高中物理 第3章 電能的輸送與變壓器 學(xué)案2 變壓器為什么能改變電壓 電能的開發(fā)與利用同步備課課件 滬科版選修3-2

1、12變壓器為什么能改變電壓電能的開發(fā)與利用第3章電能的輸送與變壓器2目標(biāo)定位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.2.掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系并能用它解決相關(guān)問題.3.掌握理想變壓器的功率關(guān)系，并能推導(dǎo)出原、副線圈的電流關(guān)系.4.了解我國電能開發(fā)與利用的現(xiàn)狀及前景.3內(nèi)容索引知識(shí)探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)4知識(shí)探究15一、變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系把兩個(gè)沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個(gè)閉合鐵心上，一個(gè)線圈通過開關(guān)連到交流電源的兩端，另一個(gè)線圈連到小燈泡上(如圖1所示). 答案圖1(1)小燈泡能發(fā)光嗎？為什么？6能發(fā)光，當(dāng)左邊線圈加上交變電壓時(shí)

2、，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵心中產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在左、右線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，右線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會(huì)發(fā)光.7(2)若小燈泡發(fā)光，那么小燈泡兩端電壓與什么因素有關(guān)？ 答案圖189(3)若將原線圈接到恒定的直流電源上，小燈泡亮不亮？分析討論原因. 答案圖1不亮.原線圈接到恒定直流電源上，通過原線圈的電流的大小、方向均不變，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過副線圈的磁通量不變，因此在副線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，副線圈兩端沒有電壓，所以小燈泡不亮.10要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)1.變壓器的構(gòu)造：閉合鐵心、與 相連接的線圈叫原線圈(匝數(shù)用n1表示，又叫做)、與 相連的另一個(gè)線

3、圈叫副線圈(匝數(shù)用n2表示，又叫做 )，兩個(gè)線圈都繞在 上.2.變壓器的工作原理是 .因此變壓器只對(duì) 的電流起作用，對(duì) 電流不起作用.(后兩空填“變化”或“恒定”)交流電源負(fù)載恒定初級(jí)線圈閉合鐵心次級(jí)線圈電磁感應(yīng)變化113.變壓器中的電壓關(guān)系4.變壓器 (填“能”或“不能”)改變交變電流的頻率.5.原、副線圈的地位(1)原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載.(2)副線圈在其所處回路中充當(dāng) .不能電源12典型例題典型例題例例1(多選)關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是 A.通過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)候都相等C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感

4、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D.原線圈中的電流通過鐵心流到了副線圈答案解析BI，由于面積S不變，故I，A錯(cuò)誤.因理想變壓器無漏磁，故B、C正確.原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能，故D錯(cuò).13二、理想變壓器中的功率及電流關(guān)系二、理想變壓器中的功率及電流關(guān)系1.什么是理想變壓器？理想變壓器輸入與輸出功率有什么關(guān)系？ 答案理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗.所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入P出.142.若只有一個(gè)副線圈時(shí)，原、副線圈中的電流與匝數(shù)有什么關(guān)系？ 答案由能量守恒定律知P入P出，即U1I1U2I2.153.若有多

5、個(gè)副線圈時(shí)，電流與匝數(shù)間的關(guān)系是什么？ 答案若有多個(gè)副線圈P1P2P3，即U1I1U2I2U3I3將U1U2U3n1n2n3代入得n1I1n2I2n3I316要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)1.理想變壓器的特點(diǎn)：(1)變壓器鐵心內(nèi)無 ；無 損失.(2)原、副線圈不計(jì) ，即無能量損失.實(shí)際變壓器(特別是大型變壓器)一般可以看成理想變壓器.2.功率關(guān)系： .漏磁發(fā)熱內(nèi)阻P入P出173.電流關(guān)系：(1)若只有一個(gè)副線圈時(shí)I1U1 ，即 .(2)若有多個(gè)副線圈時(shí)I1U1 _得I1n1 .I2U2I2U2I2n2I3U3I3n318例例2理想變壓器連接電路如圖2甲所示，已知原、副線圈匝數(shù)比為101，當(dāng)輸入電壓波形如圖乙

6、時(shí)，電流表讀數(shù)為2 A，則A.電壓表讀數(shù)為282 VB.電壓表讀數(shù)為28.2 VC.輸入功率為56.4 WD.輸入功率為40 W圖2答案解析典型例題典型例題1920三、幾種常見的變壓器三、幾種常見的變壓器1.自耦變壓器如圖3所示，鐵心上只繞有一個(gè)線圈，低壓線圈是高壓線圈的一部分，既可以作為升壓變壓器使用，也可以作為降壓變壓器使用.圖3212.電壓互感器、電流互感器(1)構(gòu)造：小型變壓器，如圖4所示.(2)接法：電壓互感器原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表；電流互感器原線圈串聯(lián)在被測(cè)電路中，副線圈接電流表.為了安全，外殼和副線圈應(yīng)接地.(3)作用：電壓互感器可將高電壓變?yōu)榈碗妷?，通過測(cè)量低電

7、壓，計(jì)算出高壓電路的電壓，電流互感器將大電流變成小電流，通過測(cè)量小電流，計(jì)算出被測(cè)電路中的大電流.圖422例例3(多選)圖5甲、乙是配電房中的互感器和電表的接線圖，下列說法中正確的是A.線圈匝數(shù)n1n2，n3n2，n3n4C.甲圖中的電表是電壓表，輸出端不可短路D.乙圖中的電表是電流表，輸出端不可斷路圖5答案解析典型例題典型例題23題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，為電壓互感器，是降壓變壓器，n1n2，題圖甲中的電表為電壓表；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，為電流互感器，是升壓變壓器，n3n4，題圖乙中的電表為電流表，故選項(xiàng)C、D正確.24四、理想變壓器中各量的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析四、理想變壓器中各量

8、的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析1.變壓器工作時(shí)的制約關(guān)系(2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入 ；P出減小，P入 ；P出為0，P入為 .增大減小0252.對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，負(fù)載電阻變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是RI2P出P入I1；(2)負(fù)載電阻不變，匝數(shù)比變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P出P入I1.26例例4(多選)如圖6所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過滑動(dòng)觸頭Q來調(diào)節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭.在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則A.保持Q的位置不動(dòng)，將P向上

9、滑動(dòng)時(shí)， 電流表讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)， 電流表讀數(shù)變小C.保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大D.保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小答案解析典型例題典型例題圖62728達(dá)標(biāo)檢測(cè)2291.(對(duì)理想變壓器原理的理解)如圖7所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比n1n241，當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速切割磁感線時(shí)，電流表 的示數(shù)是12 mA，則副線圈中電流表 的示數(shù)是A.3 mA B.48 mAC.零 D.與R阻值有關(guān)1234當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速切割磁感線時(shí)，產(chǎn)生的電流是恒定的電流，不會(huì)使副線圈的磁通量變化，因而副線圈中無感應(yīng)電流，選項(xiàng)C正確.答案解析圖7

10、302.(理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用)(多選)如圖8所示，將額定電壓為60 V的用電器通過一理想變壓器接在正弦交變電源上.閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A.以下判斷正確的是A.變壓器輸入功率為484 WB.通過原線圈的電流的有效值為0.6 AC.通過副線圈的電流的最大值為2.2 AD.變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2113圖8答案解析1234311234323.(互感器的應(yīng)用)如圖9所示，L1和L2是高壓輸電線，甲、乙是兩只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，圖中電壓表示數(shù)為220 V，電流表示數(shù)為10 A，則

11、高壓輸電線的電功率為A.2.2104 W B.2.2102 WC.2.2108 W D.2.2105 W答案解析圖91234由電流互感器知高壓輸電線中電流I1 000 A，由電壓互感器知U220103 V，則高壓輸電線的電功率PUI2.2108 W.334.(理想變壓器中的動(dòng)態(tài)分析)(多選)如圖10所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想交流電表，從某時(shí)刻開始在原線圈兩端加上交變電壓u，其瞬時(shí)值表達(dá)式為u220 sin (100t) V，現(xiàn)把單刀雙擲開關(guān)與a連接，則A.電壓表的示數(shù)為22 VB.流過滑動(dòng)變阻器的電流的方向每秒改變100次C.在滑動(dòng)變阻器的觸頭P向上移動(dòng)的過程中， 電壓表和電流表的示數(shù)均變大D.若把單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時(shí)，保持滑動(dòng) 變阻器的觸頭P不動(dòng)，電壓表示數(shù)變大，電流表的示數(shù)變小答案解析圖10123434理想變壓器可以變壓、變流，但不改變功率和頻率；由交變電壓的表達(dá)式可知，該交變電壓的頻率為50 Hz，而產(chǎn)生交變電壓的線圈每轉(zhuǎn)一圈，其電流變向兩次，故B正確；電壓表的讀數(shù)是有效值，根據(jù)理想變壓