人教版選修32 變壓器 課件（36張）.ppt

5 4 變壓器 教學(xué)目標(biāo) 一 知識(shí)與技能1 知道變壓器的構(gòu)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(shù)的關(guān)系 能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題 二 過程與方法在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)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(jià)值觀1 使學(xué)生體會(huì)到能量守恒定律是普遍適用的 2 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度 教學(xué)重點(diǎn) 探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系 教學(xué)難點(diǎn) 探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)探究法 閱讀法 講解法 教學(xué)手段 學(xué)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(jī)床上照明燈 36伏半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過10伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓 幾萬伏遠(yuǎn)距離輸電 幾十萬伏電視機(jī)顯像管卻需要10000v以上電壓交流便于改變電壓 以適應(yīng)各種不同的需要 變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備 幾種常見的變壓器 一 變壓器的構(gòu)造 1 示意圖 原線圈 副線圈 鐵芯 2構(gòu)造 1 閉合鐵芯 絕緣硅鋼片疊合而成 2 原線圈 初級(jí)線圈 其匝數(shù)用n1表示 3 副線圈 次級(jí)線圈 其匝數(shù)用n2表示 4 輸入電壓 u1 輸出電壓 u2 3 電路圖中符號(hào) 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(chǎn)生的 鐵芯與線圈互相絕緣 二 變壓器的工作原理 互感現(xiàn)象 變壓器通過閉合鐵芯 利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能 u1 i1 到磁場(chǎng)能 變化的磁場(chǎng) 再到電能 u2 i2 轉(zhuǎn)化 原線圈 副線圈 鐵芯 互感現(xiàn)象 在原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象 若給原線圈接直流電壓 u副線圈電壓u2 閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能 磁場(chǎng)能 電能的轉(zhuǎn)換 由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過鐵芯 使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失很小 為了便于研究 物理學(xué)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(guān)系的實(shí)驗(yàn) 三 理想變壓器的變壓規(guī)律 原 副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(nèi)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(gè)線圈的匝數(shù)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(yīng)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(shù)成反比 i1 i2 n2 n1 變壓器工作時(shí) 高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小 可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制 低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大 應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)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(gè)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(guān)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(shù)比決定 u2 n2 n1 u1 4 i2由u2和負(fù)載決定 i2 u2 r 5 i1由i2和匝數(shù)比決定 i1 n2 n1 i2 例1 理想變壓器原 副線圈的匝數(shù)比n1 n2 4 1 當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí) 圖中電流表a1的示數(shù)12ma 則電流表a2的示數(shù)為 a 3mab 0c 48mad 與負(fù)載r的值有關(guān) 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(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時(shí) 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(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn) 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(gè)100 的負(fù)載電阻 如圖所示 1 當(dāng)原線圈接在44v直流電源電源上時(shí) 電壓表示數(shù)為 v 電流表示數(shù)為 a 2 當(dāng)原線圈接在220v交變電源上時(shí) 電壓表示數(shù)為 v 電流表示數(shù)為 a 此時(shí)輸入功率為 w 0 0 44 0 44 19 36 n2 180 180 3a 解 所以 3a 練習(xí)1 一理想變壓器 原線圈匝數(shù)n1 1100 接在電壓220v的交流電源上 當(dāng)它對(duì)11只并聯(lián)的 36v 60w 的燈泡供電時(shí) 燈泡正常發(fā)光 由此可知副線圈的匝數(shù)n2 通過原線圈的電流i1 練習(xí)2 如圖所示 一理想變壓器原 副線圈的匝數(shù)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(gè)燈暗些c 將會(huì)燒壞d 不能確定 l3 l4 l1 u1 l2 例3 鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖 a 所示 圖 a 中電流表的讀數(shù)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(cè)直流電流 圖 b 的讀數(shù)為2 4ab 這種電流表能測(cè)交流電流 圖 b 的讀數(shù)為0 4ac 這種電流表能測(cè)交流電流 圖 b 的讀數(shù)為3 6ad 這種電流表既能測(cè)直流電流 又能測(cè)交流電流 圖 b 的讀數(shù)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(shí)現(xiàn)變壓的變壓器 自耦變壓器的原副線圈共用一個(gè)線圈 2 互感器 電流互感器 電壓互感器 使用時(shí)把原線圈與電路并聯(lián) 原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù) 使用時(shí)把原線圈與電路串聯(lián) 原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù) 例4 為了保證用電安全 家庭居室的室內(nèi)電路前端一般都安裝漏電保護(hù)開關(guān) 如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡(jiǎn)圖 問 1 電路正常工作時(shí) 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(shí) b線圈為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 解析發(fā)電廠的零線是接地的 漏電保護(hù)開關(guān)有一個(gè)結(jié)構(gòu)和變壓器相似的電流互感器 其鐵芯的a側(cè)有兩個(gè)形狀 繞向和匝數(shù)都完全相同的線圈 圖中分別用實(shí)線和虛線表示 它們分別將用電器和火線 零線串聯(lián)起來 220v交變電流在mno grk與發(fā)電廠之間流過 鐵芯的b側(cè)有另一個(gè)線圈與電磁繼電器j的線圈 圖中未畫出 并聯(lián) 室內(nèi)電路正常工作時(shí) b線圈沒有電流 j保持導(dǎo)通狀態(tài) 當(dāng)漏電時(shí) b線圈便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 推動(dòng)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(cè)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(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消 b側(cè)線圈磁通量總為零而不變 線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流 2 火線的電流有一部分流經(jīng)人體 經(jīng)大地流回發(fā)電廠 a側(cè)兩線圈電流大小不等 產(chǎn)生 剩余電流 在鐵芯中產(chǎn)生變化的 剩余磁通 b側(cè)線圈中磁通量發(fā)生變化 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 練習(xí)3 如圖是4種亮度可調(diào)的臺(tái)燈的電路的示意圖 它們所用的燈泡相同 且都是 220v40w 當(dāng)燈泡消耗的功率都調(diào)至20w時(shí) 哪種臺(tái)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(tái)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(gè)副線圈的理想變壓器的問題 一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器 原線圈匝數(shù)為n1 兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3 相應(yīng)的電壓分別為u1 u2和u3 相應(yīng)的電流分別為i1 i2和i3 根據(jù)變壓器的工作原理可得 例5 一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n1 1100匝 兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2 60匝 n3 600匝 若通過兩個(gè)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(duì)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(biāo)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(shù)為n1和另一副線圈的匝數(shù)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(jù)原 副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系 有 u1 u2 n1 n2n1 u1n2 u2 1320匝 u3 u2 n3 n2 n3 u3n2 u2 72匝 2 根據(jù)能量守恒 有p入 p出 即i1u1 p2 p3 則i1 p2 p3 u1 0 095a 練習(xí)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(shù)為30匝 兩端電壓為6v 燈泡正常發(fā)光 求原線圈的匝數(shù)和電流 例7 在繞制變壓器時(shí) 某學(xué)生誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器左右兩臂上 當(dāng)通以交變電流時(shí) 每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈 另一半通過中部的臂 已知線圈的匝數(shù)之比n1 n2 2 1 在不接負(fù)載的情況下 則 a 當(dāng)線圈1輸入電壓為220v時(shí) 線圈2輸出電壓為110vb 當(dāng)線圈1輸入電壓為220v時(shí) 線圈2輸出電壓為55vc 當(dāng)線圈2輸入電壓為110v時(shí) 線圈1輸出電壓為220vd 當(dāng)線圈2輸入電壓為110v時(shí) 線圈1輸出電壓為110v 解析 當(dāng)線圈1接220v的交流電壓時(shí) 設(shè)穿過線圈1的磁通量為 根據(jù)題意則穿過線圈2的磁通量為 2 設(shè)線圈1 2的匝數(shù)分別為2n n 則 220 2n tu2 n t 1 2兩式相比得u2 55v 當(dāng)線圈2接110v的交流電壓時(shí) 設(shè)穿過線圈2的磁通量為 根據(jù)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(xí)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