高中物理 第五章 交變電流 4 變壓器課件 新人教版選修3-2.ppt

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自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識,4 變壓器 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器 2.理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理(重點) 3掌握理想變壓器的電壓和電流與匝數(shù)的關(guān)系，并能用它解決基本問題(難點),合作探究重難疑點,解題技巧素養(yǎng)培優(yōu),閉合鐵芯,線圈,原線圈,副線圈,2原理 _現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)，由于原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的_也在不斷變化變化的_在副線圈中產(chǎn)生_,互感,磁場,磁場,感應(yīng)電動勢,在課外，某同學(xué)在進行低壓交流變壓器實驗的準(zhǔn)備工作時，發(fā)現(xiàn)缺少電源，于是就用一種摩托車的蓄電池代替，按下圖541進行實驗 圖541 則閉合電鍵后，燈泡是否發(fā)光？并解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因？,1變壓器是利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化( ) 2恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生互感現(xiàn)象，也可起到變壓作用( ) 3變壓器的鐵芯由很薄的硅鋼片疊合而成( ),1理想變壓器 沒有_的變壓器 2電壓與匝數(shù)關(guān)系 原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的_，即： .,能量損失,匝數(shù)之比,【提示】 當(dāng)原線圈電壓最大時，電流最大，但電流的變化率為零，此時副線圈中磁場最強，但磁通量的變化率為零，故此時副線圈兩端的電壓為零，即U20.可見，原、副線圈的瞬時電壓與匝數(shù)不成正比,1在理想變壓器中原、副線圈的磁通量的變化率是一致的( ) 2理想變壓器可以改變交變電流的頻率( ) 3電流通過鐵芯從原線圈流到副線圈( ),預(yù)習(xí)完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學(xué)生分組探究一 變壓器的工作原理 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 1把兩個沒有用導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連到交流電源的兩端，另一個線圈連到小燈泡上接通電源，我們會看到小燈泡發(fā)光，結(jié)合實驗現(xiàn)象思考變壓器的原、副線圈沒有連在一起，原線圈中的電流是如何“流到”副線圈中去的？,【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，原線圈是利用了互感現(xiàn)象在副線圈中感應(yīng)出電流的，并不是原線圈的電流直接流到副線圈中去,2探究分析變壓器中閉合鐵芯的作用是什么？ 【提示】 變壓器的鐵芯為閉合鐵芯，形成一個閉合磁路，使副線圈中的磁通量變化與原線圈中的磁通量變化基本相同,第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 圖543,1變壓器的變壓原理：當(dāng)原線圈加上交流電壓U1時，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈(如圖543) 2能量轉(zhuǎn)化：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化,第3步例證典例印證，思維深化 如圖544所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n241，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數(shù)為12 mA，則電流表A2的示數(shù)為( ) 圖544 A3 mA B0 C48 mA D與負載R的值有關(guān),【解析】 當(dāng)導(dǎo)體棒做勻速直線運動切割磁感線時，在原線圈中產(chǎn)生恒定不變的電流，鐵芯中產(chǎn)生的磁場是不變的，穿過副線圈的磁通量不變，不能在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 【答案】 B,變壓器的作用 如果變壓器接在直流電路中，原線圈中電流不變，在鐵芯中不能引起磁通量的變化，沒有互感現(xiàn)象，變壓器起不到變壓作用,第4步巧練精選習(xí)題，落實強化 1(多選)關(guān)于變壓器，下列說法正確的是( ) A變壓器的工作原理是電磁感應(yīng) B所有變壓器的工作基礎(chǔ)都是互感現(xiàn)象 C各種電流接入變壓器的輸入端，變壓器都能持續(xù)正常工作 D只有交變電流接入變壓器的原線圈中，變壓器才能持續(xù)正常工作,【解析】 變壓器之所以能變壓，是因為原線圈接交流電源時，有交變電流流過原線圈，引起穿過原、副線圈的磁通量發(fā)生變化，在原、副線圈中都產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，所以變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，所以選項A正確；,有一種變壓器叫自耦變壓器，它只有一個線圈繞在鐵芯上，但有三個抽頭，可升壓、也可降壓，這種變壓器的工作基礎(chǔ)是自感，也就是說，當(dāng)變壓器是利用兩個線圈變壓時，其工作基礎(chǔ)是互感，當(dāng)變壓器是利用一個線圈變壓時，其工作基礎(chǔ)是自感，所以選項B錯誤；變壓器要想持續(xù)正常工作，原線圈必須接入交變電流，若接入直流電，原、副線圈中不可能出現(xiàn)持續(xù)的感應(yīng)電動勢，變壓器不能持續(xù)正常工作，所以選項C錯誤，D正確 【答案】 AD,2一個正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，下列物理量不一定相等的是( ) A交流的頻率 B電流的有效值 C電功率 D磁通量的變化率,【解析】 變壓器可以改變原、副線圈中的電流，因此原、副線圈中的電流不一定有相同的有效值，選項B正確；由于穿過原線圈的磁通量全部穿過副線圈，因而原、副線圈的磁通量變化率相同，選項D錯誤；變壓器的工作基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象，副線圈中感應(yīng)的交流頻率與原線圈中交流頻率是相同的，選項A錯誤；理想變壓器中P入P出，選項C錯誤 【答案】 B,學(xué)生分組探究二 理想變壓器中的幾個關(guān)系 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 1理想變壓器有什么特點？實際變壓器與理想變壓器相比有什么區(qū)別？ 【提示】 理想變壓器有三個特點： (1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁；,(2)原、副線圈不計內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱 (3)變壓器自身的能量損耗不計，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率 實際變壓器不可避免地存在損耗,3功率關(guān)系 對于理想變壓器，不考慮能量損失，P入P出 4電流關(guān)系 由功率關(guān)系，當(dāng)只有一個副線圈時，I1U1I2U2，,第3步例證典例印證，思維深化 (2014黃岡中學(xué)高二檢測)一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2115.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓U如圖545所示副線圈僅接入一個10 的電阻則( ) 545,【思路點撥】 解答本題時應(yīng)把握以下三點： (1)正弦交變電流峰值與有效值的關(guān)系 (2)變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系 (3)電流表示數(shù)，電熱和功率需用交變電流有效值計算,【答案】 D,第4步巧練精選習(xí)題，落實強化 圖546 1(2013廣東高考)如圖546所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221， )和均為理想電表，燈泡 電阻RL6 ，AB端電壓u112 sin100t(V)下列說法正確的是( ),【答案】 D,2(2014山東高考)(多選)如圖547，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A以下判斷正確的是( ) 圖547,A變壓器輸入功率為484 W B通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2113,【答案】 BD,學(xué)生分組探究三 變壓器的動態(tài)分析 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 如圖548所示為理想變壓器，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，請?zhí)骄恳韵聨讉€問題： 圖548,1保持滑動變阻器觸頭P的位置不變，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？變壓器的輸出功率如何變化？ 【提示】 理想變壓器副線圈輸出電壓變大，通過負載電阻的電流增大，電壓表和電流表的示數(shù)均變大，變壓器的輸出功率變大,2單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？變壓器的輸出功率如何變化？原線圈的電流、輸入功率如何變化？,第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1電壓制約 當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定時，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2n2U1/n1. 2電流制約 當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1n2I2/n1.,3負載制約 (1)變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2P負1P負2； (2)變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定，I2P2/U2； (3)總功率P入P線P2，即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的,4對理想變壓器進行動態(tài)分析的兩種常見情況 (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 RI2P2P1I1. (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、n2U2I2P2P1I1.,第3步例證典例印證，思維深化 (多選)(2014廣東高考)如圖549所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合電鍵S，下列說法正確的是( ) 圖549 AP向下滑動時，燈L變亮 BP向下滑動時，變壓器的輸出電壓不變,CP向上滑動時，變壓器的輸入電流變小 DP向上滑動時，變壓器的輸出功率變大 【思路點撥】 首先要分清變量和不變量；其次明確各物理量間的制約關(guān)系 【解析】 本題是理想變壓器的動態(tài)分析問題，首先要分清變量和不變量，其次明確各物理量間的制約關(guān)系 由于理想變壓器輸入電壓U1不變，原、副線圈匝數(shù)不變，所以輸出電壓U2也不變，燈L亮度不隨P的滑動改變，故選項A錯誤，選項B正確,P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻減小，負載總電阻R總減小，由 【答案】 BD,理想變壓器動態(tài)問題的處理方法 1首先抓住三個決定原則：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出電流I2決定輸入電流I1；輸出功率P2決定輸入功率P1. 2把副線圈當(dāng)作電源，研究副線圈電路電阻變化 3根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判定副線圈電流的變化、功率的變化,第4步巧練精選習(xí)題，落實強化 1(2014福州高二檢測)用電高峰期，電燈往往會變暗，其原理可簡化為如下物理問題如圖5410所示，理想變壓器的副線圈上，通過輸電線連接兩只相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R，原線圈輸入有效值恒定的交流電壓，當(dāng)開關(guān)S閉合時，以下說法中正確的是( ) 圖5410,A原線圈中電流減小 B副線圈輸出電壓減小 CR兩端的電壓增大 D原線圈輸入功率減小 【解析】 原線圈輸入電壓恒定，副線圈輸出電壓不變，B錯誤；當(dāng)開關(guān)S閉合后，電路中總電阻減小，總電流和總功率變大，原線圈中電流和輸入功率都變大，R兩端的電壓增大，故C正確，A、D錯誤 【答案】 C,2(多選)有一理想變壓器的原線圈連接一只交流電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過滑片Q調(diào)節(jié)，如圖5411所示，在副線圈的輸出端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，在原線圈上加一電壓為U的交流電源，則( ) 圖5411,A保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表的讀數(shù)變大 B保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表的讀數(shù)變小 C保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數(shù)變大 D保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數(shù)變小,【答案】 BC,變壓器與分壓器的變壓辨析 變壓器(如圖5412甲所示)和分壓器(如圖5413乙所示)都能起到改變電壓的作用，但二者又有著本質(zhì)的區(qū)別 圖5412,為了幫助同學(xué)們加深對這兩種裝置的認識，更好地理解和應(yīng)用它們來解決實際問題，現(xiàn)將二者區(qū)別總結(jié)如下： 1工作原理不同：變壓器是一種“電感性裝置”，是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的；而分壓器是一種“電阻性裝置”，是根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作的 2改變電壓的種類不同：變壓器只能改變交變電壓，不能改變直流電壓；而分壓器既可改變交變電壓，也可改變直流電壓,3電壓的調(diào)節(jié)范圍不同：變壓器可以使交流電壓升高或降低；而分壓器不能使電壓升高，只能使電壓降低 4受負載影響不同：若在cd間、gh間分別接入負載電阻R0后，對于變壓器，Ucd不隨R0的變化而變化；而對于分壓器，Ugh隨R0的增大而增大，隨R0的減小而減小,(2014漳州高二檢測)甲、乙兩電路中，當(dāng)a、b兩端與e、f兩端分別加上110 V的交流電壓時，測得c、d間與g、h間的電壓均為55 V若分別在c、d兩端與g、h兩端加上110 V的交流電壓，則a、b間與e、f間的電壓分別為( ) A220 V，220 V B220 V，110 V C110 V，110 V D220 V，0,【解析】 當(dāng)a、b兩端接110 V電壓時，c、d間獲得的電壓為55 V，說明c、d間線圈的匝數(shù)為原線圈a、b間匝數(shù)的一半；反過來，當(dāng)c、d兩端接110 V電壓時，由電壓與匝數(shù)的關(guān)系知，a、b間電壓應(yīng)為220 V當(dāng)e、f兩端接110 V電壓時，g、h間電壓為55 V，說明g、h間電阻為e、f間電阻的一半；當(dāng)g、h兩端接110 V電壓時，其等效電路如圖所示,e、g間沒有電流，e、g間電壓為零，所以e、f間電壓與g、h間電壓相等，為110 V，故B正確 【答案】 B,先看名師指津 變壓器是一種電感性儀器，根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，只能改變交流電壓，不能改變直流電壓；而分壓器是一種電阻性儀器，是根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作的，可以改變交流電壓，也可以改變直流電壓,再演練應(yīng)用 圖5414 (2014湖北沙市中學(xué)月考)如圖5414甲、乙所示電路中，當(dāng)A、B接10 V交流電壓時，C、D間電壓為4 V；當(dāng)M、N接10 V直流電壓時，P、Q間電壓也為4 V現(xiàn)把C、D接4 V交流電壓，P、Q接4 V直流電壓，下面可表示A、B間和M、N間的電壓的是( ),A10 V，10 V B10 V，4 V C4 V，10 V D10 V，0 【解析】 本題考查了變壓器和分壓器的原理及區(qū)別甲圖是一個自耦變壓器，當(dāng)A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，是一個降壓變壓器，兩邊的電壓之比等于線圈的匝數(shù)之比當(dāng)C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4 V交流時，A、B間將得到10 V交流,乙圖是一個分壓電路，當(dāng)M、N作為輸入端時，上下兩個電阻上的電壓跟它們的電阻的大小成正比但是當(dāng)把電壓加在P、Q兩端時，電流只經(jīng)過下面那個電阻，上面的電阻中沒有電流，M、P兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點的電勢相等所以當(dāng)P、Q接4 V直流時，M、N兩端電壓也是4 V. 順便指出，如果M、N或P、Q換成接交流電壓，上述關(guān)系仍然成立，因為在交流純電阻電路中歐姆定律照樣適用 【答案】 B,