魯科版 物理 選修3-2 4.2 變壓器

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第2節(jié)變壓器 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解變壓器的構(gòu)造以及幾種常見(jiàn)的變壓器 2 理解變壓器的工作原理 3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系 4 掌握理想變壓器的模型 明確理想變壓器的輸入與輸出功率之間的關(guān)系 并由此推導(dǎo)原 副線圈中的電流關(guān)系 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 變壓器的工作原理 2 變壓器的原 副線圈中電壓 電流與匝數(shù)的關(guān)系 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第2節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 變壓器的結(jié)構(gòu)1 結(jié)構(gòu)組成 由兩個(gè) 或兩個(gè)以上 線圈和閉合的鐵芯組成 2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原線圈與 相連 副線圈與 相連 鐵芯由涂有絕緣漆的 而成 交流電源 負(fù)載 硅鋼片疊合 二 變壓器的工作原理1 互感 交變電流通過(guò)原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)交變磁場(chǎng) 交變磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)副線圈閉合時(shí) 副線圈中有電流產(chǎn)生 它在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量 這個(gè)交變磁通量也穿過(guò)原線圈 在原線圈中產(chǎn)生 的現(xiàn)象 2 工作原理電磁感應(yīng)是變壓器的工作原理 即 是變壓器工作的基礎(chǔ) 互相感應(yīng) 互感現(xiàn)象 三 科學(xué)探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系 無(wú)漏磁 無(wú)電阻 思考感悟變壓器的原副線圈連在一起嗎 是原線圈中的電流跑到副線圈中去了嗎 提示 變壓器的原副線圈雖然都套在同一個(gè)鐵芯上 但兩線圈是彼此絕緣的 是利用了互感現(xiàn)象在副線圈上感應(yīng)出電流的 并不是原線圈的電流直接跑到副線圈中去 四 常見(jiàn)的變壓器1 升壓 降壓變壓器n2 n1 是升壓變壓器 n2 n1 是降壓變壓器 2 自耦變壓器 繞組的變壓器為自耦變壓器 3 三相變壓器 是三個(gè)相同容量 的組合 它有 鐵芯柱 每個(gè) 上都繞有同一相的 線圈 一個(gè)是高壓線圈 另一個(gè)是 U2 U1 U2 U1 只有一個(gè) 單相變壓器 3個(gè) 鐵芯柱 2個(gè) 低壓線圈 核心要點(diǎn)突破 一 理想變壓器的特點(diǎn)及工作原理1 理想變壓器的特點(diǎn) 1 沒(méi)有漏磁 即通過(guò)原 副線圈的每一匝的磁通量都一樣 2 原 副線圈沒(méi)有電阻 即忽略原 副線圈中的焦耳熱損耗 銅損 3 鐵芯中無(wú)磁損耗 也不產(chǎn)生渦流 4 原 副線圈的感抗均趨于無(wú)窮大 從而空載電流趨于0 2 工作原理變壓器工作原理的物理過(guò)程示意圖如圖4 2 1所示 原線圈上加交變電壓U1產(chǎn)生交變電流 鐵芯中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)即產(chǎn)生交變磁通量 從而在副線圈中產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)U2 當(dāng)副線圈接負(fù)載時(shí) 副線圈相當(dāng)于交流電源向外界負(fù)載供電 由于鐵芯閉合 在不考慮鐵芯漏磁的情況下 圖4 2 1 穿過(guò)原 副線圈的每匝線圈的磁通量及其變化率均相同 因此在原線圈上所加的交變電壓值與原線圈匝數(shù)不變的情況下 副線圈上產(chǎn)生的交變電壓與副線圈的匝數(shù)成正比 這樣可以通過(guò)繞制不同匝數(shù)的副線圈來(lái)得到各種數(shù)值的交變電動(dòng)勢(shì) 從而改變了交變電流的電壓 要強(qiáng)調(diào)的是 從能量轉(zhuǎn)換角度看 變壓器是把電能轉(zhuǎn)化為磁能 再將磁能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 一般地說(shuō) 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后電壓 電流均發(fā)生了變化 特別提醒 1 變壓器只對(duì)變化的電流起作用 對(duì)恒定電流不起作用 2 變壓器的兩個(gè)線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起 兩個(gè)線圈間是絕緣的 3 變壓器不能改變交變電流的頻率 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 變壓器原 副線圈的匝數(shù)相等 當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí) 圖4 2 2中電壓表V1的示數(shù)為12V 則電壓表V2的示數(shù)為 圖4 2 2 A 小于或等于12VB 大于12VC 無(wú)法確定D 0V解析 選D 導(dǎo)體棒向左勻速直線運(yùn)動(dòng) 根據(jù)右手定則可以判斷導(dǎo)體棒中電流方向由上而下 大小不變 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可以知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變 原線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)以及磁通量不發(fā)生變化 所以次級(jí)線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電壓表V2示數(shù)為0 選D 二 理想變壓器的基本規(guī)律1 基本規(guī)律 2 變壓比公式中的電壓值和變流比公式中的電流值均為有效值 不是瞬時(shí)值 3 理想變壓器變壓比公式和變流比公式中的電壓和電流均采用峰值時(shí) 公式仍成立 4 從電流與匝數(shù)的關(guān)系可知 變壓器高壓線圈匝數(shù)多而通過(guò)的電流小 可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制 低壓繞圈匝數(shù)少而通過(guò)的電流大 應(yīng)用較粗的導(dǎo)線繞制 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 2010年高考重慶理綜卷 一輸入電壓為220V 輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞 為獲知此變壓器原 副線圈匝數(shù) 某同學(xué)拆下燒壞的副線圈 用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈 如圖4 2 3所示 然后將原來(lái)線圈接到220V交流電源上 測(cè)得新繞線圈的端電壓為1V 按理想變壓器分析 該變壓器燒壞前的原 副線圈匝數(shù)分別為 圖4 2 3 A 1100 360B 1100 180C 2200 180D 2200 360 三 變壓器工作的制約關(guān)系圖4 2 4當(dāng)理想變壓器的原 副線圈的匝數(shù)不變時(shí) 如果變壓器的負(fù)載發(fā)生變化 確定其他物理量變化時(shí) 可依據(jù)下列原理判定 如圖4 2 4所示 3 輸出功率P2決定輸入功率P1 理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等 即P2 P1 在輸入電壓U1一定的情況下 當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí) I2減小 則變壓器輸出功率P2 U2I2減小 輸入功率P1也將相應(yīng)減小 當(dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí) I2增大 變壓器的輸出功率P2增大 則輸入功率P1也將增大 特別提醒 變壓器原副線圈功率制約關(guān)系 電流制約關(guān)系實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)了能量守恒特點(diǎn) 不計(jì)變壓器損失能量 消耗了多少能量 必定提供了多少能量 反過(guò)來(lái)提供了不消耗 提供的多消耗的少 顯然是不符合能量守恒定律的 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 關(guān)于理想變壓器在使用中的判斷 其中正確的是 A 當(dāng)副線圈提供電能的用電器有一部分停止工作時(shí) 原線圈兩端電壓減小B 當(dāng)副線圈提供電能的電路中并聯(lián)更多的用電器時(shí) 原線圈輸入的電流隨之增大C 當(dāng)副線圈與用電電路斷開(kāi)時(shí) 副線圈兩端無(wú)電壓D 當(dāng)副線圈與用電電路斷開(kāi)時(shí) 原線圈兩端無(wú)電壓 課堂互動(dòng)講練 圖4 2 5 A 接額定電壓為8V的小燈泡 小燈泡能正常發(fā)光B 接交流電壓表時(shí)讀數(shù)為8 48VC 接阻值為6 的電阻時(shí)原線圈中的電流為36 7AD 接電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)打點(diǎn)的周期為0 02s 答案 D 方法總結(jié) 1 在變壓器問(wèn)題中 原 副線圈電壓 電流為有效值 或同為最大值 2 變壓器可以改變電壓和電流 不能改變電壓 電流的周期 頻率 3 原 副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系適用于 一原一副 的情況 對(duì)于 多副 情況要利用功率關(guān)系P原 P副處理 如圖4 2 6所示 有理想變壓器給負(fù)載供電 變壓器輸入電壓不變 如果負(fù)載電阻的滑片向上移動(dòng) 則圖中所有交流電表的讀數(shù)及輸入功率變化情況正確的是 圖4 2 6 A V1 V2不變 A1增大 A2減小 P增大B V1 V2不變 A1 A2增大 P增大C V1 V2不變 A1 A2減小 P減小D V1不變 V2增大 A1減小 A2增大 P減小 答案 C 方法總結(jié) 應(yīng)用各物理量間的制約關(guān)系對(duì)理想變壓器電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析 常見(jiàn)情況有兩種 1 原副線圈匝數(shù)比不變 分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況 進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是R I2 P2 P1 I1 2 負(fù)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(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1 n2 U2 I2 P2 P1 I1 如圖4 2 7所示 理想變壓器原線圈I接到220V的交流電源上 副線圈 的匝數(shù)為30 與一標(biāo)有 12V12W 的燈泡連接 燈泡正常發(fā)光 副線圈 的輸出電壓為110V 電流為0 4A 求 1 副線圈 的匝數(shù) 2 原線圈 的匝數(shù)以及通過(guò)原線圈的電流 圖4 2 7 思路點(diǎn)撥 理想變壓器原線圈兩端電壓跟每個(gè)副線圈兩端電壓之比都等于原 副線圈匝數(shù)之比 由于有兩個(gè)副線圈 原 副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)并不成反比 但輸入功率等于輸出的總功率 答案 1 275匝 2 550匝0 25A 變式訓(xùn)練如圖4 2 8所示為理想變壓器 原線圈的匝數(shù)為1000匝 兩個(gè)副線圈n2 50匝 n3 100匝 L1是 6V2W 的小燈泡 L2是 12V4W 的小燈泡 當(dāng)原線圈接上交流電壓時(shí) L1 L2都正常發(fā)光 那么原線圈中的電流為 圖4 2 8 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全