课件新人教版选修3_2.ppt

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1、,4 变压器,第五章 交变电流,学习目标 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理. 2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题. 3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、变压器的原理 1.构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫 ，与负载连接的线圈叫 . 2.原理： 现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的 也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 .,原线圈,副线圈,

2、互感,磁场,感应电动势,二、电压与匝数的关系 1.理想变压器：没有 的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型. 2.电压与匝数的关系 原、副线圈的 等于两个线圈的 ，即 3.理想变压器原、副线圈功率关系 P1 P2(填“”、“”或“”). 4.两类变压器 副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫 变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 变压器.,电压之比,能量损失,匝数之比,降压,升压,.,即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比. ( ) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高.( ) (3)我们在使用质量好的变压器工

3、作时没有能量损失.( ) (4)理想变压器不能改变交变电流的频率.( ),答案,2.一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流.已知两个线圈的匝数比为401，则副线圈中的输出电压为_，输出功率为_，变压器原线圈中的电流为_.,250 V,50 kW,5 A,答案,解析,重点探究,答案 当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.,导学探究 如图1所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交

4、流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上. 连接电路，接通电源， 小灯泡能发光. (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？,一、变压器的原理及电压与匝数的关系,图1,答案,(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？,答案,若忽略左边线圈的电阻则有U1U电源，这样看来只要n1n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等. 小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关.,(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？,答案,答案 不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势.,知识深化 1.变压器能改变交变电压、交变电流，

5、但不能改变恒定电压、恒定电流. 2.变压器不能改变交流电的频率与功率. 3.变压器原、副线圈中电压关系,例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈,解析 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量变化，A错误； 因理想变压器无漏磁，故B错误； 由互感现象知C正确； 原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故D错误.,答案,解析,导学探究 阅读教材回答下

6、列三个问题： (1)什么是理想变压器？理想变压器原、副线圈中的功率有什么关系？,二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系,答案,答案 理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗.所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出.,(2)根据能量守恒推导只有一个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.,答案,答案 由能量守恒有P入P出，即U1I1U2I2.,(3)根据能量守恒推导有多个副线圈时原、副线圈中的电流与匝数的关系.,答案,答案 若有多个副线圈，则P1P2P3， 即U1I1U2I2U3I3 将U1U2U3n1n2

7、n3代入得 n1I1n2I2n3I3,知识深化 1.电流关系 (1)只有一个副线圈时，有U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即 (2)当有多个副线圈时，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I3. 2.功率关系 从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率P入P出.,例2 如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221， 和 均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB两端电压u112sin 100t(V). 下列说法正确的是 A.电流频率为100 Hz B. 的读数为24 V的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W,答案,解析,图2,1.电压表、电流表示数均为有效值. 2

8、.理想变压器P入P出. 3.变压器不改变频率，即原、副线圈交变电流频率相等.,1.电压、电流、功率的制约关系 (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2 (2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0. (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1,三、理想变压器的动态分析,2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况： (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P出P入I1.

9、(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P出P入I1.,例3 (多选)如图3所示，T为理想变压器，电流表 、电压表 均为理想交流电表.R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，L为电感线圈，A、B两点间接正弦交流电，则 A.只将滑片P1下移时，电流表 示数变小 B.只将滑片P2下移时，电压表 示数变大 C.只增大交流电的电压时，电流表 示数变大 D.只增大交流电的频率时，电压表 示数不变,图3,答案,解析,解析 只将滑片P1下移时，变压器副线圈输出电压U2减小，由U1I1 可知，U1、R不变，I1减小，A正确； 只将滑片P2下移时，副线圈

10、电路中的总电阻减小，U2不变，因此副线圈电路中的电流增大，R1两端的电压增大，R3两端的电压减小，电压表的示数减小，B错误； 只增大交流电的电压时，根据变压比公式可知，副线圈两端的电压增大，因此副线圈的电流增大，根据变流比公式可知，原线圈的电流增大，故电流表示数增大，C正确； 只增大交流电的频率时，电感线圈的感抗增大，副线圈电路中的总电阻增大，总电流减小，R1两端的电压减小，R3两端的电压增大，电压表示数增大，D错误.,针对训练 如图4所示，理想变压器原、副线圈回路中的输电线的电阻忽略不计.当S闭合时 A.电流表A1的读数变大，电流表A2的读数变小 B.电流表A1的读数变大，电流表A2的读数变

11、大 C.电流表A1的读数变小，电流表A2的读数变小 D.电流表A1的读数变小，电流表A2的读数变大,图4,答案,解析,解析 当S闭合后，变压器副线圈电路中的总电阻R减小，而输出电压不变.由I2 得I2增大，即电流表A2的读数增大，变压器的输出功率变大.由U1I1U2I2可知，I1变大，即电流表A1的读数也变大，选项B正确.,1.自耦变压器 铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图5所示.,四、自耦变压器和互感器,图5,2.互感器 交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流. 互感器是利用变压器的原

12、理来测量高电压或大电流的仪器. (1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压.(如图6所示),图6,(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流.(如图7所示),图7,解析 题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确.,例4 (多选)图8甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是 A.线圈匝数n1n2，n3n4 C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路 D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路,图8,答

13、案,解析,1.电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路. 2.电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2. 3.电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数n1小于副线圈匝数n2.,例5 如图9所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0220 V，n02 200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、 1 100匝、2 200匝.电动机M的内阻r4 ，额定电压为U220 V，额定功率P110 W.下列判断正确的是 A.当选择挡位3时，电动机两端电压为110 V B.当挡位由3变

14、换到2时，电动机的功率增大 C.当选择挡位2时，电动机的热功率为1 W D.当选择挡位4时，电动机的输出功率为110 W,图9,答案,解析,解析 由电压与匝数的关系U0U3n0n3，解得U3110 V，A正确； 当挡位由3变换到2时，输出电压减小，电动机的功率减小，B错误； 在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I 0.5 A，热功率PrI2r1 W，输出功率为PPr(1101) W109 W，D错误； 当没有达到额定功率时，热功率小于1 W，C错误.,达标检测,1.(变压器的工作原理)(多选)理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是 A.每匝线圈中磁通量的变化率 B.交变电流的频

15、率 C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率 D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势,答案,1,2,3,4,2.(理想变压器基本关系的应用)(多选)如图10所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A.以下判断正确的是 A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1n2113,答案,解析,1,2,3,4,图10,解析 变压器的输入功率等于输出功率P1P2I2U22.

16、260 W 132 W，选项A错误；,1,2,3,4,3.(理想变压器的动态分析)如图11所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsin t，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器. 和 是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示； 和 是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是 A.I1和I2表示电流的平均值 B.U1和U2表示电压的最大值 C.滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D.滑片P向下滑动过程中，U2变小、I2变大,答案,解析,1,2,3,4,图11,解析 电路中的电压表和电流表表示的都是有效值，选项A、B错误.,1,2,3,4,4.(互感器)(多选)如图12所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220 V和10 A，已知甲图中原、副线圈匝数比为1001，乙图中原、副线圈匝数比为110，则 A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V B.甲图是电流互感器，输电电流是100 A C.乙图中的电表是电压表，输电电压为22 000 V D.乙图是电流互感器，输电电流是100 A,答案,解析,图12,1,2,3,4,1,2,3,4,题图甲是电压互感器，故B错误； 题图乙是电流互感器，电表是电流表，故C错误；,