單元二模塊二課題三變壓器

1、變壓器教教 學(xué)學(xué) 目目 標(biāo)標(biāo) v（一）知識(shí)與技能v1知道變壓器的構(gòu)造，了解變壓器的工作原理。v2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。v（二）過程與方法v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。v教學(xué)重點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。v教學(xué)難點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。v教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)探究法、閱讀法、講解法。v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、燈泡變壓器照明燈電壓照明燈電壓-220伏伏機(jī)床上照明燈機(jī)床上照明燈-36伏伏半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過10伏伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓大型發(fā)

2、電機(jī)交流電壓-幾萬(wàn)伏幾萬(wàn)伏遠(yuǎn)距離輸電遠(yuǎn)距離輸電-幾十萬(wàn)伏幾十萬(wàn)伏電視機(jī)顯像管卻需要電視機(jī)顯像管卻需要10000V以上電壓以上電壓交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要變壓器就是改變變壓器就是改變交流交流電壓的設(shè)備電壓的設(shè)備幾種常見的變壓器一、變壓器的構(gòu)造一、變壓器的構(gòu)造1. 1.示意圖示意圖 U1U2 n1n2原原線線圈圈副副線線圈圈鐵鐵芯芯2.2.構(gòu)造：構(gòu)造：（1 1）閉合鐵芯）閉合鐵芯 （絕緣（絕緣硅鋼片疊合而成）硅鋼片疊合而成）（2 2）原線圈（初級(jí)線）原線圈（初級(jí)線圈）：其匝數(shù)用圈）：其匝數(shù)用n n1 1表示表示（3 3）副線圈（次級(jí)線）副線圈（次

3、級(jí)線圈）：其匝數(shù)用圈）：其匝數(shù)用n n2 2表示表示（4 4）輸入電壓：）輸入電壓：U U1 1; ; 輸出電壓：輸出電壓：U U2 2. .3.3.電路圖中符號(hào)電路圖中符號(hào)n1n2問題：?jiǎn)栴}：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？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，那么在給原線變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接圈接交變電壓交變電壓U U1 1后，副線圈電壓后，副線圈電壓U U2 2是怎是怎樣產(chǎn)生的？樣產(chǎn)生的？鐵芯與線圈互相絕緣鐵芯與線圈互相絕緣 U1U2 n1n2二、變壓器的工作原理二、變壓器的工作原理 -互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象 變壓器通過閉合鐵變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)

4、象實(shí)芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（現(xiàn)了電能（U U1 1、I I1 1）到磁場(chǎng)能（變化的磁到磁場(chǎng)能（變化的磁場(chǎng)）再到電能（場(chǎng)）再到電能（ U U2 2、I I2 2）轉(zhuǎn)化。）轉(zhuǎn)化。原原線線圈圈副副線線圈圈鐵芯鐵芯 U1U2n1n2互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電交變電流流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。若給原線圈接若給原線圈接直流電壓，直流電壓，U副線圈電壓副線圈電壓U U2 2 ？閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能-磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能-電能的轉(zhuǎn)換，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

5、在轉(zhuǎn)換過程中損失大部分通過鐵芯，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化模型-理想變壓器理想變壓器。下面我們定下面我們定量分析理想量分析理想變壓器的變變壓器的變壓規(guī)律。壓規(guī)律。無(wú)磁損無(wú)磁損無(wú)銅損無(wú)銅損無(wú)鐵損無(wú)鐵損理理想想變變壓壓器器實(shí)驗(yàn)結(jié)論：原副線圈兩端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。 次數(shù)次數(shù)12345U1U2V1V2研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)三、理想變壓器的變壓規(guī)律三、理想變壓器的變壓規(guī)律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是：電動(dòng)勢(shì)分別是：

6、E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t tE1 1/n/n1 1= = E2 2/n/n2 2原線圈回路有：原線圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0則則U U1 1=E E1 1副線圈回路有：副線圈回路有： E E2 2=U U2 2 +I+I2 2r r2 2 U U2 2則則U U2 2=E=E2 2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U U1 1=E=E1 1；U U2 2=E=E2 2則：則：U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2理想變壓器原副線圈的理想變壓器原副線圈的端電壓之比

7、端電壓之比等于等于這兩個(gè)線圈的這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比匝數(shù)之比n n2 2 n n1 1 U U2 2U U1 1 -升壓變壓器升壓變壓器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降壓變壓器降壓變壓器U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2四、理想變壓器的變流規(guī)律四、理想變壓器的變流規(guī)律問題：?jiǎn)栴}：原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？1. 1.理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ / I 2 2= U= U2 2 / U U1 1= n

8、= n2 2 / n n1 1P出出= P入入2.2.理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比數(shù)成反比I I 1 1/ / I 2 2= n= n2 2 / n n1 1變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過的變壓器工作時(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)匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。線繞制。 這也是判定高壓線圈和低壓線這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。圈的一種方法。此公式只適用于一個(gè)副線圈的變壓器U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1

9、n n2 2U U2 2R R輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系果關(guān)系 1.輸入功率輸入功率P1由輸出功率由輸出功率P2決定；決定； P1P22.U1由電源決定；由電源決定；3.U2由由U1和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定； U2n2/n1U14.I2由由U2和負(fù)載決定；和負(fù)載決定； I2U2R5.I1由由I2和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定； I1n2/n1I2【例【例1 1】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n n1 1:n :n2 24 4：1 1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線

10、時(shí)，圖中電流表運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，圖中電流表A A1 1的示數(shù)的示數(shù)12mA12mA，則電流表則電流表A A2 2的示數(shù)為的示數(shù)為（ ）A A3mA B3mA B0 C0 C48mA D48mA D與負(fù)載與負(fù)載R R的值有關(guān)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(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)，所以A2中無(wú)電流通過。 【例【例2 2】一理想變壓器，其原線圈】一理想變壓器，其原線圈22002200匝，副匝，副線圈線圈440440匝，并接一個(gè)匝，并接一個(gè)100100的負(fù)載電

11、阻，如圖的負(fù)載電阻，如圖所示。所示。（1 1）當(dāng)原線圈接在）當(dāng)原線圈接在44V44V直流電源電源上時(shí)，電直流電源電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為壓表示數(shù)為_V,_V,電流表示數(shù)為電流表示數(shù)為_A._A.（2 2）當(dāng)原線圈接在）當(dāng)原線圈接在220V220V交變電源上時(shí)，電壓交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為表示數(shù)為_V_V，電流表示數(shù)為，電流表示數(shù)為_A,_A,此時(shí)輸入功率為此時(shí)輸入功率為_W._W.00440.4419.36U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 2I I2 2=n n2 2n n1

12、 1I I1 1I I2 218018011 116060110011003636=n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2=3 3A A解：解：所以：所以：3 A練習(xí)練習(xí)1. 1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n n1 1=1100=1100，接在電壓接在電壓220V220V的交流電源上，當(dāng)它對(duì)的交流電源上，當(dāng)它對(duì)11 11只并只并聯(lián)的聯(lián)的“36V36V，60w”60w”的燈泡供電時(shí)，燈泡正的燈泡供電時(shí)，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n n2 2=_=_，通過原線圈的電流通過原線圈的電流 I I1 1 =_ =_。練習(xí)練習(xí)2、如

13、圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為數(shù)比為n1：n2=3：1，有四只相同的燈泡連入電路，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡中，若燈泡L2、L3、L4均能正常發(fā)光，則燈泡均能正常發(fā)光，則燈泡L1（ ）A、也能正常發(fā)光、也能正常發(fā)光B、較另三個(gè)燈暗些、較另三個(gè)燈暗些C、將會(huì)燒壞、將會(huì)燒壞D、不能確定、不能確定1n2n1L3L4L1U1L2A例例3.3.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a a）所示。圖（）所示。圖（a a）中電）中電流表的讀數(shù)為流表的讀數(shù)為1.2A 1.2A 。圖（。圖（b b）中用同一電纜線繞了）中用同一電纜線繞了3

14、 3匝，則匝，則A.A.這種電流表能測(cè)直流電流，圖（這種電流表能測(cè)直流電流，圖（b b）的讀數(shù)為）的讀數(shù)為2.4A2.4AB.B.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b b）的讀數(shù)為）的讀數(shù)為0.4A0.4AC.C.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b b）的讀數(shù)為）的讀數(shù)為3.6A3.6AD.D.這種電流表既能測(cè)直流電流，又能測(cè)交流電流，圖這種電流表既能測(cè)直流電流，又能測(cè)交流電流，圖 （b b）的讀數(shù)為的讀數(shù)為3.6A 3.6A 圖（圖（a）A鐵鐵芯芯圖（圖（b）C五、幾種常用變壓器五、幾種常用變壓器1. 1.自耦變壓器自耦變壓器U2U1ABPU1U

15、2n1n2升壓變壓器升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器降壓變壓器問題：有沒有只問題：有沒有只用一組線圈來(lái)實(shí)用一組線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓的變壓器？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2.2.互感器互感器 A電流互感器電流互感器電壓互感器電壓互感器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)例例4.4.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(jiǎn)圖漏電保護(hù)開關(guān)，如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡(jiǎn)圖 問：?jiǎn)枺海? 1）電路正常工作時(shí)，）

16、電路正常工作時(shí)，b b線圈是沒有電流的，原因是什么？線圈是沒有電流的，原因是什么？（2 2）如果站在地上的人不小心接觸火線時(shí)，）如果站在地上的人不小心接觸火線時(shí)，b b線圈為什么線圈為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？解析解析 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)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，其鐵芯的構(gòu)和變壓器相似的電流互感器，其鐵芯的a a側(cè)有兩個(gè)形側(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)和虛線表示），它們分別將用電器和火線、零線串聯(lián)起來(lái)

17、，起來(lái)，220V220V交變電流在交變電流在MNOMNO、GRKGRK與發(fā)電廠之間流與發(fā)電廠之間流過；鐵芯的過；鐵芯的b b側(cè)有另一個(gè)線圈與電磁繼電器側(cè)有另一個(gè)線圈與電磁繼電器J J的線圈的線圈（圖中未畫出）并聯(lián)，室內(nèi)電路正常工作時(shí)，（圖中未畫出）并聯(lián)，室內(nèi)電路正常工作時(shí)，b b線圈沒線圈沒有電流，有電流，J J保持導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)漏電時(shí)，保持導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)漏電時(shí)，b b線圈便會(huì)產(chǎn)生線圈便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，推動(dòng)電磁繼電器感應(yīng)電流，推動(dòng)電磁繼電器J J切斷用電器的電路，從而切斷用電器的電路，從而防止事故的發(fā)生防止事故的發(fā)生答案答案 （1 1）電流互感器）電流互感器a a側(cè)兩線圈完全相同，流過兩側(cè)兩線圈完

18、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(chǎng)相線圈的電流大小相等，方向相反，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，互抵消，b b側(cè)線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產(chǎn)側(cè)線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流生感應(yīng)電流（2 2）火線的電流有一部分流經(jīng)人體，經(jīng)大地流回發(fā)）火線的電流有一部分流經(jīng)人體，經(jīng)大地流回發(fā)電廠，電廠，a a側(cè)兩線圈電流大小不等，產(chǎn)生側(cè)兩線圈電流大小不等，產(chǎn)生“剩余電流剩余電流”在鐵芯中產(chǎn)生變化的在鐵芯中產(chǎn)生變化的“剩余磁通剩余磁通”，b b側(cè)線圈中磁通側(cè)線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流例例6、如圖所示：理想變壓器的交流輸入電壓、如圖所示：理想變壓器的交流輸入電壓U1=220V，有兩組副，有兩組副線圈，其中線圈，其中n2=36匝，標(biāo)有匝，標(biāo)有“6V，9W”、“12V，12W”的燈泡分的燈泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：（1）原線圈的匝數(shù)為）原線圈的匝數(shù)為n1和另一副線圈的匝數(shù)和另一副線圈的匝數(shù)n3.（2）原線圈的電流）原線圈的電流I1。n3n2n1解：（解：（1）由于兩燈均正常發(fā)光，）由