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(通用版)2018-2019版高中物理 第二章 交變電流 2.6 變壓器課件 教科版選修3-2.ppt

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1、,6變壓器,第二章交變電流,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見(jiàn)的變壓器,理解變壓器的工作原理. 2.掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系,并能用它解決相關(guān)問(wèn)題. 3.掌握理想變壓器的功率關(guān)系,并能推導(dǎo)出原、副線(xiàn)圈的電流關(guān)系.,內(nèi)容索引,,自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí),一、變壓器的結(jié)構(gòu)與原理 1.變壓器的結(jié)構(gòu):變壓器包括三個(gè)基本組成部分,一個(gè) 及兩組 .兩組線(xiàn)圈中的一組與電源相連,稱(chēng)為 ,也叫 ;另一組接負(fù)載,稱(chēng)為 ,也叫 . 2.變壓器工作原理:當(dāng)變壓器的原線(xiàn)圈加上交變電壓時(shí),原線(xiàn)圈中的交變電流

2、在鐵芯中激發(fā)交變的 ,交變的 穿過(guò)原線(xiàn)圈也穿過(guò) ,在原、副線(xiàn)圈中都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).,鐵芯,線(xiàn)圈,原線(xiàn)圈,初級(jí)線(xiàn)圈,副線(xiàn)圈,次級(jí)線(xiàn)圈,磁通量,磁通量,副線(xiàn)圈,二、理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系 1.理想變壓器:理想變壓器中,原、副線(xiàn)圈電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)都集中在 內(nèi),且沒(méi)有 . 2.理想變壓器原、副線(xiàn)圈兩端的電壓跟它們的匝數(shù)成 ,即 . 三、理想變壓器的電流與匝數(shù)的關(guān)系 1.理想變壓器的輸入功率 (選填“”、“<”或“”)輸出功率,即U1I1 . 2.理想變壓器的電流與匝數(shù)關(guān)系:只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí), .,鐵芯,能量損耗,正比,,U2I2,四、電壓互

3、感器和電流互感器 1.電壓互感器是一種 變壓器,它的初級(jí) 在高壓交流線(xiàn)路上,次級(jí)與交流 相連. 2.電流互感器是一種 變壓器,它的原線(xiàn)圈 在被測(cè)交流電路中,副線(xiàn)圈與交流 相連.,降壓,并聯(lián),電壓表,升壓,串聯(lián),電流表,即學(xué)即用 1.判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)理想變壓器原、副線(xiàn)圈的電壓之比等于兩個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)之比.() (2)輸入交變電流的頻率越高,輸出交變電流的電壓就越高.() (3)我們?cè)谑褂觅|(zhì)量好的變壓器工作時(shí)沒(méi)有能量損失.() (4)理想變壓器不能改變交變電流的頻率.(),答案,,,,,2.一臺(tái)理想降壓變壓器從10 kV的線(xiàn)路中降壓并提供200 A的負(fù)載電流.已知

4、兩個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)比為401,則副線(xiàn)圈中的輸出電壓為 ,輸出功率為 ,變壓器原線(xiàn)圈中的電流為 .,答案,250 V,50 kW,5 A,解析,重點(diǎn)探究,答案當(dāng)左邊線(xiàn)圈加上交流電壓時(shí),左邊線(xiàn)圈中就有交變電流,它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知,在右線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),右線(xiàn)圈作為電源給小燈泡供電,小燈泡就會(huì)發(fā)光.,導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示,把兩個(gè)沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)相連的線(xiàn)圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上,一個(gè)線(xiàn)圈(原線(xiàn)圈)通過(guò)開(kāi)關(guān)可以連接到交流電源的兩端,另一個(gè)線(xiàn)圈(副線(xiàn)圈)連到小燈泡上.連接電路, 接通電源,小燈泡能發(fā)光. (1)兩個(gè)線(xiàn)圈并沒(méi)有連接,小燈泡 為什么會(huì)發(fā)光?,一、變壓器的

5、原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系,圖1,答案,(2)小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓相等嗎?如果不相等,與什么因素有關(guān)?,答案,若忽略左邊線(xiàn)圈的電阻則有U1U電源,這樣看來(lái)只要n1n2,小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓就不相等.小燈泡兩端的電壓,即副線(xiàn)圈兩端的電壓與原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比有關(guān).,(3)若將原線(xiàn)圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎?為什么?,答案,答案不發(fā)光,因?yàn)闊o(wú)法在副線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).,知識(shí)深化 1.變壓器能改變交變電壓、交變電流,但不能改變恒定電壓、恒定電流. 2.變壓器不能改變交流電的頻率與功率. 3.變壓器原、副線(xiàn)圈中電壓關(guān)系,例1關(guān)于理想變壓器的工作原理,以下說(shuō)法正確的是

6、A.通有正弦交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量不變 B.穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等 C.穿過(guò)副線(xiàn)圈磁通量的變化使得副線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D.原線(xiàn)圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線(xiàn)圈,答案,,解析通有正弦交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的,由于面積S不變,故磁通量變化,A錯(cuò)誤; 因理想變壓器無(wú)漏磁,故B錯(cuò)誤; 由互感現(xiàn)象知C正確; 原線(xiàn)圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能,原、副線(xiàn)圈通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起,故D錯(cuò)誤.,解析,導(dǎo)學(xué)探究閱讀教材回答下列三個(gè)問(wèn)題: (1)什么是理想變壓器?理想變壓器原、副線(xiàn)圈中的功率有什么關(guān)系?,二、理想變壓器原、副線(xiàn)圈的功率關(guān)系和電流關(guān)系,答案,答案理想變壓器的理想化條

7、件一般指的是:忽略原、副線(xiàn)圈內(nèi)阻上的分壓,忽略原、副線(xiàn)圈磁通量的差別,忽略變壓器自身的能量損耗.所以理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,即P入P出.,(2)根據(jù)能量守恒推導(dǎo)只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)原、副線(xiàn)圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系.,答案,答案由能量守恒有P入P出,即U1I1U2I2.,(3)根據(jù)能量守恒推導(dǎo)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)原、副線(xiàn)圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系.,答案,答案若有多個(gè)副線(xiàn)圈,則P1P2P3, 即U1I1U2I2U3I3 將U1U2U3n1n2n3代入得 n1I1n2I2n3I3,知識(shí)深化 1.電流關(guān)系 (1)只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí),有U1I1U2I2,得:n1I1n2I2,即 (2)當(dāng)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí),由I1

8、U1I2U2I3U3得:n1I1n2I2n3I3. 2.功率關(guān)系 從能量守恒看,理想變壓器的輸入功率等于輸出功率P入P出.,例2如圖2所示,理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1n221, 和 均為理想電表,燈泡電阻RL6 ,AB兩端電壓u112 sin 100t(V).下列說(shuō)法正確的是 A.電流頻率為100 Hz B. 的讀數(shù)為24 V C. 的讀數(shù)為0.5 A D.變壓器輸入功率為6 W,答案,解析,,圖2,1.電壓表、電流表示數(shù)均為有效值. 2.理想變壓器P入P出. 3.變壓器不改變頻率,即原、副線(xiàn)圈交變電流頻率相等.,1.電壓、電流、功率的制約關(guān)系 (1)電壓制約:輸入電壓U1決定輸出電

9、壓U2,當(dāng)變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比 一定時(shí),有U2 (2)功率制約:P出決定P入,P出增大,P入增大;P出減小,P入減?。籔出為0,P入為0. (3)電流制約:副線(xiàn)圈中的輸出電流I2決定原線(xiàn)圈中的電流I1,當(dāng)變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比 一定,且輸入電壓U1確定時(shí),有I1,三、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析,2.對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見(jiàn)情況 (1)原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比不變,分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況,進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是RI2P出P入I1. (2)負(fù)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(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P出P入I1.,例3(多選)如圖3所示,T為理想

10、變壓器,電流表 、電壓表 均為理想交流電表.R1、R2為定值電阻,R3為滑動(dòng)變阻器,L為電感線(xiàn)圈,A、B兩點(diǎn)間接正弦交流電,則 A.只將滑片P1下移時(shí),電流表 示數(shù)變小 B.只將滑片P2下移時(shí),電壓表 示數(shù)變大 C.只增大交流電的電壓時(shí),電流表 示數(shù)變大 D.只增大交流電的頻率時(shí),電壓表 示數(shù)不變,圖3,答案,解析,,,解析只將滑片P1下移時(shí),變壓器副線(xiàn)圈輸出電壓U2減小,由U1I1 可知,U1、R不變,I1減小,A正確; 只將滑片P2下移時(shí),副線(xiàn)圈電路中的總電阻減小,U2不變,因此副線(xiàn)圈電路中的電流增大,R1兩端的電壓增大,R3兩端的電壓減小,電壓表的示數(shù)減小,B錯(cuò)誤; 只增大交

11、流電的電壓時(shí),根據(jù)變壓器的變壓比公式可知,副線(xiàn)圈兩端的電壓增大,因此副線(xiàn)圈的電流增大,根據(jù)變流比公式可知,原線(xiàn)圈的電流增大,故電流表示數(shù)增大,C正確; 只增大交流電的頻率時(shí),電感線(xiàn)圈的感抗增大,副線(xiàn)圈電路中的總電阻增大,總電流減小,R1兩端的電壓減小,R3兩端的電壓增大,電壓表示數(shù)增大,D錯(cuò)誤.,針對(duì)訓(xùn)練如圖4所示,理想變壓器原、副線(xiàn)圈回路中的輸電線(xiàn)的電阻忽略不計(jì).當(dāng)S閉合時(shí) A.電流表A1的讀數(shù)變大,電流表A2的讀數(shù)變小 B.電流表A1的讀數(shù)變大,電流表A2的讀數(shù)變大 C.電流表A1的讀數(shù)變小,電流表A2的讀數(shù)變小 D.電流表A1的讀數(shù)變小,電流表A2的讀數(shù)變大,圖4,答案,解析,,解析當(dāng)S

12、閉合后,變壓器副線(xiàn)圈電路中的總電阻R減小,而輸出電壓不變.由I2 得I2增大,即電流表A2的讀數(shù)變大,變壓器的輸出功率變大.由U1I1U2I2可知,I1變大,即電流表A1的讀數(shù)也變大,選項(xiàng)B正確.,1.自耦變壓器 鐵芯上只繞有一個(gè)線(xiàn)圈,如果把整個(gè)線(xiàn)圈作為原線(xiàn)圈,副線(xiàn)圈只取線(xiàn)圈的一部分,就可以降低電壓,反之則可以升高電壓,如圖5所示.,四、自耦變壓器和互感器,圖5,2.互感器 交流電壓表和交流電流表都有一定的量度范圍,不能直接測(cè)量高電壓和大電流. 互感器是利用變壓器的原理來(lái)測(cè)量高電壓或大電流的儀器. 電壓互感器:實(shí)質(zhì)是降壓變壓器,可以把高電壓變成低電壓.(如圖6所示),圖6,電流互感器:實(shí)質(zhì)是升

13、壓變壓器,可以把大電流變成小電流.(如圖7所示),圖7,解析題圖甲中的原線(xiàn)圈并聯(lián)在電路中,為電壓互感器,是降壓變壓器,n1n2,其中的電表為電壓表;題圖乙中的原線(xiàn)圈串聯(lián)在電路中,為電流互感器,是升壓變壓器,n3

14、數(shù)n2. 3.電流互感器是把大電流變成小電流,故原線(xiàn)圈匝數(shù)n1小于副線(xiàn)圈匝數(shù)n2.,例5如圖9所示為物理實(shí)驗(yàn)室某風(fēng)扇的風(fēng)速擋位變換器電路圖,它是一個(gè)可調(diào)壓的理想變壓器,其中接入交流電的電壓有效值U0220 V,n02 200匝,擋位1、2、3、4對(duì)應(yīng)的線(xiàn)圈匝數(shù)分別為220匝、500匝、1 100匝、2 200匝.電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻r4 ,額定電壓為U220 V,額定功率P110 W.下列判斷正確的是 A.當(dāng)選擇擋位3時(shí),電動(dòng)機(jī)兩端電壓為110 V B.當(dāng)擋位由3變換到2時(shí),電動(dòng)機(jī)的功率增大 C.當(dāng)選擇擋位2時(shí),電動(dòng)機(jī)的熱功率為1 W D.當(dāng)選擇擋位4時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸出功率為110 W,圖9,答案,解

15、析,,,解析由電壓與匝數(shù)的關(guān)系U0U3n0n3,解得U3110 V,A正確; 當(dāng)擋位由3變換到2時(shí),輸出電壓減小,電動(dòng)機(jī)的功率減小,B錯(cuò)誤; 在額定功率的情況下,電動(dòng)機(jī)的額定電流為I 0.5 A,熱功率PrI2r1 W,輸出功率為PPr(1101) W109 W,D錯(cuò)誤; 當(dāng)沒(méi)有達(dá)到額定功率時(shí),熱功率小于1 W,C錯(cuò)誤.,,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(變壓器的工作原理)(多選)理想變壓器正常工作時(shí),原、副線(xiàn)圈中一定相同的物理量是 A.每匝線(xiàn)圈中磁通量的變化率 B.交變電流的頻率 C.原線(xiàn)圈的輸入功率和副線(xiàn)圈的輸出功率 D.原線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和副線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),答案,,1,2,3,4,,,2.(理想變壓器

16、基本關(guān)系的應(yīng)用)(多選)如圖10所示,將額定電壓為60 V的用電器,通過(guò)一理想變壓器接在正弦交變電源上.閉合開(kāi)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 A.變壓器輸入功率為484 W B.通過(guò)原線(xiàn)圈的電流的有效值為0.6 A C.通過(guò)副線(xiàn)圈的電流的最大值為2.2 A D.變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1n2113,,答案,解析,,1,2,3,4,圖10,解析變壓器的輸入功率等于輸出功率P1P2I2U22.260 W132 W,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;,1,2,3,4,3.(理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析)如圖11所示,理想變壓器原線(xiàn)圈輸入電壓uUm

17、sin t,副線(xiàn)圈電路中R0為定值電阻,R是滑動(dòng)變阻器. 和 是 理想交流電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示; 和 是理想交流電流表, 示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說(shuō)法正確的是 A.I1和I2表示電流的平均值 B.U1和U2表示電壓的最大值 C.滑片P向下滑動(dòng)過(guò)程中,U2不變、I1變大 D.滑片P向下滑動(dòng)過(guò)程中,U2變小、I2變大,答案,,解析,1,2,3,4,圖11,解析電路中的電壓表和電流表表示的都是有效值,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.,1,2,3,4,4.(互感器)(多選)如圖12所示,L1、L2是高壓輸電線(xiàn),圖中兩電表示數(shù)分別是220 V和10 A,已知甲圖中原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為1001,乙圖中原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為110,則 A.甲圖中的電表是電壓表,輸電電壓為22 000 V B.甲圖是電流互感器,輸電電流是100 A C.乙圖中的電表是電壓表,輸電電壓為22 000 V D.乙圖是電流互感器,輸電電流是100 A,答案,解析,圖12,,,1,2,3,4,1,2,3,4,題圖甲是電壓互感器,故B錯(cuò)誤; 題圖乙是電流互感器,電表是電流表,故C錯(cuò)誤;,

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