人教版高中物理选择性必修第二册第3章交变电流3第2课时变压器课件

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第三章3　第2课时　变压器基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、变压器的原理1.构造:变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的,一个线圈与　　　　　　连接,叫作原线圈,也叫　　　　　　　　;另一个线圈与　　　　　连接,叫作副线圈,也叫　　　　　　　　(如图所示)。 形成闭合磁路,防止漏磁 交流电源 初级线圈负载次级线圈2.原理:　　　　　是变压器工作的基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的　　　　也在不断变化。变化的　　　在副线圈中产生感应电动势。 互感现象磁场磁场二、电压与匝数的关系1.理想变压器把没有　　　　　　　　的变压器叫作理想变压器。许多大型变压器工作时,能量损失很小,可看作理想变压器。 2.基本关系式(假设只有一个副线圈)(2)能量关系:P入=P出。 变压器没有能量损失 只适用于一个原线圈和一个副线圈 　　　 能量损失情境链接如果将变压器的原线圈接到直流电源上,在副线圈上还能输出电压吗?提示 不能。变压器的工作原理是互感现象,在原线圈上接直流电源,铁芯中不会形成变化的磁场,所以在副线圈上不会有感应电动势产生。教材拓展如图所示,一蓄电池连接在低压交流变压器上,闭合开关会观察到灯泡瞬间发光,然后熄灭,你能解释这种现象发生的原因吗?提示 恒定电压加在原线圈上瞬间,线圈内的磁通量发生变化,因而副线圈中的磁通量也发生变化,所以副线圈中产生感应电动势,灯泡闪亮,之后原线圈中电流恒定,线圈内的磁通量恒定不变,副线圈中无电动势,灯泡熄灭。易错辨析(1)穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势。(　　)(2)变压器原线圈输入的交变电流频率越高,输出的电流也越大。(　　)(3)理想变压器有多个副线圈时,输入功率和输出功率也相等。(　　)(4)变压器能改变交变电流的电压,也能改变恒定电流的电压。(　　)√ 提示 副线圈中的电流是由于电磁感应产生的,由法拉第电磁感应定律知,穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势。× 提示 变压器输出的电流的大小与原线圈输入的交变电流频率无关。 √ 提示 理想变压器是忽略能量损失的变压器,根据能量守恒定律,理想变压器有多个副线圈时,输入功率和输出功率也相等。× 提示 变压器不能改变恒定电流的电压。 重难探究·能力素养全提升探究点一　变压器的原理如图所示,把两个线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到学生电源的两端,另一个线圈连到小灯泡上。请动手做一做,当线圈接交流电源时,看看小灯泡能否发光。解释一下你看到的现象。要点提示 线圈接交流电源时小灯泡能发光,因为左边线圈的电流是变化的,闭合铁芯中磁通量发生变化,右边线圈产生感应电动势,由于有闭合回路,所以能形成感应电流。变压器的原理1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,与交流电源连接的线圈叫原线圈,与负载连接的线圈叫副线圈。2.原理:互感现象是变压器的工作基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3.作用:改变交变电流的电压,不改变交变电流的周期和频率。注意(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。(2)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。(3)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起,两个线圈间是绝缘的。【例1】 关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是(　　)A.通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈C解析 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,A错误;因理想变压器无漏磁,原、副线圈的磁通量相等,故B错误;由互感现象知C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,电流不通过铁芯,故D错误。1.(多选)理想变压器正常工作时,在其原、副线圈中一定相同的物理量是( 　　)A.交变电流的频率B.输入、输出功率C.磁通量的变化率D.电压的最大值ABC解析 理想变压器原、副线圈中交变电流的频率相同,磁通量的变化率相同,电压不一定相同,功率相同。故A、B、C正确,D错误。探究点二　变压器电压、电流与匝数的关系变压器线圈两端的电压与匝数有何关系?下面我们通过实验来探究。 器材:可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干。实验步骤:(1)按图示连接电路。(2)原线圈接低压交流电源,保持原线圈匝数n1不变,改变副线圈匝数n2,用多用电表交流电压挡分别测出每次n2改变后副线圈两端的电压,记入表格。(3)原线圈接低压交流电源,保持副线圈匝数n2不变,改变原线圈匝数n1,用多用电表交流电压挡分别测出每次n1改变后副线圈两端的电压,记入表格。(4)总结实验现象,得出结论。实验结论:1.理想变压器中的几个关系 特别提示　(1)输入功率等于输出功率,即P1=P2。 2.理想变压器各量的制约关系(1)电压制约:输入电压U1决定输出电压U2。(2)功率制约:P出决定P入,这体现了能量守恒的特点。(3)电流制约:输出电流I2决定输入电流I1。【例2】 如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,电压表和电流表均为理想电表,灯泡电阻RL=6 Ω,A、B端电压u1=12 sin 100πt(V)。下列说法正确的是(　　)A.灯泡中的电流频率为100 HzB.电压表的读数为24 VC.电流表的读数为0.5 AD.变压器输入功率为6 WD2.(2023山东滨州期末)理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路,变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流,则下列说法正确的是(　　)A.R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2B.R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4C.a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2D.a、b间输入电压与变压器输入电压之比为3∶1C探究点三　几种常见的变压器如图所示的两个变压器称为自耦变压器,(1)两个变压器中哪一个是升压变压器?(2)在输入电压U1一定的情况下,要提高输出电压,甲、乙两图中的滑片应如何移动?要点提示 (1)乙是升压变压器。(2)甲图中滑片应向上移动;乙图中滑片应向下移动。1.自耦变压器图甲是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈,副线圈只取线圈的一部分,就可以降低电压;如果把线圈的一部分作原线圈,整个线圈作副线圈,就可以升高电压。调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图乙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,AB之间加上输入电压U1,移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。2.互感器 (2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志。①测量仪器不同,电压互感器用电压表,电流互感器用电流表。②原、副线圈匝数关系不同。③原线圈接线方式不同,前者接在火线和零线间,后者接在火线上。(3)使用互感器时,一定要将互感器的外壳和副线圈接地。【例3】 如图所示,L1和L2是高压输电线,甲、乙是两只互感器,若已知n1∶n2=1 000∶1,n3∶n4=1∶100,图中电压表示数为220 V,电流表示数为10 A,则高压输电线的送电功率为(　　)A.2.2×103 W B.2.2×10-2 WC.2.2×108 W D.2.2×104 WC方法技巧　区别电压互感器和电流互感器的方法 3.(多选)电流互感器和电压互感器如图所示,其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数,a、b为两只交流电表,则(　　)A.A为电流互感器,且n1n2,a是电压表C.B为电流互感器,且n3n4,b是电压表AD解析 由题图可知A为电流互感器,B为电压互感器,因此a是电流表,b是电压表,在A中,有I1n1=I2n2,要把大电流变为小电流,有n2>n1;在B中,有学以致用·随堂检测全达标12341.(变压器电流与匝数的关系)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时,电流表A1的示数是12 mA,则副线圈中电流表A2的示数是(　　)A.3 mA B.48 mAC.0 D.与R的阻值有关C解析 当导线在平行导轨上匀速运动时,产生的电流是恒定的电流,不会使副线圈的磁通量变化,因而副线圈中无感应电流,选项C正确。12342.(变压器电压与匝数的关系)(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(　　)A.原、副线圈匝数之比为9∶1B.原、副线圈匝数之比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶9AD123412343.(电流互感器)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器(　　)A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流D1234解析 原线圈匝数少,副线圈匝数多,由 压器,选项A错误;电流互感器的原理是电磁感应,不能测量直流电路的电流,选项B错误;变压器不改变电流的频率,原、副线圈电流的频率相同,选项C错误;由 可得,副线圈电流小于原线圈电流,选项D正确。12344.(变压器的原理及电压与匝数的关系)(2022山东卷)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcos 100πt(V)。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时,功率为12 W。下列说法正确的是(　　)A.n1为1 100,Um为220 VB.BC间线圈匝数为120,流过R的电流为1.4 AC.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为100 HzD.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A,周期为0.02 sD1234