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(wèn)題。3．了解理想變壓器原、副線圈各物理量關(guān)系。（二）過(guò)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(wèn)題、解決問(wèn)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(yè),共27頁(yè)，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(guò)10伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓------幾萬(wàn)伏遠(yuǎn)距離輸電------幾十萬(wàn)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(yè),共27頁(yè)，星期六，2024年，5月幾種常見(jiàn)的變壓器第4頁(yè),共27頁(yè)，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(yè),共27頁(yè)，星期六，2024年，5月3.電路圖中符號(hào)n1n2問(wèn)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(yè),共27頁(yè)，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(guò)閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（U1、I1）到磁場(chǎng)能（變化的磁場(chǎng)）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(yè),共27頁(yè)，星期六，2024年，5月閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能---磁場(chǎng)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(guò)鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過(guò)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(wú)磁損無(wú)銅損無(wú)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(chǎng)能，再將磁場(chǎng)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(guò)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(chēng)為鐵損。銅損是電流通過(guò)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(guò)程和反磁化過(guò)程中有一部分能量不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，所損耗的能量稱(chēng)磁損耗。無(wú)漏磁第8頁(yè),共27頁(yè)，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(shì)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(yè),共27頁(yè)，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(yè),共27頁(yè)，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(méi)有能量損失：P出=P入學(xué)案導(dǎo)學(xué)P47例1第11頁(yè),共27頁(yè)，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(guò)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(guò)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(yè),共27頁(yè)，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(yè),共27頁(yè)，星期六，2024年，5月四、有多個(gè)副線圈的理想變壓器的問(wèn)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(yè),共27頁(yè)，星期六，2024年，5月由P入=P出得P1=P2+P3即第15頁(yè),共27頁(yè)，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(wèn)題：有沒(méi)有只用一組線圈來(lái)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(yè),共27頁(yè)，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(yè),共27頁(yè)，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(chǎng)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(guò)的是恒定電流，不能引起穿過(guò)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(guò)。

第18頁(yè),共27頁(yè)，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_(kāi)_______V,電流表示數(shù)為_(kāi)_____A.（2）當(dāng)原線圈接在220V交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為_(kāi)_______V，電流表示數(shù)為_(kāi)______A,此時(shí)輸入功率為_(kāi)______W.00440.4419.36第19頁(yè),共27頁(yè)，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(guò)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(yè),共27頁(yè)，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(yè),共27頁(yè)，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(cè)直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測(cè)直流電流，又能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6A圖（a）A鐵芯圖（b）C第22頁(yè),共27頁(yè)，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(kāi)關(guān)，如圖所示是保護(hù)開(kāi)關(guān)的電路原理簡(jiǎn)圖．問(wèn)：（1）電路正常工作時(shí)，b線圈是沒(méi)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(yè),共27頁(yè)，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(kāi)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(lái)，220V交變電流在MNO、GRK與發(fā)電廠之間流過(guò)；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(huà)出）并聯(lián)，室內(nèi)電路正常工作時(shí)，b線圈沒(méi)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(yè),共27頁(yè)，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(guò)兩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，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(yè),共27頁(yè)，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