高中物理 第五章 交變電流 4 變壓器課件 新人教版選修3-2.ppt

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自主學習·基礎知識,4 變壓器 [學習目標] 1.了解變壓器的構造及幾種常見的變壓器． 2.理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理．(重點) 3．掌握理想變壓器的電壓和電流與匝數(shù)的關系，并能用它解決基本問題．(難點),合作探究·重難疑點,解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),,閉合鐵芯,線圈,原線圈,副線圈,2．原理 ______現(xiàn)象是變壓器的工作基礎，由于原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的______也在不斷變化．變化的______在副線圈中產(chǎn)生____________．,互感,磁場,磁場,感應電動勢,在課外，某同學在進行低壓交流變壓器實驗的準備工作時，發(fā)現(xiàn)缺少電源，于是就用一種摩托車的蓄電池代替，按下圖5-4-1進行實驗． 圖5-4-1 則閉合電鍵后，燈泡是否發(fā)光？并解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因？,1．變壓器是利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉化．( ) 2．恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生互感現(xiàn)象，也可起到變壓作用．( ) 3．變壓器的鐵芯由很薄的硅鋼片疊合而成．( ),√,×,√,1．理想變壓器 沒有__________的變壓器． 2．電壓與匝數(shù)關系 原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的_________，即： ＝ .,能量損失,匝數(shù)之比,【提示】 當原線圈電壓最大時，電流最大，但電流的變化率為零，此時副線圈中磁場最強，但磁通量的變化率為零，故此時副線圈兩端的電壓為零，即U2＝0.可見，原、副線圈的瞬時電壓與匝數(shù)不成正比．,1．在理想變壓器中原、副線圈的磁通量的變化率是一致的．( ) 2．理想變壓器可以改變交變電流的頻率．( ) 3．電流通過鐵芯從原線圈流到副線圈．( ),×,×,√,預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學生分組探究一 變壓器的工作原理 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．把兩個沒有用導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連到交流電源的兩端，另一個線圈連到小燈泡上．接通電源，我們會看到小燈泡發(fā)光，結合實驗現(xiàn)象思考變壓器的原、副線圈沒有連在一起，原線圈中的電流是如何“流到”副線圈中去的？,【提示】 變壓器的原、副線圈雖然都套在同一個鐵芯上，但兩線圈是彼此絕緣的，原線圈是利用了互感現(xiàn)象在副線圈中感應出電流的，并不是原線圈的電流直接流到副線圈中去．,2．探究分析變壓器中閉合鐵芯的作用是什么？ 【提示】 變壓器的鐵芯為閉合鐵芯，形成一個閉合磁路，使副線圈中的磁通量變化與原線圈中的磁通量變化基本相同．,第2步結論——自我總結，素能培養(yǎng) 圖5-4-3,1．變壓器的變壓原理：當原線圈加上交流電壓U1時，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應電動勢．如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈．(如圖5-4-3) 2．能量轉化：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉化．,第3步例證——典例印證，思維深化 如圖5-4-4所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數(shù)為12 mA，則電流表A2的示數(shù)為( ) 圖5-4-4 A．3 mA B．0 C．48 mA D．與負載R的值有關,【解析】 當導體棒做勻速直線運動切割磁感線時，在原線圈中產(chǎn)生恒定不變的電流，鐵芯中產(chǎn)生的磁場是不變的，穿過副線圈的磁通量不變，不能在副線圈中產(chǎn)生感應電流． 【答案】 B,變壓器的作用 如果變壓器接在直流電路中，原線圈中電流不變，在鐵芯中不能引起磁通量的變化，沒有互感現(xiàn)象，變壓器起不到變壓作用．,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．(多選)關于變壓器，下列說法正確的是( ) A．變壓器的工作原理是電磁感應 B．所有變壓器的工作基礎都是互感現(xiàn)象 C．各種電流接入變壓器的輸入端，變壓器都能持續(xù)正常工作 D．只有交變電流接入變壓器的原線圈中，變壓器才能持續(xù)正常工作,【解析】 變壓器之所以能變壓，是因為原線圈接交流電源時，有交變電流流過原線圈，引起穿過原、副線圈的磁通量發(fā)生變化，在原、副線圈中都產(chǎn)生了感應電動勢，所以變壓器的工作原理是電磁感應，所以選項A正確；,有一種變壓器叫自耦變壓器，它只有一個線圈繞在鐵芯上，但有三個抽頭，可升壓、也可降壓，這種變壓器的工作基礎是自感，也就是說，當變壓器是利用兩個線圈變壓時，其工作基礎是互感，當變壓器是利用一個線圈變壓時，其工作基礎是自感，所以選項B錯誤；變壓器要想持續(xù)正常工作，原線圈必須接入交變電流，若接入直流電，原、副線圈中不可能出現(xiàn)持續(xù)的感應電動勢，變壓器不能持續(xù)正常工作，所以選項C錯誤，D正確． 【答案】 AD,2．一個正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，下列物理量不一定相等的是( ) A．交流的頻率 B．電流的有效值 C．電功率 D．磁通量的變化率,【解析】 變壓器可以改變原、副線圈中的電流，因此原、副線圈中的電流不一定有相同的有效值，選項B正確；由于穿過原線圈的磁通量全部穿過副線圈，因而原、副線圈的磁通量變化率相同，選項D錯誤；變壓器的工作基礎是互感現(xiàn)象，副線圈中感應的交流頻率與原線圈中交流頻率是相同的，選項A錯誤；理想變壓器中P入＝P出，選項C錯誤． 【答案】 B,學生分組探究二 理想變壓器中的幾個關系 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．理想變壓器有什么特點？實際變壓器與理想變壓器相比有什么區(qū)別？ 【提示】 理想變壓器有三個特點： (1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁；,(2)原、副線圈不計內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱． (3)變壓器自身的能量損耗不計，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率． 實際變壓器不可避免地存在損耗．,3．功率關系 對于理想變壓器，不考慮能量損失，P入＝P出． 4．電流關系 由功率關系，當只有一個副線圈時，I1U1＝I2U2，,第3步例證——典例印證，思維深化 (2014·黃岡中學高二檢測)一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶5.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓U如圖5-4-5所示．副線圈僅接入一個10 Ω的電阻．則( ) 5-4-5,【思路點撥】 解答本題時應把握以下三點： (1)正弦交變電流峰值與有效值的關系． (2)變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系． (3)電流表示數(shù)，電熱和功率需用交變電流有效值計算．,【答案】 D,第4步巧練——精選習題，落實強化 圖5-4-6 1．(2013·廣東高考)如圖5-4-6所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1， )和?均為理想電表，燈泡 電阻RL＝6 Ω，AB端電壓u1＝12 sin100πt(V)．下列說法正確的是( ),【答案】 D,2．(2014·山東高考)(多選)如圖5-4-7，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上．閉合開關S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A．以下判斷正確的是( ) 圖5-4-7,A．變壓器輸入功率為484 W B．通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C．通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D．變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶3,【答案】 BD,學生分組探究三 變壓器的動態(tài)分析 第1步探究——分層設問，破解疑難 如圖5-4-8所示為理想變壓器，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表．從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，請?zhí)骄恳韵聨讉€問題： 圖5-4-8,1．保持滑動變阻器觸頭P的位置不變，當單刀雙擲開關由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？變壓器的輸出功率如何變化？ 【提示】 理想變壓器副線圈輸出電壓變大，通過負載電阻的電流增大，電壓表和電流表的示數(shù)均變大，變壓器的輸出功率變大．,2．單刀雙擲開關與a連接，在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？變壓器的輸出功率如何變化？原線圈的電流、輸入功率如何變化？,第2步結論——自我總結，素能培養(yǎng) 1．電壓制約 當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定時，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2＝n2U1/n1. 2．電流制約 當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝n2I2/n1.,3．負載制約 (1)變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2＝P負1＋P負2＋…； (2)變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定，I2＝P2/U2； (3)總功率P入＝P線＋P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的．,4．對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況 (1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是 R→I2→P2→P1→I1. (2)負載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是 n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.,第3步例證——典例印證，思維深化 (多選)(2014·廣東高考)如圖5-4-9所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合電鍵S，下列說法正確的是( ) 圖5-4-9 A．P向下滑動時，燈L變亮 B．P向下滑動時，變壓器的輸出電壓不變,C．P向上滑動時，變壓器的輸入電流變小 D．P向上滑動時，變壓器的輸出功率變大 【思路點撥】 首先要分清變量和不變量；其次明確各物理量間的制約關系． 【解析】 本題是理想變壓器的動態(tài)分析問題，首先要分清變量和不變量，其次明確各物理量間的制約關系． 由于理想變壓器輸入電壓U1不變，原、副線圈匝數(shù)不變，所以輸出電壓U2也不變，燈L亮度不隨P的滑動改變，故選項A錯誤，選項B正確．,P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻減小，負載總電阻R總減小，由 【答案】 BD,理想變壓器動態(tài)問題的處理方法 1．首先抓住三個決定原則：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出電流I2決定輸入電流I1；輸出功率P2決定輸入功率P1. 2．把副線圈當作電源，研究副線圈電路電阻變化． 3．根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判定副線圈電流的變化、功率的變化．,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．(2014·福州高二檢測)用電高峰期，電燈往往會變暗，其原理可簡化為如下物理問題．如圖5-4-10所示，理想變壓器的副線圈上，通過輸電線連接兩只相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R，原線圈輸入有效值恒定的交流電壓，當開關S閉合時，以下說法中正確的是( ) 圖5-4-10,A．原線圈中電流減小 B．副線圈輸出電壓減小 C．R兩端的電壓增大 D．原線圈輸入功率減小 【解析】 原線圈輸入電壓恒定，副線圈輸出電壓不變，B錯誤；當開關S閉合后，電路中總電阻減小，總電流和總功率變大，原線圈中電流和輸入功率都變大，R兩端的電壓增大，故C正確，A、D錯誤． 【答案】 C,2．(多選)有一理想變壓器的原線圈連接一只交流電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過滑片Q調(diào)節(jié)，如圖5-4-11所示，在副線圈的輸出端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，在原線圈上加一電壓為U的交流電源，則( ) 圖5-4-11,A．保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表的讀數(shù)變大 B．保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表的讀數(shù)變小 C．保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數(shù)變大 D．保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數(shù)變小,【答案】 BC,變壓器與分壓器的變壓辨析 變壓器(如圖5-4-12甲所示)和分壓器(如圖5-4-13乙所示)都能起到改變電壓的作用，但二者又有著本質(zhì)的區(qū)別． 圖5-4-12,為了幫助同學們加深對這兩種裝置的認識，更好地理解和應用它們來解決實際問題，現(xiàn)將二者區(qū)別總結如下： 1．工作原理不同：變壓器是一種“電感性裝置”，是根據(jù)電磁感應原理工作的；而分壓器是一種“電阻性裝置”，是根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作的． 2．改變電壓的種類不同：變壓器只能改變交變電壓，不能改變直流電壓；而分壓器既可改變交變電壓，也可改變直流電壓．,3．電壓的調(diào)節(jié)范圍不同：變壓器可以使交流電壓升高或降低；而分壓器不能使電壓升高，只能使電壓降低． 4．受負載影響不同：若在cd間、gh間分別接入負載電阻R0后，對于變壓器，Ucd不隨R0的變化而變化；而對于分壓器，Ugh隨R0的增大而增大，隨R0的減小而減小．,(2014·漳州高二檢測)甲、乙兩電路中，當a、b兩端與e、f兩端分別加上110 V的交流電壓時，測得c、d間與g、h間的電壓均為55 V．若分別在c、d兩端與g、h兩端加上110 V的交流電壓，則a、b間與e、f間的電壓分別為( ) A．220 V，220 V B．220 V，110 V C．110 V，110 V D．220 V，0,【解析】 當a、b兩端接110 V電壓時，c、d間獲得的電壓為55 V，說明c、d間線圈的匝數(shù)為原線圈a、b間匝數(shù)的一半；反過來，當c、d兩端接110 V電壓時，由電壓與匝數(shù)的關系知，a、b間電壓應為220 V．當e、f兩端接110 V電壓時，g、h間電壓為55 V，說明g、h間電阻為e、f間電阻的一半；當g、h兩端接110 V電壓時，其等效電路如圖所示．,e、g間沒有電流，e、g間電壓為零，所以e、f間電壓與g、h間電壓相等，為110 V，故B正確． 【答案】 B,[先看名師指津] 變壓器是一種電感性儀器，根據(jù)電磁感應原理工作的，只能改變交流電壓，不能改變直流電壓；而分壓器是一種電阻性儀器，是根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作的，可以改變交流電壓，也可以改變直流電壓．,[再演練應用] 圖5-4-14 (2014·湖北沙市中學月考)如圖5-4-14甲、乙所示電路中，當A、B接10 V交流電壓時，C、D間電壓為4 V；當M、N接10 V直流電壓時，P、Q間電壓也為4 V．現(xiàn)把C、D接4 V交流電壓，P、Q接4 V直流電壓，下面可表示A、B間和M、N間的電壓的是( ),A．10 V，10 V B．10 V，4 V C．4 V，10 V D．10 V，0 【解析】 本題考查了變壓器和分壓器的原理及區(qū)別．甲圖是一個自耦變壓器，當A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，是一個降壓變壓器，兩邊的電壓之比等于線圈的匝數(shù)之比．當C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4 V交流時，A、B間將得到10 V交流．,乙圖是一個分壓電路，當M、N作為輸入端時，上下兩個電阻上的電壓跟它們的電阻的大小成正比但是當把電壓加在P、Q兩端時，電流只經(jīng)過下面那個電阻，上面的電阻中沒有電流，M、P兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點的電勢相等所以當P、Q接4 V直流時，M、N兩端電壓也是4 V. 順便指出，如果M、N或P、Q換成接交流電壓，上述關系仍然成立，因為在交流純電阻電路中歐姆定律照樣適用． 【答案】 B,