魯科版 物理 選修3-2 4.2 變壓器

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歡迎進入物理課堂 第2節(jié)變壓器 課標定位 學習目標 1 了解變壓器的構造以及幾種常見的變壓器 2 理解變壓器的工作原理 3 通過實驗探究變壓器電壓和匝數(shù)的關系 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系 并由此推導原 副線圈中的電流關系 重點難點 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)的關系 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第2節(jié) 課前自主學案 課前自主學案 一 變壓器的結構1 結構組成 由兩個 或兩個以上 線圈和閉合的鐵芯組成 2 結構特點原線圈與 相連 副線圈與 相連 鐵芯由涂有絕緣漆的 而成 交流電源 負載 硅鋼片疊合 二 變壓器的工作原理1 互感 交變電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)交變磁場 交變磁場在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢 當副線圈閉合時 副線圈中有電流產(chǎn)生 它在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量 這個交變磁通量也穿過原線圈 在原線圈中產(chǎn)生 的現(xiàn)象 2 工作原理電磁感應是變壓器的工作原理 即 是變壓器工作的基礎 互相感應 互感現(xiàn)象 三 科學探究變壓器電壓與匝數(shù)的關系 無漏磁 無電阻 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 是三個相同容量 的組合 它有 鐵芯柱 每個 上都繞有同一相的 線圈 一個是高壓線圈 另一個是 U2 U1 U2 U1 只有一個 單相變壓器 3個 鐵芯柱 2個 低壓線圈 核心要點突破 一 理想變壓器的特點及工作原理1 理想變壓器的特點 1 沒有漏磁 即通過原 副線圈的每一匝的磁通量都一樣 2 原 副線圈沒有電阻 即忽略原 副線圈中的焦耳熱損耗 銅損 3 鐵芯中無磁損耗 也不產(chǎn)生渦流 4 原 副線圈的感抗均趨于無窮大 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)生交變磁場即產(chǎn)生交變磁通量 從而在副線圈中產(chǎn)生交變電動勢U2 當副線圈接負載時 副線圈相當于交流電源向外界負載供電 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 這樣可以通過繞制不同匝數(shù)的副線圈來得到各種數(shù)值的交變電動勢 從而改變了交變電流的電壓 要強調的是 從能量轉換角度看 變壓器是把電能轉化為磁能 再將磁能轉化為電能的裝置 一般地說 經(jīng)過轉換后電壓 電流均發(fā)生了變化 特別提醒 1 變壓器只對變化的電流起作用 對恒定電流不起作用 2 變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起 兩個線圈間是絕緣的 3 變壓器不能改變交變電流的頻率 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 變壓器原 副線圈的匝數(shù)相等 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 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 無法確定D 0V解析 選D 導體棒向左勻速直線運動 根據(jù)右手定則可以判斷導體棒中電流方向由上而下 大小不變 根據(jù)法拉第電磁感應定律可以知道感應電動勢大小不變 原線圈中感應電流的磁場以及磁通量不發(fā)生變化 所以次級線圈中不產(chǎn)生感應電流及感應電動勢 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 公式仍成立 4 從電流與匝數(shù)的關系可知 變壓器高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小 可用較細的導線繞制 低壓繞圈匝數(shù)少而通過的電流大 應用較粗的導線繞制 即時應用 即時突破 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) 某同學拆下燒壞的副線圈 用絕緣導線在鐵芯上新繞了5匝線圈 如圖4 2 3所示 然后將原來線圈接到220V交流電源上 測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系圖4 2 4當理想變壓器的原 副線圈的匝數(shù)不變時 如果變壓器的負載發(fā)生變化 確定其他物理量變化時 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 當負載電阻R增大時 I2減小 則變壓器輸出功率P2 U2I2減小 輸入功率P1也將相應減小 當負載電阻R減小時 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系 電流制約關系實質上體現(xiàn)了能量守恒特點 不計變壓器損失能量 消耗了多少能量 必定提供了多少能量 反過來提供了不消耗 提供的多消耗的少 顯然是不符合能量守恒定律的 即時應用 即時突破 小試牛刀 3 關于理想變壓器在使用中的判斷 其中正確的是 A 當副線圈提供電能的用電器有一部分停止工作時 原線圈兩端電壓減小B 當副線圈提供電能的電路中并聯(lián)更多的用電器時 原線圈輸入的電流隨之增大C 當副線圈與用電電路斷開時 副線圈兩端無電壓D 當副線圈與用電電路斷開時 原線圈兩端無電壓 課堂互動講練 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 接交流電壓表時讀數(shù)為8 48VC 接阻值為6 的電阻時原線圈中的電流為36 7AD 接電磁打點計時器時打點的周期為0 02s 答案 D 方法總結 1 在變壓器問題中 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)的關系適用于 一原一副 的情況 對于 多副 情況要利用功率關系P原 P副處理 如圖4 2 6所示 有理想變壓器給負載供電 變壓器輸入電壓不變 如果負載電阻的滑片向上移動 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 應用各物理量間的制約關系對理想變壓器電路進行動態(tài)分析 常見情況有兩種 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 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)以及通過原線圈的電流 圖4 2 7 思路點撥 理想變壓器原線圈兩端電壓跟每個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 兩個副線圈n2 50匝 n3 100匝 L1是 6V2W 的小燈泡 L2是 12V4W 的小燈泡 當原線圈接上交流電壓時 L1 L2都正常發(fā)光 那么原線圈中的電流為 圖4 2 8 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全