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变压器课件

3变压器\n1.基本知识(1)结构变压器的构造和原理\n(2)原理：当变压器的原线圈加上交变电压时,原线圈中的交变电流在______中激发交变的________,交变的________穿过原线圈也穿过副线圈,在原、副线圈中产生___________．当副线圈闭合时,在副线圈中就会有_______通过,这样,虽然原、副线圈并不相连,电能却从原线圈通过磁场传输给副线圈．铁芯磁通量磁通量感应电动势交流电\n2．思考判断(1)变压器也能改变稳恒电流的电压．(×)(2)变压器的原理是一种电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流．(√)\n3．探究交流当变压器原线圈接通恒压电源时,与副线圈相连的小灯泡会发光吗？如果把蓄电池改换为交流电源呢？【提示】左边接通恒压电源时,通过左边线圈的电流不变化,它产生的磁场也不变,通过右边线圈的磁通量也就不变,无感应电动势在右边线圈中产生,所以小灯泡不会亮．当左边接通交流电源时,通过左边线圈的电流不断的变化,它产生的磁场也不断的变化,通过右边线圈的磁通量也就不断的变化,从而在右边线圈中产生感应电动势,所以小灯泡会亮.\n当n1>n2时,则有U1>U2,叫_____变压器．当n1<n2时,则有U1<U2,叫_____变压器．理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系正比降压升压\n(2)电流关系：①输入功率与输出功率的关系：对于理想变压器,则U1I1______U2I2,即P入______P出．＝＝\n2．思考判断(1)升压变压器的副线圈应该用较粗的导线绕制．(×)(2)变压器原线圈相对电源而言起负载作用,而副线圈相对负载而言起电源作用．(√)(3)实际变压器输入功率一定大于输出功率．(√)\n3．探究交流理想变压器有哪些特点？【提示】(1)没有漏磁,即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；(2)原、副线圈没有电阻,即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)；(3)铁芯中无磁损耗,也不产生涡流；(4)理想变压器是一种理想化模型.\n1.基本知识(1)电压互感器①原理：是一种______变压器,它的初级线圈_____在高压交流线路上,次级线圈与___________相连,只要根据电压表测出的电压值和铭牌上的变压比,就可以算出高压线的电压值．②作用：测量高压线的电压值．电压互感器和电流互感器降压并联交流电压表\n(2)电流互感器①原理：是一种_____变压器,它的原线圈______在被测交流电路中,副线圈与_____________相连,只要读出交流电流表的示数,再根据变流比就可以算出通过负载的电流值．②作用：测量输电线上的大电流．2．思考判断(1)互感器原、副线圈中的电流频率相等．(√)(2)电压互感器实质上是一种降压变压器．(√)(3)电流互感器原线圈匝数比副线圈匝数多．(×)升压串联交流电流表\n3．探究交流为什么电流互感器的副线圈不允许安装保险丝？为什么电压互感器的副线圈要装保险丝？\n【提示】如果电流互感器在运行时副线圈断开,I2＝0,则铁芯中的磁通量会急剧增加(因为原线圈中电流很大,在铁芯中产生的磁通量很大,正常运行时I2≠0,且n2>n1,所以I1产生的磁通量大部分被I2产生的磁通量所抵消),这将在副线圈的两端感应出高电压(可达103V以上),即使副线圈的一端接地,对人及仪表仍不安全,因此,电流互感器副线圈决不允许断路,当然不允许安装保险丝．电压互感器在运行时应严防短路,因短路时副线圈电路阻抗大大减小,会出现很大短路电流,使副线圈严重发热而烧毁,所以在电压互感器低压侧要安装保险丝.\n【问题导思】1．理想变压器的电压与匝数间有什么关系？2．理想变压器的电流与匝数间有什么关系？3．理想变压器的变压原理是什么？理想变压器的变压、变流规律\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．电流关系由于不计各种电磁能量的损失,输入功率等于输出功率即P1＝P2,因为P1＝U1I1,P2＝U2I2,\n\n\n1．变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起,两个线圈间是绝缘的；2．原、副线圈的感抗均趋于无穷大,从而空载电流趋于0.\n图2－6－1\n\n【审题指导】解答本题时应注意以下三点：(1)原、副线圈的磁通量及其变化率均相同．(2)磁通量变化率的最大值对应每匝线圈电压的最大值．(3)原副线圈电动势的瞬时值间不满足电压与匝数的比例关系．\n【答案】BC\n1．如图2－6－2所示,原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时()图2－6－2A．原、副线圈磁通量之比为2∶1B．原、副线圈电流之比为1∶2C．输入功率和输出功率之比为1∶1D．原、副线圈磁通量变化率之比为1∶1\n【答案】BCD\n【问题导思】1．理想变压器的电压、电流和输入功率与输出功率之间存在怎样的制约关系？2．如何分析变压器的动态变化情况？变压器工作时的制约关系及动态分析\n1．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U1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．\n\n\n1．电压的制约关系,反映了感应电动势的因果关系．2．电流和功率的制约关系,体现了能量守恒的特点．3．理想变压器的副线圈可以看做负载的无阻电源,与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法．\n如图2－6－3所示为一理想变压器．S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑片,U1为变压器原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流,则()图2－6－3\nA．保持U1及P的位置不变,S由a合到b上时,I1将减小B．保持P的位置及U1不变,S由b合到a上时,R消耗的功率减小C．保持U1不变,S合在a处,使P上滑,I1将增大D．保持P的位置不变,S合在a处,若U1增大,I2增大【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)滑片P的位置变化,即负载发生变化．(2)S合在a或b,原线圈的匝数发生变化．\n【答案】BD\n\n2．如图2－6－4所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R,开始时,开关S断开．当开关S接通时,下列说法中正确的是()A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大C．通过灯泡L1的电流减小D．变压器的输入功率减小图2－6－4\n【答案】BC\n如图2－6－5甲、乙所示电路中,当A、B接10V交变电压时,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直接电压,下面可表示A、B间和M、N间的电压的是()A．10V,10VB．10V,4VC．4V,10VD．10V,0综合解题方略——变压器与分压器的对比\n甲　　　　　　　乙图2－6－5【审题指导】变压器的工作原理是电磁感应,而分压器中的电阻元件只表现阻碍作用,它不会出现电磁感应现象．\n【规范解答】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．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.\n顺便指出,如果M、N或P、Q换成交变电压,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\n1．变压器的工作原理及用途如图甲所示,变压器的工作原理是当原线圈中有交变电流时,在铁芯中便产生交变磁通量,而交变磁通量又会在副线圈中产生感应电动势．可见,变压器只能工作在交流电路中,且其电压比等于匝数比．同一个变压器既可以当升压变压器也可以当降压变压器使用,副线圈两端的电压可以比原线圈的大、小或相等．应当注意的是需要把电压升高时,就得使用升压变压器,分压器是无能为力的．\n甲　　　　　　　　　　乙2．分压器的工作原理及用途分压器的工作原理是利用串联电路的分压原理,如图乙所示,它是滑动变阻器的分压接法,既可应用于直流电路又可应用于交流电路．\n\n1．一个正常工作的理想变压器的原副线圈中,下列的哪个物理量不一定相等()A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量变化率\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,所以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；变压器的工作基础是电磁感应,副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的；理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率．【答案】B\n2．如图2－6－6中理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R相连组成闭合回路．当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时,安培表A1的读数是12毫安,那么安培表A2的读数是()A．0B．3毫安C．48毫安D．与R值大小无关图2－6－6\n【解析】当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割磁感线运动时,原线圈中产生恒定的电流,不能在铁芯中产生变化的磁场,副线圈中不会产生感应电流,A正确．【答案】A\n3．一输入电压为220V,输出电压为36V的变压器副线圈烧坏了,为获知此变压器原副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图2－6－7所示,然后将原来线圈接到220V交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1V,按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A．1100,360B．1100,180C．2200,180D．2200,360图2－6－7\n【答案】B\n4．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,以下说法中正确的是()A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为1∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1\n【解析】对理想变压器,无磁通量损失,因而穿过两个线圈的交变磁通量相同,磁通量变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗,故输入功率等于输出功率,故正确选项是B、C、D.【答案】BCD\n5．一台理想变压器,其原线圈的匝数为2200匝,副线圈的匝数为440匝,副线圈中接入一个100Ω的负载电阻,如图2－6－8所示．图2－6－8\n(1)当原线圈接在44V直流电源上时,电压表示数为多大？电流表示数为多大？(2)当原线圈接在220V交流电源上时,电压表示数为多大？电流表示数为多大？此时输入功率为多少？变压器效率为多大？【解析】(1)原线圈接在直流电源上时,由于原线圈中的电流恒定,所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化,副线圈两端不产生感应电动势,故电压表示数为零,电流表示数也为零．\n【答案】(1)00(2)44V0.44A19.36W100%