物理选择性必修 第二册3 变压器教课课件ppt

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必备知识·自主预习储备
知识点一　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__________连接，叫作原线圈，也叫________。(2)副线圈：一个线圈与____连接，叫作副线圈，也叫________。2．原理：____现象是变压器的工作基础。原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的____，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____。
4．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。提醒　原、副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化率时刻相同。
体验1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。( )(2)变压器的铁芯带电。( )(3)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。( )
知识点二　变压器的电压与匝数的关系1．理想变压器(1)定义：没有____损失，严格满足变压器的各组线圈的电压U与匝数n之比都为一个常量的变压器。(2)特点①忽略____。②忽略一切能量损耗。
3．两类变压器(1)降压变压器：______的电压比______电压低的变压器。(2)升压变压器：______的电压比______电压高的变压器。思考　变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗？提示：不一样，跟电流大小有关，匝数少的电流大。
知识点三　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，根据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：为防止线圈与____间的绝缘部分被击穿造成触电事故，__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____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____。
体验3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)电压互感器原线圈匝数大于副线圈匝数。( )(2)电流互感器是降压变压器。( )
关键能力·情境探究达成
考点1　理想变压器的基本关系
考点2　理想变压器工作时的制约关系
考点3　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路，接通电源，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？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？
【典例1】　(多选)如图所示，理想变压器的原线圈匝数为n1＝1000匝，副线圈匝数为n2＝200匝，交变电源的电动势e＝311sin314t(V)，电阻R＝88Ω，电流表和电压表对电路的影响忽略不计。下列结论正确的是(　　)A．电流表A1的示数为0.10AB．电压表V1的示数为311VC．电流表A2的示数为0.75AD．电压表V2的示数为44V
变压器中提到的电压关系、电流关系、电路中电表的示数等，指的都是交变电流的有效值。
3．功率制约输出功率P2决定输入功率P1。变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，即P2＝P负1＋P负2＋…。P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为零，P1为零。
[母题变式]　若只将负载电阻的大小变为原来的2倍，则负载电阻消耗的功率怎么变化？若在副线圈端再并联一个灯泡，电压表读数与电流表读数如何变化？[解析]　若只将负载电阻的大小变为原来的2倍，输出电压不变，则负载电阻消耗的功率变为原来的二分之一。若在副线圈再并联一个灯泡，副线圈的总电阻减小电流增大，电压是由输入决定输出，所以电压表示数不变；电流是由输出决定输入，所以电流表读数增大。[答案]　变为原来的二分之一　不变　增大
两类理想变压器的动态分析问题(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。(2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。
[跟进训练]2．如图甲所示，不计电阻的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，输出交变电流的电动势图像如图乙所示，经原、副线圈匝数比为1∶10的理想变压器给一灯泡供电，灯泡上标有“220V　22W”字样，如图丙所示，则(　　)
甲　　　　　　　乙　　　　　　丙
A．t＝0.01s时刻穿过线框回路的磁通量为零B．灯泡中的电流方向每秒钟改变50次C．灯泡不能正常发光D．电流表示数为1A
考点3　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、实验目的探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。二、实验器材可拆变压器、学生电源、交流电表、导线若干。
三、实验原理电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于交变电流的大小、方向在不断地变化，铁芯中的磁场强弱和方向也在不断地变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。
四、实验操作1．按图示电路连接实物。
2．利用学生电源在变压器原线圈1、4两接线柱间输入较低交流电压。3．利用交流电压表分别测量不同端点间的电压并填入下表。
七、注意事项1．连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误后，才能接通电源。2．注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过16V。3．使用多用电表交流电压挡测电压时，先用最大量程试测，然后再用适当的挡位进行测量。
八、误差分析1．线圈绕组的电阻有铜损现象。2．变压器铁芯内有漏磁。3．铁芯中有发热现象。
【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。(1)除变压器外，实验时需要的仪器为图中的________(填选项字母)
A　　　　　B　　　　　　C
[解析]　在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，除变压器外，还需要低压学生交流电源及多用电表，故选BE。
(2)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00V和3.80V，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因是__________________________________________________；_________________________________________________________。[解析]　实验中，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因可能是：有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压，从而出现电压之比与匝数之比不相符的情况。
有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压
(3)某同学在完成上述实验后，用多用电表测量变压器原线圈的电阻，测量时选择开关如图甲、指针偏转如图乙所示，则线圈电阻为________Ω。
[解析]　测量时选择开关如题图甲，则可判断测电阻所用倍率为“×1”挡，指针偏转如题图乙所示，读数为20Ω，故所测线圈电阻为20Ω。
[跟进训练]3．某同学想用220V交流作为小型收录机的电源。他先制作了—个交流变为直流的整流器，但是这个整流器需要用6V的交流电源，于是他又添置了—台220V/6V的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。
(1)他不知道如何接法，也没有相应的说明书。你能帮他判断正确的接法是ad端接________(选填“220V”或“6V”)。[解析]　由于变压器输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，故副线圈电线电阻要小，故引线要粗，故a、d接6V，b、c接220V。
(3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数Na＝80匝和Nb＝160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如下，则接电源的是________(选填“Na”或”Nb”)。
学习效果·随堂评估自测
1．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中：(1)原线圈中接入的电源是________。A．接入220V交流电B．接入学生电源16V以下直流输出C．接入学生电源16V以下交流输出[解析]　“探究变压器的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，因此为了人身安全，所用电压不超过16V，故A、B错误，C正确。故选C。
(2)对于实验过程，下列说法正确的是________。A．为便于探究，应该采用控制变量法B．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量
[解析]　探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，为便于探究，应该采用控制变量法，故A正确；实验通电时，用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联电路中，导致所测数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。故选A。
3．理想变压器的原、副线圈匝数比为10∶1，下列说法正确的是(　　)A．穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是1∶10C．正常工作时，原、副线圈的输入、输出电压之比为10∶1D．正常工作时，原、副线圈的输入、输出电压之比为1∶10
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)变压器能输送电能是利用什么？提示：电磁感应中的互感原理。(2)由电压与匝数关系与哪个关系即可得到电流关系？提示：输入功率等于输出功率。
阅读材料·拓展物理视野
无线充电技术我们知道，变压器能通过电磁感应输送电能。当原线圈中由变化的电流激发了一个变化的磁场，电场的能量就转变成磁场的能量；当这个变化的磁场在副线圈上产生感应电流，磁场的能量就转化成了电场的能量，这样电能就从原线圈不必经过导线直接连接就转移到了副线圈。
图2　无线充电接收器中的线圈
图1　对移动电话进行无线充电
无线充电是近些年发展起来的新技术，其中一种就是基于这样的原理而产生的，只不过变压器磁场的回路是铁芯，而无线充电装置磁场的回路是空气。无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。如果移动电话中有无线充电装置，那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电(图1)。对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收器放在无线充电基座上来进行充电。打开无线充电接收器，就可以看到其内部有一个接收线圈(图2)。
目前已经有移动电话、数字照相机、电动牙刷等电子产品采用无线充电技术。随着新能源汽车的快速发展，无线充电技术在电动汽车中也将会有广泛的应用。相比有线输电技术，无线充电器与用电装置之间不用电线连接，因而具有使用方便、减少触电危险、不易老化磨损等优点。但目前无线充电技术也存在着传输距离短、成本高、能量损耗大等不足。因此，无线充电技术还需不断地改进、发展。