物理选择性必修 第二册第三章 交变电流3 变压器备课课件ppt

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知识点一 　变压器的原理
1.我们常见的变压器的外形如图甲所示,图乙为其内部结构示意图.阅读教材,你知道变压器主要是由哪些部分构成的吗?各部分的名称是什么?
答案:变压器主要是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.一个线圈与交流电源连接,叫作原线圈,也叫初级线圈;另一个线圈与负载连接,叫作副线圈,也叫次级线圈.
2.变压器的工作原理: 现象是变压器工作的基础.电流通过原线圈时在铁芯中激发 ,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化.变化的磁场在副线圈中产生 ,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流.
知识点二　电压与匝数的关系
1.理想变压器:没有 的变压器叫作理想变压器,它是一个理想化模型.2.电压与匝数的关系.理想变压器原、副线圈的电压之比,等于原、副线圈的 .之比,即 .
3.两类变压器.(1)降压变压器:副线圈的电压比原线圈的电压 的变压器,n1 (选填“<”“=”或“>”)n2.(2)升压变压器:副线圈的电压比原线圈的电压 的变压器,n1 (选填“<”“=”或“>”)n2.
探究一　变压器的原理　理想变压器
如图所示,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈(原线圈)通过开关连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡两端.接通电路,小灯泡能发光.
1.两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光?
答案:当左边线圈接上交流电源时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡发光.
2.若将原线圈接在恒定的直流电源上,小灯泡发光吗?为什么?
答案:不发光.因为恒定电流产生的是稳定的磁场,无法在副线圈中发生电磁感应现象,副线圈中不产生感应电动势,所以小灯泡不会发光.
3.有人认为,穿过左、右线圈的磁通量的变化率相同,所以小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等.你认同这个观点吗?为什么?
1.变压器的工作原理.(1)互感现象是变压器的工作基础.(2)变压器能改变交变电流的电压和电流,但不能改变恒定电流的电压和电流.(3)变压器原、副线圈中交流的频率相等,即变压器不改变交流的频率.2.理想变压器的特点.(1)原、副线圈的电阻不计,不产生热量.(2)变压器的铁芯无漏磁,原、副线圈的磁通量无差别.(3)变压器自身的能量损耗不计,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率.
【典例1】(多选)关于理想变压器的工作原理,下列说法正确的是　(　　)A.通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场穿过线圈的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C.穿过副线圈的磁通量的变化使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
解析:通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场穿过线圈的磁通量是按照正弦式规律周期性变化的,故A错误.由于是理想变压器,穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等,故B正确.穿过副线圈的磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势,符合法拉第电磁感应定律,故C正确.变压器的工作原理是互感现象,原、副线圈并没有直接相连,故D错误.
探究二　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
在输入的交流电压一定时,原线圈、副线圈取不同的匝数,副线圈输出的电压也不一样,变压器由此得名.1.根据法拉第电磁感应定律,你认为线圈两端的电压与线圈的匝数可能有什么关系?请你设计一个方案来验证你的猜想,你需要采用的实验方法是什么?需要的实验器材有哪些?
答案:猜想:电压可能与线圈匝数成正比.实验要采用控制变量法.需要的实验器材有多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干.
2.原线圈始终接6 V的低压交流电源,所使用的电路原理图如图所示.请你根据所给条件设计实验方案并写出实验步骤.
答案:实验方案:先保持原线圈输入的电压和原线圈的匝数不变,改变副线圈的匝数,测量并记录副线圈两端的电压;再保持原线圈输入的电压和副线圈的匝数不变,改变原线圈的匝数,测量并记录副线圈两端的电压.
3.下表中记录了某次实验的数据,请完善表中数据并根据数据分析原、副线圈的电压与匝数有什么关系.
【典例2】某同学选用匝数可调的可拆变压器来探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系.(1)原线圈接在学生电源上,用多用电表测量副线圈的电压,下列操作正确的是　　　　. A.原线圈接直流电源,电表用直流电压挡B.原线圈接直流电源,电表用交流电压挡C.原线圈接交流电源,电表用直流电压挡D.原线圈接交流电源,电表用交流电压挡
(2)该同学继续做实验,先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”).上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是　  .
答案: (1)D　(2)增大　减小　控制变量法
【典例3】在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中,已有如下器材及开关和导线若干.A.可拆变压器　　　　　B.干电池C.条形磁体 D.多用电表(1)上述仪器中不需要的是　　　　(填字母),还需要的是　　　　　　　(填名称). 
(2)用匝数na=100和nb=200的变压器,当副线圈处于空载状态(没有接负载)时测量原、副线圈的电压,实验测量数据如下表.
根据测量数据可判断原线圈的匝数是　　　　(选填“na”或“nb”). (3)保持原线圈匝数和交流电压均不变,给副线圈接上小灯泡,实验发现,随着副线圈匝数增加,小灯泡得到的电压反而减小,亮度减弱,可能的原因是　 . 
答案:(1)BC　低压交流电源　(2)nb (3)副线圈匝数越多,线圈电阻越大,输出电压降低
探究三 理想变压器的电流关系和功率关系
应用在某实际电路中的理想变压器原理如图所示,原、副线圈的匝数分别为n1、n2.
1.理想变压器输入功率与输出功率有什么关系?原、副线圈中电流大小与它们的线圈匝数之间有什么关系?试推导电流大小与线圈匝数的关系.
2.若向下移动滑动变阻器的滑片,副线圈两端电压变化吗?原、副线圈中的电流变化吗?为什么?
3.若向下移动滑动变阻器的滑片,变压器的输出功率、输入功率变化吗?为什么?
答案:变化.向下移动滑动变阻器的滑片,由于副线圈的输出电压U2不变,流过副线圈的电流I2变大,变压器的输出功率P出变大;根据理想变压器的输入功率等于输出功率知输入功率P入变大.
2.理想变压器的三个制约关系.(1)电压制约:线圈匝数不变时,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.(只有一个副线圈)3.变压器分类:如果副线圈的电压比原线圈的电压低,这样的变压器叫作降压变压器;反之,则叫升压变压器.
【典例4】如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R.开始时,开关S断开.当开关S闭合时,下列说法不正确的是(　)
A.副线圈两端的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C.通过灯泡L1的电流减小D.原线圈中的电流增大
理想变压器动态问题的分析思路
1.如图所示,可以将电压升高给电灯供电的变压器是(　　)
解析:变压器只能对交变电流实现变压,不能对直流变压,故选项A、D错误.由于电压比等于变压器线圈匝数比,副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升压,选项B错误,选项C正确.
2.(2022·广东模拟)在美国使用的电吹风在120 V的电压下正常工作,现将它在标准电压为220 V的中国使用,下列说法正确的是 (　　)A.要使电吹风正常工作,所需变压器的原、副线圈匝数比应为6∶11B.标准电压220 V指的是交变电流的有效值C.标准电压220 V指的是交变电流的峰值D.变压器中匝数少的线圈导线较细,匝数多的线圈导线较粗
3.如图所示的理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R相连组成闭合回路.当直导线AB在垂直于纸面方向的匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时,电流表A1的读数是12 mA,那么电流表A2的读数是(　　)
A.0 B.3 mAC.48 mA D.与R值大小有关
解析:当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割磁感线运动时,原线圈中产生恒定的电流,不能在铁芯中产生变化的磁场,副线圈中不会产生感应电流,故选A.
4.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W;原线圈电路中接有电压表和电流表.现闭合开关,灯泡正常发光.若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则(　　)
5.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12 V　6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时,原线圈电路中电压表和电流表(均可视为理想的)的示数分别是(　　)
A.120 V,0.10 AB.240 V,0.025 AC.120 V,0.05 AD.240 V,0.05 A
情境　某简易霓虹灯的控制电路如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的家庭电路上,向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电,使它正常发光.为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,当副线圈电路中的电流超过12 mA时,熔丝就熔断.
问题　(1)熔丝的熔断电流是多大?(2)当副线圈电路中电流为10 mA时,变压器的输入功率是多大?
答案:(1)0.98 A　(2)180 W