高中物理 3.4 變壓器學(xué)案 新人教版選修1-12

1、 3.4 變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解變壓器的基本構(gòu)造，知道變壓器為什么能夠改變交流電壓及其和實(shí)際變壓器的區(qū)別.2.通過實(shí)驗(yàn)和理論探究，總結(jié)變壓器原、副線圈的電壓與兩個(gè)線圈匝數(shù)的關(guān)系.3.了解幾種常見的變壓器類型及其應(yīng)用.4.體驗(yàn)科學(xué)探究過程，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析論證能力一、變壓器的結(jié)構(gòu)1變壓器由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成2原、副線圈原線圈：與電源(或電路的上一級(jí))連接的線圈叫原線圈(也叫初級(jí)線圈)副線圈：與負(fù)載(或電路的下一級(jí))連接的線圈叫副線圈(也叫次級(jí)線圈)二、變壓器的工作原理1原理電磁感應(yīng)現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)當(dāng)原線圈中的電流變化時(shí)，在鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，就會(huì)引起副線圈中的磁通量的變

2、化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2變壓器的作用：能改變交變電流的電壓，不改變交變電流的周期和頻率.一、變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器組成如圖1所示：圖11線圈：由漆包線繞制而成原線圈連接前一級(jí)電路，副線圈連接下一級(jí)電路2鐵芯：由硅鋼片疊合而成3變壓器的符號(hào)：如圖2所示圖2二、變壓器的工作原理問題設(shè)計(jì)1把學(xué)生電源、可拆變壓器、燈泡按圖3和圖4連接并分別通入直流電和交流電，觀察燈泡是否發(fā)光通入交流電時(shí)取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，觀察燈泡亮度是否變化？圖3圖4答案通入直流電時(shí)燈泡不發(fā)光，通入交流電時(shí)燈泡發(fā)光通入交流電時(shí)取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，燈泡亮度明顯減弱或不發(fā)光2理論探究：為什么變壓器通以恒定

3、電流燈不發(fā)光，而交變電流通過變壓器能讓燈發(fā)光？變壓器的鐵芯起什么作用？答案原線圈中通過電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向也都在不斷變化副線圈與原線圈是套在同一個(gè)鐵芯上的，通過副線圈的磁場(chǎng)也在不斷變化，于是就在副線圈內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變壓器的鐵芯起通暢磁回路，減小漏磁的作用要點(diǎn)提煉1變壓器工作的基本原理和發(fā)電機(jī)一樣，也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象2當(dāng)原線圈兩端加交變電壓時(shí)，原線圈中就有交變電流，鐵芯中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，在原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，它也要在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

4、在原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互感現(xiàn)象3穿過每匝線圈中的磁通量的變化率是一樣的，因此每匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，匝數(shù)越多，總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大4能量轉(zhuǎn)換：變壓器是把電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，又把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置三、變壓器的電壓比和電流比問題設(shè)計(jì)1你能根據(jù)變壓器的工作原理推導(dǎo)出原、副線圈兩端電壓的關(guān)系嗎？答案設(shè)原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，原、副線圈兩端的電壓分別為U1、U2，由于穿過原、副線圈的磁通量的變化率相同，設(shè)在原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為E1和E2，由法拉第電磁感應(yīng)定律得E1n1，E2n2，則有.對(duì)于理想變壓器E1U1，E2U2，所以.這就是電壓比關(guān)系，即原、副線圈的電

5、壓與對(duì)應(yīng)匝數(shù)成正比2變壓器既是改變交流電壓的裝置，又是電能的傳輸裝置如果變壓器沒有電能損失，那么變壓器的輸入功率與輸出功率有何關(guān)系？如何用圖5中的物理量表示這種關(guān)系？原、副線圈中的電流與匝數(shù)有什么關(guān)系？圖5答案功率關(guān)系：P入P出，也可以表示為：I1U1I2U2；原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系由I1U1I2U2和得：.要點(diǎn)提煉1電壓比：設(shè)原線圈匝數(shù)n1，輸入電壓U1，副線圈匝數(shù)n2，輸出電壓U2，則.(1)n1>n2，是降壓變壓器，用戶附近的變電室內(nèi)的變壓器一般是降壓變壓器(2)n1<n2，是升壓變壓器，發(fā)電站出來的電壓一般要先經(jīng)過升壓變壓器升壓2功率關(guān)系：理想變壓器，由于不考慮能量

6、損失，由能量守恒得P入P出3電流關(guān)系：原、副線圈中電流與對(duì)應(yīng)的匝數(shù)成反比即，.延伸思考在繞制變壓器的原、副線圈時(shí)，原線圈與副線圈所用導(dǎo)線的規(guī)格是否需要一致？為什么？答案在繞制變壓器時(shí)，原線圈與副線圈所用導(dǎo)線的規(guī)格可以不一致由可知，變壓器匝數(shù)多的線圈通過的電流小，所用導(dǎo)線可以細(xì)一些；變壓器匝數(shù)少的線圈通過的電流大，所用導(dǎo)線應(yīng)該粗一些一、變壓器的原理例1對(duì)一正在工作中的變壓器，下述說法正確的是()A副線圈中的電流是從原線圈中傳過來的B鐵芯是用來導(dǎo)電的C副線圈中電流變小，原線圈中的電流也一定減小D副線圈相當(dāng)于一個(gè)電源解析原、副線圈及鐵芯間都是彼此絕緣的，鐵芯是用來導(dǎo)磁的，故A、B錯(cuò)；由能量守恒知C正

7、確；副線圈把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，給用電器提供電壓和電流，相當(dāng)于一個(gè)電源答案CD針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于理想變壓器，下面各說法中正確的是()A它的輸出功率可以大于它的輸入功率B它不僅可以改變交流電壓還可以改變直流電壓C原、副線圈兩端的電壓與它們的匝數(shù)成正比D原、副線圈的電流與它們的匝數(shù)成正比答案C解析理想變壓器的輸出功率等于輸入功率，A錯(cuò)；變壓器不能改變直流電壓，B錯(cuò)；原、副線圈兩端的電壓與它們的匝數(shù)成正比，通過原、副線圈的電流與它們的匝數(shù)成反比，C對(duì)，D錯(cuò)二、變壓器的規(guī)律例2一臺(tái)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6所示圖6(1)當(dāng)原線圈接在44 V直流電源上時(shí)，

8、電壓表示數(shù)為 V，電流表示數(shù)為 A.(2)當(dāng)原線圈接在220 V交流電源上時(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.解析(1)原線圈接在直流電源上時(shí)，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零(2)由得：U2U1220× V44 V(電壓表讀數(shù))，I2 A0.44 A(電流表讀數(shù))，P入P出I2U20.44×44 W19.36 W.答案(1)00(2)440.4419.36針對(duì)訓(xùn)練如圖7所示，一個(gè)理想變壓器的原線圈接在220 V的市電上，向額定電壓為1.8×104

9、V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光，為了安全，需要在原線圈回路中接入熔斷器，當(dāng)副線圈電路中電流超過12 mA時(shí)，熔絲熔斷圖7(1)原、副線圈的匝數(shù)比為多少？(2)熔絲的熔斷電流是多大？答案(1)11900(2)0.982 A解析(1)(2)，I1I2×12×103 A0.982 A.1(對(duì)變壓器原理的理解)對(duì)于變壓器的工作原理，下列說法正確的是()A變壓器只改變交流電壓B變壓器可以改變交流電壓，也可以改變直流電壓C變壓器原、副線圈的磁通量變化率相同D變壓器副線圈匝數(shù)越多，副線圈上的電壓越小答案AC解析根據(jù)變壓器的工作原理，變壓器只改變交流電壓，選項(xiàng)A對(duì)，B錯(cuò)；原、副線圈磁通量的變化率相同，選項(xiàng)C對(duì)；由En，可知D錯(cuò)2(對(duì)變壓器原理的理解)正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，數(shù)值上不一定相等的是()A電流的頻率 B端電壓的峰值C電流的有效值 D電功率答案BC3(變壓器的規(guī)律)一臺(tái)理想變壓器的原線圈匝數(shù)為100匝，副線圈匝數(shù)為1 200匝，在原線圈兩端接有一電動(dòng)勢(shì)為10 V的電池組，則在副線圈兩端的輸出電壓為()A0 V B1.2 VC120 V D小于120 V答案A4(變壓器的規(guī)律)如圖8所示的理想變壓器，它的原線圈接在交流電源上，副線圈接一個(gè)