作副線圈,就可以升高電壓。調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器,它的構(gòu)造如圖乙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上,AB之間加上輸入電壓U1,移動滑動觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。2.互感器

分類電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在待測電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯兂尚‰娏骼玫年P(guān)系式I1n1=I2n2(2)區(qū)分電壓互感器與電流互感器的三個標(biāo)志。①測量儀器不同,電壓互感器用電壓表,電流互感器用電流表。②原、副線圈匝數(shù)關(guān)系不同。③原線圈接線方式不同,前者接在火線和零線間,后者接在火線上。(3)使用互感器時,一定要將互感器的外殼和副線圈接地。例3

如圖所示,L1和L2是高壓輸電線,甲、乙是兩只互感器,若已知n1:n2=1000:1，n3:n4=1:100,圖中電壓表示數(shù)為220V,電流表示數(shù)為10A,則高壓輸電線的送電功率為(

)A.2.2×103W B.2.2×10-2WC.2.2×108W D.2.2×104W

C典例精析備用工具&資料(2)區(qū)分電壓互感器與電流互感器的三個標(biāo)志。①測量儀器不同,電壓互感器用電壓表,電流互感器用電流表。②原、副線圈匝數(shù)關(guān)系不同。③原線圈接線方式不同,前者接在火線和零線間,后者接在火線上。(3)使用互感器時,一定要將互感器的外殼和副線圈接地。1.自耦變壓器圖甲所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈,副線圈只取線圈的一部分,就可以降低電壓;如果把線圈的一部分作原線圈,整個線圈作副線圈,就可以升高電壓。調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器,它的構(gòu)造如圖乙所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上,AB之間加上輸入電壓U1,移動滑動觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。一、變壓器的原理1.構(gòu)造:變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的,一個線圈與交流電源連接,叫作原線圈,也叫初級線圈;另一個線圈與負(fù)載連接,叫作副線圈,也叫次級線圈(如圖所示)。知識梳理2.原理:互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場,由于電流的大小、方向在不斷變化,鐵芯中的磁場也在不斷變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。二、電壓與匝數(shù)的關(guān)