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教科版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交流电3 变压器示范课ppt课件
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这是一份教科版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交流电3 变压器示范课ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、变压器的结构与原理1.变压器的构造由 和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示。 (1)原线圈:一个线圈与交流电电源连接,叫作原线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:一个线圈与 连接,叫作副线圈,也叫次级线圈。 两个线圈间是绝缘的
2.原理 现象是变压器的工作基础。原线圈中交变电流在铁芯中激发交变的磁场,交变的 穿过原、副线圈,在原、副线圈中产生 。 3.作用改变交变电流的 ,不改变交变电流的 和 。
二、变压器电压与匝数的关系1.理想变压器(1)定义:没有 损失的变压器。 (2)特点:①忽略 ; ②忽略一切能量损耗。 输入功率与输出功率相等2.电压与匝数的关系变压器改变交变电流的电压,理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的 之比,即 3.两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫 变压器,副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 变压器。
三、电压互感器和电流互感器1.电压互感器(1)特点:降压变压器。
(2)原理:初级 在高压交流线路上,次级与交流 表相连,由于它的原、副线圈匝数比已知,根据电压表测出的次级输出电压值和铭牌上的变压比就可以算出高压线两端的电压值。 (3)变压比:初级输入电压与次级输出电压之比。(4)安全防护:为防止高低压线圈间以及高压线圈与 间的绝缘部分被击穿造成触电事故,副线圈必须接地。
2.电流互感器(1)特点:升压变压器。
(2)原理:原线圈 在被测交流电路中,副线圈与交流 表相连,根据变流比就可以算出被测电路中的电流。 (3)安全防护。①使用时 线圈必须接地; ②使用时不许将副线圈 。
情境链接如图所示,把两个线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到交流电源的两端,另一个线圈连接到小灯泡上,小灯泡能发光。闭合铁芯的作用是什么?两个线圈并没有直接接触,小灯泡为什么能发光?
提示 闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路,使原、副线圈的磁通量变化情况基本相同;原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,进而有感应电流,使小灯泡发光。
教材拓展阅读教材P73“发展空间”的内容可知,在理想情况下,变压器输入功率等于输出功率,由此推导出原、副线圈电流的比与匝数成反比,那么如果副线圈不是一个,结果如何呢?
提示 根据变压器输入功率等于输出功率可推导出I1U1=I2U2+I3U3+…,得I1n1=I2n2+I3n3+…。
易错辨析(1)实际生活中,不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。( )(2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流,还可以改变交变电流的功率和频率。( )(3)变压器也能直接改变稳恒直流电压。( )(4)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率。( )(5)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。( )
探究点一 变压器的原理及基本关系
如果将变压器的原线圈接到电池正负极上,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,在原线圈上接电池,在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。
1.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。(4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。
(2)功率关系:对于理想变压器,不考虑能量损失,P入=P出。(3)电流关系:由功率关系可知,当只有一个副线圈时,I1U1=I2U2,得
特别提示 理想变压器的三点注意(1)变压器不能改变直流电压。(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。(3)理想变压器本身不消耗能量。
【例1】 (多选)(2023海南期末)如图所示的变压器,原线圈匝数为n1=2 200,输入电压随时间变化为U=220 cs 100πt(V),将阻值为10 Ω的电阻R接在副线圈AB两端时,功率为10 W。下列说法正确的是( )A.副线圈中的电流为1 AB.原线圈中的电流为 AC.副线圈AB两端电压的频率为100 HzD.副线圈的匝数为141
对点演练1 (多选)(2023北京师大附中高二期末)某同学用如图甲所示的可拆变压器探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系,在实验时组装的变压器如图乙所示。在铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为n1和n2。该同学将原线圈接在学生电源上,分别测量原、副线圈的电压U1和U2。下列说法正确的是( )
A.原线圈应接在学生电源直流电压输出端B.若原线圈电压一定,只增加原线圈的匝数会减小副线圈的输出电压C.若铁芯B没有安装在铁芯A上,U1∶U2>n1∶n2D.无论铁芯B是否安装在铁芯A上,U1∶U2=n1∶n2
探究点二 理想变压器工作时的制约关系
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接通时,副线圈两端M、N的输出电压减小吗?副线圈输电线等效电阻R上的电压如何变化?原线圈的电流如何变化?
提示 由于输入电压不变,当S接通时, M、N两端输出电压不变。总电阻变小,由欧姆定律知,流过R的电流增大,等效电阻上的电压UR=IR增大。副线圈输出电流增大,原线圈输入电流I1也增大。UMN不变,UR变大。
1.理想变压器的制约关系
2.含有多个副线圈的变压器计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时,需注意三个关系:功率关系:P1=P2+P3+P4+…+Pn;电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+…+nnIn。
【例2】 (多选)(2023浙江温州高二期末改编)如图所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在副线圈的回路中接有阻值为R=200 Ω的电阻,原线圈一侧接在电压300 V的正弦交流电源上,则( )
A.电阻R两端的电压为100 VB.如果在电阻R上再并联一个相同的电阻,其两端的电压为50 VC.原、副线圈回路中的电流之比为1∶3D.原线圈的输入功率与副线圈的输出功率之比为3∶1
对点演练2(多选)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 VD.如果在电阻R上再并联一个相同的电阻,原线圈输入功率变大
探究点三 两种常见变压器
钳形电流表的外形和结构简图如图甲所示,现用其测量一电缆线中的电流,如图乙所示,若电流表上指示的电流为I,已知表中线圈的匝数为n,这种电流表能测量恒定电流吗?待测电缆中电流是多少?
提示 钳形电流表工作原理是电磁感应规律,不能测量恒定电流,主要应用在交变电流中;根据变压器原理可得 ,所以图中电缆线中的电流为nI。
1.自耦变压器自耦变压器的示意图如图1所示。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,副线圈只取原线圈的一部分,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2所示。将线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,AB之间加上输入电压U1,移动滑动触头的位置就可以调节输出电压U2。
【例3】 (多选)如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,其中a、b是交流电压表或交流电流表,若高压输电线间的电压为220 kV,T1的原、副线圈匝数比为1∶100,交流电压表的示数为100 V,交流电流表的示数为1 A,则( )A.b是交流电压表B.T2的原、副线圈匝数比为100∶1C.高压线路输送的电流为1 AD.高压线路输送的电功率为2.2×104 kW
对点演练3如图所示,在某一输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为1 000∶1和1∶100,已知电压表的示数为22 V,电流表的示数为1 A,则线路输送的电功率是( )
A.220 W B.22 kWC.220 kWD.2 200 kW
1.(变压器原理)某理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶2,原线圈接在1.5 V的干电池上,则副线圈两端电压为( )A.3 VB.1.5 V VD.0
解析 根据题意可知,原线圈接直流电,变压器不能工作,所以负线圈的输出电压为0。故选D。
2.(变压器的基本关系)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( )A.U=110 V,I=0.2 AB.U=110 V,I=0.05 AC.U=110 V,I=0.2 AD.U=110 V,I=0.2 A
3.(变压器原理理解)如图所示,绕制变压器时,某人误将两个线圈绕在变压器铁芯的左右两个臂上,当通以交变电流时,两个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数之比N1∶N2=2∶1。在不接负载的情况下( )①当线圈1输入电压220 V时,线圈2输出的电压为110 V②当线圈1输入电压220 V时,线圈2输出电压为55 V③当线圈2输入电压110 V时,线圈1输出电压为220 V④当线圈2输入电压110 V时,线圈1输出电压为110 VA.①③B.②④C.①④D.②③
4.(互感器)(2023浙江宁波北仑中学高二开学考试)高压输电过程中的高电压、大电流,我们一般用电压互感器和电流互感器进行测量。两个互感器如图所示,在图中圆圈内a、b表示电表,已知电压比为100∶1,电流比
为10∶1,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则( )A.a为电压表,b为电流表,输送电功率是2.2×106 WB.a为电压表,b为电流表,输送电功率是2.2×103 WC.a为电流表,b为电压表,输送电功率是2.2×106 WD.a为电流表,b为电压表,输送电功率是2.2×103 W
解析 根据题意,由图可知,a为电压表,b为电流表,根据电压比与电压表示数可知,输送电压为U=220×100 V=22 000 V,根据电流比与电流表示数可知,输送电流为I=10×10 A=100 A,输送电功率为P=UI=2.2×106 W,故选A。
5.(自耦变压器)某同学设计的无级变速风扇电路如图所示,理想自耦变压器的铁芯上绕有一个线圈,可通过滑片调节副线圈匝数。A、B间输入电压为u=100 sin 100πt(V),E为线圈C、D的中点,通过滑片上、下移动,改变风扇M两端的电压。风扇M的内阻r=10 Ω,额定电压U=100 V,额定功率P=50 W,则( )
A.当滑片向上移动时,风扇的转速将减小B.当滑片向上移动时,原线圈的电流将变小C.当滑片置于C处时,风扇输出功率为47.5 WD.当滑片置于E处时,风扇两端的电压为50 V
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、变压器的结构与原理1.变压器的构造由 和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示。 (1)原线圈:一个线圈与交流电电源连接,叫作原线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:一个线圈与 连接,叫作副线圈,也叫次级线圈。 两个线圈间是绝缘的
2.原理 现象是变压器的工作基础。原线圈中交变电流在铁芯中激发交变的磁场,交变的 穿过原、副线圈,在原、副线圈中产生 。 3.作用改变交变电流的 ,不改变交变电流的 和 。
二、变压器电压与匝数的关系1.理想变压器(1)定义:没有 损失的变压器。 (2)特点:①忽略 ; ②忽略一切能量损耗。 输入功率与输出功率相等2.电压与匝数的关系变压器改变交变电流的电压,理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的 之比,即 3.两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫 变压器,副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 变压器。
三、电压互感器和电流互感器1.电压互感器(1)特点:降压变压器。
(2)原理:初级 在高压交流线路上,次级与交流 表相连,由于它的原、副线圈匝数比已知,根据电压表测出的次级输出电压值和铭牌上的变压比就可以算出高压线两端的电压值。 (3)变压比:初级输入电压与次级输出电压之比。(4)安全防护:为防止高低压线圈间以及高压线圈与 间的绝缘部分被击穿造成触电事故,副线圈必须接地。
2.电流互感器(1)特点:升压变压器。
(2)原理:原线圈 在被测交流电路中,副线圈与交流 表相连,根据变流比就可以算出被测电路中的电流。 (3)安全防护。①使用时 线圈必须接地; ②使用时不许将副线圈 。
情境链接如图所示,把两个线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到交流电源的两端,另一个线圈连接到小灯泡上,小灯泡能发光。闭合铁芯的作用是什么?两个线圈并没有直接接触,小灯泡为什么能发光?
提示 闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路,使原、副线圈的磁通量变化情况基本相同;原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,进而有感应电流,使小灯泡发光。
教材拓展阅读教材P73“发展空间”的内容可知,在理想情况下,变压器输入功率等于输出功率,由此推导出原、副线圈电流的比与匝数成反比,那么如果副线圈不是一个,结果如何呢?
提示 根据变压器输入功率等于输出功率可推导出I1U1=I2U2+I3U3+…,得I1n1=I2n2+I3n3+…。
易错辨析(1)实际生活中,不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。( )(2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流,还可以改变交变电流的功率和频率。( )(3)变压器也能直接改变稳恒直流电压。( )(4)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率。( )(5)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。( )
探究点一 变压器的原理及基本关系
如果将变压器的原线圈接到电池正负极上,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,在原线圈上接电池,在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。
1.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。(4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。
(2)功率关系:对于理想变压器,不考虑能量损失,P入=P出。(3)电流关系:由功率关系可知,当只有一个副线圈时,I1U1=I2U2,得
特别提示 理想变压器的三点注意(1)变压器不能改变直流电压。(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。(3)理想变压器本身不消耗能量。
【例1】 (多选)(2023海南期末)如图所示的变压器,原线圈匝数为n1=2 200,输入电压随时间变化为U=220 cs 100πt(V),将阻值为10 Ω的电阻R接在副线圈AB两端时,功率为10 W。下列说法正确的是( )A.副线圈中的电流为1 AB.原线圈中的电流为 AC.副线圈AB两端电压的频率为100 HzD.副线圈的匝数为141
对点演练1 (多选)(2023北京师大附中高二期末)某同学用如图甲所示的可拆变压器探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系,在实验时组装的变压器如图乙所示。在铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为n1和n2。该同学将原线圈接在学生电源上,分别测量原、副线圈的电压U1和U2。下列说法正确的是( )
A.原线圈应接在学生电源直流电压输出端B.若原线圈电压一定,只增加原线圈的匝数会减小副线圈的输出电压C.若铁芯B没有安装在铁芯A上,U1∶U2>n1∶n2D.无论铁芯B是否安装在铁芯A上,U1∶U2=n1∶n2
探究点二 理想变压器工作时的制约关系
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接通时,副线圈两端M、N的输出电压减小吗?副线圈输电线等效电阻R上的电压如何变化?原线圈的电流如何变化?
提示 由于输入电压不变,当S接通时, M、N两端输出电压不变。总电阻变小,由欧姆定律知,流过R的电流增大,等效电阻上的电压UR=IR增大。副线圈输出电流增大,原线圈输入电流I1也增大。UMN不变,UR变大。
1.理想变压器的制约关系
2.含有多个副线圈的变压器计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时,需注意三个关系:功率关系:P1=P2+P3+P4+…+Pn;电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+…+nnIn。
【例2】 (多选)(2023浙江温州高二期末改编)如图所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在副线圈的回路中接有阻值为R=200 Ω的电阻,原线圈一侧接在电压300 V的正弦交流电源上,则( )
A.电阻R两端的电压为100 VB.如果在电阻R上再并联一个相同的电阻,其两端的电压为50 VC.原、副线圈回路中的电流之比为1∶3D.原线圈的输入功率与副线圈的输出功率之比为3∶1
对点演练2(多选)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 VD.如果在电阻R上再并联一个相同的电阻,原线圈输入功率变大
探究点三 两种常见变压器
钳形电流表的外形和结构简图如图甲所示,现用其测量一电缆线中的电流,如图乙所示,若电流表上指示的电流为I,已知表中线圈的匝数为n,这种电流表能测量恒定电流吗?待测电缆中电流是多少?
提示 钳形电流表工作原理是电磁感应规律,不能测量恒定电流,主要应用在交变电流中;根据变压器原理可得 ,所以图中电缆线中的电流为nI。
1.自耦变压器自耦变压器的示意图如图1所示。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,副线圈只取原线圈的一部分,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2所示。将线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,AB之间加上输入电压U1,移动滑动触头的位置就可以调节输出电压U2。
【例3】 (多选)如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,其中a、b是交流电压表或交流电流表,若高压输电线间的电压为220 kV,T1的原、副线圈匝数比为1∶100,交流电压表的示数为100 V,交流电流表的示数为1 A,则( )A.b是交流电压表B.T2的原、副线圈匝数比为100∶1C.高压线路输送的电流为1 AD.高压线路输送的电功率为2.2×104 kW
对点演练3如图所示,在某一输电线路的起始端接入两个互感器,原、副线圈的匝数比分别为1 000∶1和1∶100,已知电压表的示数为22 V,电流表的示数为1 A,则线路输送的电功率是( )
A.220 W B.22 kWC.220 kWD.2 200 kW
1.(变压器原理)某理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶2,原线圈接在1.5 V的干电池上,则副线圈两端电压为( )A.3 VB.1.5 V VD.0
解析 根据题意可知,原线圈接直流电,变压器不能工作,所以负线圈的输出电压为0。故选D。
2.(变压器的基本关系)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( )A.U=110 V,I=0.2 AB.U=110 V,I=0.05 AC.U=110 V,I=0.2 AD.U=110 V,I=0.2 A
3.(变压器原理理解)如图所示,绕制变压器时,某人误将两个线圈绕在变压器铁芯的左右两个臂上,当通以交变电流时,两个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数之比N1∶N2=2∶1。在不接负载的情况下( )①当线圈1输入电压220 V时,线圈2输出的电压为110 V②当线圈1输入电压220 V时,线圈2输出电压为55 V③当线圈2输入电压110 V时,线圈1输出电压为220 V④当线圈2输入电压110 V时,线圈1输出电压为110 VA.①③B.②④C.①④D.②③
4.(互感器)(2023浙江宁波北仑中学高二开学考试)高压输电过程中的高电压、大电流,我们一般用电压互感器和电流互感器进行测量。两个互感器如图所示,在图中圆圈内a、b表示电表,已知电压比为100∶1,电流比
为10∶1,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则( )A.a为电压表,b为电流表,输送电功率是2.2×106 WB.a为电压表,b为电流表,输送电功率是2.2×103 WC.a为电流表,b为电压表,输送电功率是2.2×106 WD.a为电流表,b为电压表,输送电功率是2.2×103 W
解析 根据题意,由图可知,a为电压表,b为电流表,根据电压比与电压表示数可知,输送电压为U=220×100 V=22 000 V,根据电流比与电流表示数可知,输送电流为I=10×10 A=100 A,输送电功率为P=UI=2.2×106 W,故选A。
5.(自耦变压器)某同学设计的无级变速风扇电路如图所示,理想自耦变压器的铁芯上绕有一个线圈,可通过滑片调节副线圈匝数。A、B间输入电压为u=100 sin 100πt(V),E为线圈C、D的中点,通过滑片上、下移动,改变风扇M两端的电压。风扇M的内阻r=10 Ω,额定电压U=100 V,额定功率P=50 W,则( )
A.当滑片向上移动时,风扇的转速将减小B.当滑片向上移动时,原线圈的电流将变小C.当滑片置于C处时,风扇输出功率为47.5 WD.当滑片置于E处时,风扇两端的电压为50 V
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