2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流3.3变压器(6)课件

变压器\n1．构造变压器由__________和绕在铁芯上的两个______组成,与交流电源连接的线圈叫________,与负载连接的线圈叫________．闭合铁芯线圈原线圈副线圈\n2．原理______现象是变压器的工作基础,由于原线圈中电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的______也在不断变化．变化的______在副线圈中产生____________．互感磁场磁场感应电动势\n在课外,某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时,发现缺少电源,于是就用一种摩托车的蓄电池代替,按下图541进行实验．图541则闭合电键后,灯泡是否发光？并解释出现这种现象的原因？\n\n1．变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化．()2．恒定电流接入变压器后也可发生互感现象,也可起到变压作用．()3．变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成．()√×√\n1．理想变压器没有__________的变压器．2．电压与匝数关系原、副线圈的电压之比,等于两个线圈的_________,即：＝.能量损失匝数之比\n【提示】当原线圈电压最大时,电流最大,但电流的变化率为零,此时副线圈中磁场最强,但磁通量的变化率为零,故此时副线圈两端的电压为零,即U2＝0.可见,原、副线圈的瞬时电压与匝数不成正比．\n1．在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的．()2．理想变压器可以改变交变电流的频率．()3．电流通过铁芯从原线圈流到副线圈．()××√\n学生分组探究一变压器的工作原理第1步探究——分层设问,破解疑难1．把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连到交流电源的两端,另一个线圈连到小灯泡上．接通电源,我们会看到小灯泡发光,结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起,原线圈中的电流是如何“流到”副线圈中去的？\n【提示】变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上,但两线圈是彼此绝缘的,原线圈是利用了互感现象在副线圈中感应出电流的,并不是原线圈的电流直接流到副线圈中去．\n2．探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？【提示】变压器的铁芯为闭合铁芯,形成一个闭合磁路,使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化基本相同．\n第2步结论——自我总结,素能培养图543\n1．变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压U1时,原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生变化的磁通量,在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果副线圈是闭合的,则副线圈中将产生交变的感应电流,它也在铁芯中产生变化的磁通量,原、副线圈间虽然不相连,电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈．(如图543)2．能量转化：变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化．\n第3步例证——典例印证,思维深化如图544所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,电流表A1的示数为12mA,则电流表A2的示数为()图544A．3mAB．0C．48mAD．与负载R的值有关\n【解析】当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时,在原线圈中产生恒定不变的电流,铁芯中产生的磁场是不变的,穿过副线圈的磁通量不变,不能在副线圈中产生感应电流．【答案】B\n变压器的作用如果变压器接在直流电路中,原线圈中电流不变,在铁芯中不能引起磁通量的变化,没有互感现象,变压器起不到变压作用．\n第4步巧练——精选习题,落实强化1．(多选)关于变压器,下列说法正确的是()A．变压器的工作原理是电磁感应B．所有变压器的工作基础都是互感现象C．各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作D．只有交变电流接入变压器的原线圈中,变压器才能持续正常工作\n【解析】变压器之所以能变压,是因为原线圈接交流电源时,有交变电流流过原线圈,引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,所以选项A正确；\n有一种变压器叫自耦变压器,它只有一个线圈绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变压器的工作基础是自感,也就是说,当变压器是利用两个线圈变压时,其工作基础是互感,当变压器是利用一个线圈变压时,其工作基础是自感,所以选项B错误；变压器要想持续正常工作,原线圈必须接入交变电流,若接入直流电,原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势,变压器不能持续正常工作,所以选项C错误,D正确．【答案】AD\n2．一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中,下列物理量不一定相等的是()A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量的变化率\n【解析】变压器可以改变原、副线圈中的电流,因此原、副线圈中的电流不一定有相同的有效值,选项B正确；由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈,因而原、副线圈的磁通量变化率相同,选项D错误；变压器的工作基础是互感现象,副线圈中感应的交流频率与原线圈中交流频率是相同的,选项A错误；理想变压器中P入＝P出,选项C错误．【答案】B\n学生分组探究二理想变压器中的几个关系第1步探究——分层设问,破解疑难1．理想变压器有什么特点？实际变压器与理想变压器相比有什么区别？【提示】理想变压器有三个特点：(1)变压器铁芯内无漏磁；\n(2)原、副线圈不计内阻,即不产生焦耳热．(3)变压器自身的能量损耗不计,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率．实际变压器不可避免地存在损耗．\n\n\n\n3．功率关系对于理想变压器,不考虑能量损失,P入＝P出．4．电流关系由功率关系,当只有一个副线圈时,I1U1＝I2U2,\n第3步例证——典例印证,思维深化一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5.原线圈与正弦交变电源连接,输入电压U如图545所示．副线圈仅接入一个10Ω的电阻．则()545\n【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：(1)正弦交变电流峰值与有效值的关系．(2)变压器原、副线圈电压与匝数的关系．(3)电流表示数,电热和功率需用交变电流有效值计算．\n\n【答案】D\n\n第4步巧练——精选习题,落实强化图5461．(2013·广东高考)如图546所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1,)和Ⓐ均为理想电表,灯泡电阻RL＝6Ω,AB端电压u1＝12sin100πt(V)．下列说法正确的是()\n\n【答案】D\n2．(多选)如图547,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A．以下判断正确的是()图547\nA．变压器输入功率为484WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3\n【答案】BD\n学生分组探究三变压器的动态分析第1步探究——分层设问,破解疑难如图548所示为理想变压器,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想电表．从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,请探究以下几个问题：图548\n1．保持滑动变阻器触头P的位置不变,当单刀双掷开关由a扳向b时,电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？【提示】理想变压器副线圈输出电压变大,通过负载电阻的电流增大,电压表和电流表的示数均变大,变压器的输出功率变大．\n2．单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器触头P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？原线圈的电流、输入功率如何变化？\n\n第2步结论——自我总结,素能培养1．电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时,输出电压U2由输入电压决定,即U2＝n2U1/n1.2．电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1＝n2I2/n1.\n3．负载制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2＝P负1＋P负2＋…；(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2＝P2/U2；(3)总功率P入＝P线＋P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的．\n4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(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.\n第3步例证——典例印证,思维深化(多选)如图549所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S,下列说法正确的是()图549A．P向下滑动时,灯L变亮B．P向下滑动时,变压器的输出电压不变\nC．P向上滑动时,变压器的输入电流变小D．P向上滑动时,变压器的输出功率变大【思路点拨】首先要分清变量和不变量；其次明确各物理量间的制约关系．【解析】本题是理想变压器的动态分析问题,首先要分清变量和不变量,其次明确各物理量间的制约关系．由于理想变压器输入电压U1不变,原、副线圈匝数不变,所以输出电压U2也不变,灯L亮度不随P的滑动改变,故选项A错误,选项B正确．\nP向上滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,负载总电阻R总减小,由【答案】BD\n理想变压器动态问题的处理方法1．首先抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1.2．把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻变化．3．根据闭合电路的欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化．\n第4步巧练——精选习题,落实强化1．用电高峰期,电灯往往会变暗,其原理可简化为如下物理问题．如图5410所示,理想变压器的副线圈上,通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R,原线圈输入有效值恒定的交流电压,当开关S闭合时,以下说法中正确的是()图5410\nA．原线圈中电流减小B．副线圈输出电压减小C．R两端的电压增大D．原线圈输入功率减小【解析】原线圈输入电压恒定,副线圈输出电压不变,B错误；当开关S闭合后,电路中总电阻减小,总电流和总功率变大,原线圈中电流和输入功率都变大,R两端的电压增大,故C正确,A、D错误．【答案】C\n2．(多选)有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑片Q调节,如图5411所示,在副线圈的输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交流电源,则()图5411\nA．保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大B．保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变小C．保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变大D．保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变小\n\n【答案】BC\n变压器与分压器的变压辨析变压器(如图5412甲所示)和分压器(如图5413乙所示)都能起到改变电压的作用,但二者又有着本质的区别．图5412\n为了帮助同学们加深对这两种装置的认识,更好地理解和应用它们来解决实际问题,现将二者区别总结如下：1．工作原理不同：变压器是一种“电感性装置”,是根据电磁感应原理工作的；而分压器是一种“电阻性装置”,是根据电阻串联分压原理工作的．2．改变电压的种类不同：变压器只能改变交变电压,不能改变直流电压；而分压器既可改变交变电压,也可改变直流电压．\n3．电压的调节范围不同：变压器可以使交流电压升高或降低；而分压器不能使电压升高,只能使电压降低．4．受负载影响不同：若在cd间、gh间分别接入负载电阻R0后,对于变压器,Ucd不随R0的变化而变化；而对于分压器,Ugh随R0的增大而增大,随R0的减小而减小．\n\n甲、乙两电路中,当a、b两端与e、f两端分别加上110V的交流电压时,测得c、d间与g、h间的电压均为55V．若分别在c、d两端与g、h两端加上110V的交流电压,则a、b间与e、f间的电压分别为()A．220V,220VB．220V,110VC．110V,110VD．220V,0\n【解析】当a、b两端接110V电压时,c、d间获得的电压为55V,说明c、d间线圈的匝数为原线圈a、b间匝数的一半；反过来,当c、d两端接110V电压时,由电压与匝数的关系知,a、b间电压应为220V．当e、f两端接110V电压时,g、h间电压为55V,说明g、h间电阻为e、f间电阻的一半；当g、h两端接110V电压时,其等效电路如图所示．\ne、g间没有电流,e、g间电压为零,所以e、f间电压与g、h间电压相等,为110V,故B正确．【答案】B\n[先看名师指津]变压器是一种电感性仪器,根据电磁感应原理工作的,只能改变交流电压,不能改变直流电压；而分压器是一种电阻性仪器,是根据电阻串联分压原理工作的,可以改变交流电压,也可以改变直流电压．\n[再演练应用]图5414如图5414甲、乙所示电路中,当A、B接10V交流电压时,C、D间电压为4V；当M、N接10V直流电压时,P、Q间电压也为4V．现把C、D接4V交流电压,P、Q接4V直流电压,下面可表示A、B间和M、N间的电压的是()\nA．10V,10VB．10V,4VC．4V,10VD．10V,0【解析】本题考查了变压器和分压器的原理及区别．甲图是一个自耦变压器,当A、B作为输入端,C、D作为输出端时,是一个降压变压器,两边的电压之比等于线圈的匝数之比．当C、D作为输入端,A、B作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所以C、D接4V交流时,A、B间将得到10V交流．\n乙图是一个分压电路,当M、N作为输入端时,上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比但是当把电压加在P、Q两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻中没有电流,M、P两端也就没有电势差,即M、P两点的电势相等所以当P、Q接4V直流时,M、N两端电压也是4V.顺便指出,如果M、N或P、Q换成接交流电压,上述关系仍然成立,因为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用．【答案】B