人教版選修32 變壓器 課件（36張）.ppt

5 4 變壓器 教學目標 一 知識與技能1 知道變壓器的構造 了解變壓器的工作原理 2 理解理想變壓器原 副線圈中電壓與匝數的關系 能應用它分析解決有關問題 二 過程與方法在探究變壓比和匝數比的關系中培養(yǎng)學生運用物理理想化模型分析問題 解決問題的能力 三 情感 態(tài)度與價值觀1 使學生體會到能量守恒定律是普遍適用的 2 培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度 教學重點 探究變壓比和匝數比的關系 教學難點 探究變壓比和匝數比的關系 教學方法 實驗探究法 閱讀法 講解法 教學手段 學生電源 可拆變壓器 交流電壓表 交流電流表 燈泡 變壓器 照明燈電壓 220伏機床上照明燈 36伏半導體收音機電源電壓不超過10伏大型發(fā)電機交流電壓 幾萬伏遠距離輸電 幾十萬伏電視機顯像管卻需要10000v以上電壓交流便于改變電壓 以適應各種不同的需要 變壓器就是改變交流電壓的設備 幾種常見的變壓器 一 變壓器的構造 1 示意圖 原線圈 副線圈 鐵芯 2構造 1 閉合鐵芯 絕緣硅鋼片疊合而成 2 原線圈 初級線圈 其匝數用n1表示 3 副線圈 次級線圈 其匝數用n2表示 4 輸入電壓 u1 輸出電壓 u2 3 電路圖中符號 問題 變壓器副線圈和原線圈電路是否相通 變壓器原副線圈不相通 那么在給原線圈接交變電壓u1后 副線圈電壓u2是怎樣產生的 鐵芯與線圈互相絕緣 二 變壓器的工作原理 互感現象 變壓器通過閉合鐵芯 利用互感現象實現了電能 u1 i1 到磁場能 變化的磁場 再到電能 u2 i2 轉化 原線圈 副線圈 鐵芯 互感現象 在原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應現象 若給原線圈接直流電壓 u副線圈電壓u2 閉合鐵芯實現了電能 磁場能 電能的轉換 由于原副線圈中的電流共同產生的磁通量絕大部分通過鐵芯 使能量在轉換過程中損失很小 為了便于研究 物理學中引入了一種理想化模型 理想變壓器 下面我們定量分析理想變壓器的變壓規(guī)律 無磁損 無銅損 無鐵損 理想變壓器 研究原副線圈兩端電壓關系的實驗 三 理想變壓器的變壓規(guī)律 原 副線圈中產生的感應電動勢分別是 e1 n1 t e2 n2 t e1 n1 e2 n2 原線圈回路有 u1 e1 i1r1 0 則u1 e1 副線圈回路有 e2 u2 i2r2 u2 則u2 e2 若不考慮原副線圈的內阻 則u1 e1 u2 e2則 u1 u2 n1 n2 理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數之比 n2 n1u2 u1 升壓變壓器 n2 n1u2 u1 降壓變壓器 u1 u2 n1 n2 四 理想變壓器的變流規(guī)律 問題 原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律 1 理想變壓器輸出功率應等于輸入功率 即 u1i1 u2i2 i1 i2 u2 u1 n2 n1 p出 p入 2 理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數成反比 i1 i2 n2 n1 變壓器工作時 高壓線圈匝數多而通過的電流小 可用較細的導線繞制 低壓線圈匝數少而通過的電流大 應當用較粗的導線繞制 這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法 此公式只適用于一個副線圈的變壓器 u1 輸入輸出電壓 電流 功率大小之間的因果關系 1 輸入功率p1由輸出功率p2決定 p1 p2 2 u1由電源決定 3 u2由u1和匝數比決定 u2 n2 n1 u1 4 i2由u2和負載決定 i2 u2 r 5 i1由i2和匝數比決定 i1 n2 n1 i2 例1 理想變壓器原 副線圈的匝數比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 圖中電流表a1的示數12ma 則電流表a2的示數為 a 3mab 0c 48mad 與負載r的值有關 解析 變壓器只能工作于交流電路 不能工作在恒定電流和恒定電壓的電路 導體棒向左勻速切割磁感線時 在線圈n1中通過的是恒定電流 不能引起穿過線圈n2的磁通量變化 在副線圈n2上無感應電動勢出現 所以a2中無電流通過 例2 一理想變壓器 其原線圈2200匝 副線圈440匝 并接一個100 的負載電阻 如圖所示 1 當原線圈接在44v直流電源電源上時 電壓表示數為 v 電流表示數為 a 2 當原線圈接在220v交變電源上時 電壓表示數為 v 電流表示數為 a 此時輸入功率為 w 0 0 44 0 44 19 36 n2 180 180 3a 解 所以 3a 練習1 一理想變壓器 原線圈匝數n1 1100 接在電壓220v的交流電源上 當它對11只并聯的 36v 60w 的燈泡供電時 燈泡正常發(fā)光 由此可知副線圈的匝數n2 通過原線圈的電流i1 練習2 如圖所示 一理想變壓器原 副線圈的匝數比為n1 n2 3 1 有四只相同的燈泡連入電路中 若燈泡l2 l3 l4均能正常發(fā)光 則燈泡l1 a 也能正常發(fā)光b 較另三個燈暗些c 將會燒壞d 不能確定 l3 l4 l1 u1 l2 例3 鉗形電流表的外形和結構如圖 a 所示 圖 a 中電流表的讀數為1 2a 圖 b 中用同一電纜線繞了3匝 則a 這種電流表能測直流電流 圖 b 的讀數為2 4ab 這種電流表能測交流電流 圖 b 的讀數為0 4ac 這種電流表能測交流電流 圖 b 的讀數為3 6ad 這種電流表既能測直流電流 又能測交流電流 圖 b 的讀數為3 6a c 五 幾種常用變壓器 1 自耦變壓器 升壓變壓器 降壓變壓器 問題 有沒有只用一組線圈來實現變壓的變壓器 自耦變壓器的原副線圈共用一個線圈 2 互感器 電流互感器 電壓互感器 使用時把原線圈與電路并聯 原線圈匝數多于副線圈匝數 使用時把原線圈與電路串聯 原線圈匝數少于副線圈匝數 例4 為了保證用電安全 家庭居室的室內電路前端一般都安裝漏電保護開關 如圖所示是保護開關的電路原理簡圖 問 1 電路正常工作時 b線圈是沒有電流的 原因是什么 2 如果站在地上的人不小心接觸火線時 b線圈為什么會產生感應電流 解析發(fā)電廠的零線是接地的 漏電保護開關有一個結構和變壓器相似的電流互感器 其鐵芯的a側有兩個形狀 繞向和匝數都完全相同的線圈 圖中分別用實線和虛線表示 它們分別將用電器和火線 零線串聯起來 220v交變電流在mno grk與發(fā)電廠之間流過 鐵芯的b側有另一個線圈與電磁繼電器j的線圈 圖中未畫出 并聯 室內電路正常工作時 b線圈沒有電流 j保持導通狀態(tài) 當漏電時 b線圈便會產生感應電流 推動電磁繼電器j切斷用電器的電路 從而防止事故的發(fā)生 答案 1 電流互感器a側兩線圈完全相同 流過兩線圈的電流大小相等 方向相反 它們產生的磁場相互抵消 b側線圈磁通量總為零而不變 線圈中不產生感應電流 2 火線的電流有一部分流經人體 經大地流回發(fā)電廠 a側兩線圈電流大小不等 產生 剩余電流 在鐵芯中產生變化的 剩余磁通 b側線圈中磁通量發(fā)生變化 線圈中產生感應電流 練習3 如圖是4種亮度可調的臺燈的電路的示意圖 它們所用的燈泡相同 且都是 220v40w 當燈泡消耗的功率都調至20w時 哪種臺燈消耗的功率最小 解析理想變壓器的輸入功率等于輸出功率 在變壓器上是沒有功率損失的 所以含有變壓器的臺燈消耗功率就等于燈泡消耗的功率 而其余三種電路中有另外的變阻器 除燈泡消耗功率外 在變阻器上有額外的功率損失 答案c 六 解決有多個副線圈的理想變壓器的問題 一個原線圈多個副線圈的理想變壓器 原線圈匝數為n1 兩個副線圈的匝數分別為n2和n3 相應的電壓分別為u1 u2和u3 相應的電流分別為i1 i2和i3 根據變壓器的工作原理可得 例5 一臺理想變壓器原線圈匝數n1 1100匝 兩個副線圈的匝數分別是n2 60匝 n3 600匝 若通過兩個副線圈中的電流分別為i2 1a i3 4a 求原線圈中的電流 解析 對于理想變壓器 輸入功率與輸出功率相等 則有i1n1 i2n2 i3n3 i1 i2n2 i3n3 n1 1 60 4 600 1100 2 24a 例6 如圖所示 理想變壓器的交流輸入電壓u1 220v 有兩組副線圈 其中n2 36匝 標有 6v 9w 12v 12w 的燈泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光 求 1 原線圈的匝數為n1和另一副線圈的匝數n3 2 原線圈的電流i1 解 1 由于兩燈均正常發(fā)光 所以有 u2 6v u3 12v根據原 副線圈電壓與匝數的關系 有 u1 u2 n1 n2n1 u1n2 u2 1320匝 u3 u2 n3 n2 n3 u3n2 u2 72匝 2 根據能量守恒 有p入 p出 即i1u1 p2 p3 則i1 p2 p3 u1 0 095a 練習4 如圖所示 理想變壓器的原線圈接上220v交流電壓 副線圈有a b兩組 a組接4 的電阻 b組接規(guī)格為 10v24w 的燈泡 已知a組的線圈匝數為30匝 兩端電壓為6v 燈泡正常發(fā)光 求原線圈的匝數和電流 例7 在繞制變壓器時 某學生誤將兩個線圈繞在如圖所示變壓器左右兩臂上 當通以交變電流時 每個線圈產生的磁通量都只有一半通過另一個線圈 另一半通過中部的臂 已知線圈的匝數之比n1 n2 2 1 在不接負載的情況下 則 a 當線圈1輸入電壓為220v時 線圈2輸出電壓為110vb 當線圈1輸入電壓為220v時 線圈2輸出電壓為55vc 當線圈2輸入電壓為110v時 線圈1輸出電壓為220vd 當線圈2輸入電壓為110v時 線圈1輸出電壓為110v 解析 當線圈1接220v的交流電壓時 設穿過線圈1的磁通量為 根據題意則穿過線圈2的磁通量為 2 設線圈1 2的匝數分別為2n n 則 220 2n tu2 n t 1 2兩式相比得u2 55v 當線圈2接110v的交流電壓時 設穿過線圈2的磁通量為 根據題意則穿過線圈1的磁通量為 2 110 n tu1 2n t 1 2兩式相比得u1 110v 選bd 練習5 一理想變壓器如圖所示 在n1兩端接交流電u1 220v n1為4400匝 n2為1100匝 若要使u3