人教新课标高中物理选修3-2 5.4变压器课件(46张ppt)

第五章交变电流第四节变压器•1．了解变压器的构造，理解变压器的工作原理．•2．理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题．(重点＋难点)•3．了解电压互感器和电流互感器．•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，与连接的线圈叫原线圈，与连接的线圈叫副线圈．电源负载•2．原理•现象是变压器的工作基础．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，变化的在副线圈中产生．•3．作用•改变交变电流的，不改变交变电流的和．互感磁场磁场感应电动势电压周期频率•为什么恒定电流不能利用变压器变压？•提示：互感现象是变压器的工作基础，而恒定电流产生恒定磁场，不会产生互感现象，所以无法改变电压．二、理想变压器电压与匝数的关系1．理想变压器：没有的变压器．2．电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的；即U1U2＝_____.3．两类变压器：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．能量损失升压降压匝数之比n1n2•三、互感器•1．电压互感器：用来把电压变成电压，原线圈在高压电路上．•2．电流互感器：用来把电流变成电流，原线圈在被测电路中．高低并大小串•一、理想变压器的基本规律•1．理想变压器的特点•(1)变压器铁芯内无漏磁．•(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热．•2．理想变压器原、副线圈物理量之间的关系理想变压器①没有能量损失(铜损、铁损)②没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入＝P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，公式：U1/U2＝n1/n2，与负载、副线圈的多少无关电流关系①只有一个副线圈时：I1/I2＝n2/n1②有多个副线圈时：由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn频率关系f1＝f2(变压器不改变交流电的频率)•【温馨提示】(1)变压器可以改变交变电流的电压，不能改变交变电流的周期和频率．•(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系，对于某时刻的瞬时值其关系不成立．•(3)变压器高电压线圈匝数多而导线细，低电压线圈匝数少而导线粗，这是区别高、低电压线圈的方法．(4)据U1U2＝n1n2知，当n2＞n1时，U2＞U1，这种变压器称为升压变压器；当n2＜n1时，U2＜U1，这种变压器称为降压变压器．(5)对于公式U1U2＝n1n2，无论副线圈一端是空载还是负载；此公式都是适用的，当有多个副线圈时，电流之比与匝数成反比这一结论不再成立．•二、变压器工作时的制约关系及变压器的动态分析•1．电压制约•当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2U1/n1，可简述为“原制约副”．•2．电流制约•当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1，可简述为“副制约原”．•3．负载制约•(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；•(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2决定，I2＝P2/U2；•(3)总功率P入＝P线＋P2.•即变压器的输入功率是由输出功率决定的．•4．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•R→I2→P2→P1→I1.•(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、n2→U2→I2→P2→P1→I1.•【温馨提示】(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率．•(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．•三、常见的变压器•1．自耦变压器•如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．•2．电压互感器•(1)构造：小型降压变压器，如图所示．•(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地．•(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．•3．电流互感器•(1)构造：小型升压变压器，如图所示．•(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表；为了安全，外壳和副线圈应接地．•(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．•如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则•理想变压器基本规律的应用A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝1102V，I＝0.2AD．U＝1102V，I＝0.22A思路点拨：解析：解法一：灯泡正常发光说明输出电压U2＝220V，根据P＝U2I2得I2＝0.1A，根据U1U2＝n1n2得U1＝110V，根据I1I2＝n2n1得I1＝0.2A，所以A正确．解法二：灯泡正常发光，说明输出电压U2＝220V，根据U1U2＝n1n2得U1＝110V，根据P入＝P出＝U1I1得I1＝0.2A，所以A正确．答案：A•【题后总结】(1)变压器的输入功率取决于输出功率，即用多少给多少．同理输入电流取决于输出电流，若副线圈空载，输出电流为零，输出功率为零，则输入电流为零，输入功率为零．•(2)变压器能改变交流电压、交流电流，但不能改变功率和交变电流的频率，输入功率总等于输出功率，副线圈中交变电流的频率总等于原线圈中交变电流的频率．•【针对训练】1.如图所示，一只理想变压器原线圈与频率为50Hz的正弦交流电源相连，两个阻值均为20Ω的电阻串联后接在副线圈的两端．图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原副线圈分别为200匝和100匝，电压表的示数为5V．则()A．电流表的读数为0.5AB．流过电阻的交变电流的频率为100HzC．交流电源的输出电压的最大值为202VD．交流电源的输出功率为2.5W解析：本题考查变压器的原理和应用．副线圈中电流I2＝UR＝520A＝0.25A，则原线圈中电流I1＝n2n1I2＝12×0.25A＝0.125A，A错；变压器不能改变交变电流的频率，流过R的交变电流频率也为50Hz，故B错；副线两端电压U2＝2U＝10V，原线圈两端电压有效值U1＝n1n2U2＝20V，最大值U1m＝202V，C对；输出功率P2＝2I22R＝2×(0.25)2×20W＝2.5W，D对．答案：CD•如图所示，有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上，副线圈电路中接入三个电阻R1、R2、R3，各交流电表的内阻对电路的影响不计，当开关S闭合时，各电表的示数变化情况是•A．电流表A1示数变大•B．电流表A2示数变大•C．电压表V1示数变小•D．电压表V2示数变大•理想变压器的动态分析•思路点拨：开关闭合后副线圈中的电阻变化，导致电流变化，结合原副线圈中的电流、电压与匝数的关系分析原线圈中电流与副线圈两端电压．•解析：开关S闭合后，R2、R3并联后电阻变小，故V2变小，D错误；副线圈两端的电压由原副线圈及u1决定，故u2不变，即V1不变，所以C错误；副线圈中的总电阻减小，u2不变，可知A2变大，所以B正确；原副线圈匝数一定，所以A1变大，故A正确．•答案：AB•【题后总结】处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定，I1由I2和匝数比决定．•【针对训练】2.某同学自制变压器，原线圈为n1匝，在做副线圈时，将导线ab对折后并在一起，在铁芯上绕n2圈，从导线对折处引出一个接头c，连成如图所示电路．S为单刀双掷开关，线圈电阻不计，原线圈接u1＝Umsinωt的交流电源．下列说法正确的是()A．S接b时，电压表示数为2n2Umn1B．S接c时，电压表示数为2n2Um2n1C．S接c时，滑动触头P向下移动，变压器输入功率变大D．S接c时，滑动触头P向上移动，变压器输入电流变大解析：S接b时，双线圈的n2内产生的感应电动势方向相反，大小相等，n2无输出电压，A错．S接c时，只用了a、c中的线圈，b、c部分线圈不起作用，由变压器原理U2＝n2n1·Um2＝2n2Um2n1，即电压表示数为2n2Um2n1，B对．S接c时副线圈两端电压U2不变，P向上滑，电阻减小，副线圈中的电流I2增大，由I1I2＝n2n1知I1亦增大，C错，D对．答案：BD•生活生产中常见的变压器•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n1＜n2，n3＜n4•B．线圈匝数n1＞n2，n3＜n4•C．甲图中的电表是电压表，输出端不可以短路•D．乙图中的电表是电流表，输出端不可以断路•解析：题图甲中原线圈并联在电路中，应为电压互感器，为降压变压器，n1＞n2，甲图中的电表为电压表；乙图中原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3＜n4，乙图中电表为电流表，故选项B、C、D正确．•答案：BCD•【针对训练】3.如图所示，L1和L2是输电线，用电压互感器和电流互感器测输电功率．若已知甲的两线圈匝数比为50∶1，乙的两线圈匝数比为1∶20，并且已知加在电压表两端的电压为220V，通过电流表的电流为5A，则以下说法正确的是()•A．甲是电压互感器，乙是电流互感器•B．乙是电压互感器，甲是电流互感器•C．输电线的输送功率为1.21×107W•D．输电线的输送功率为1.1×106W解析：电压互感器并联在电路中，电流互感器串联在电路中，故甲是电压互感器，乙是电流互感器，A对，B错；由U1∶U2＝n1∶n2得U1＝220×50V＝1.1×104V；由I1I2＝n2n1得I1＝1.0×102A．故输送功率P＝I1U1＝1.1×106W，D对．答案：AD•误区一：不能正确理解变压器变压条件•【典型例题】1.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连组成闭合回路．当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，电流表A1的读数为12mA，那么电流表A2的读数为•A．0B．3mA•C．48mAD．与R大小有关•解析：导线AB切割磁感线产生的感应电动势为E感＝Blv.由于B、l、v三个量均不变，故感应电动势为一定值．因此原线圈两端的电压恒定，原线圈中电流恒为12mA.变压器原、副线圈中无法发生互感现象，副线圈输出电压应为零，故电流表A2的读数为零，选A.•答案：A【误区警示】本题易错选C.根据电流比I1I2＝n2n1，所以电流表A2的读数应为I2＝I1n1n2＝12×4mA＝48mA，选C.错解的原因是忽视了变压器变压与交流的原理，即电磁互感现象．当原线圈中电流为直线时，副线圈中无法产生感应电动势，故变压器只能变交流，而无法变直流．•误区二：对理想变压器的基本关系式理解不正确•【典型例题】2.收音机的变压器的初级线圈有1210匝，接在U1＝220V的交流电源上，变压器有两个次级线圈．次级线圈Ⅱ的匝数为35匝，次级线圈Ⅲ的匝数是1925匝．如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈Ⅱ的电流是0.3A时，初级线圈的电流I1＝0.114A．求线圈Ⅲ中电流和输出电压(电流的计算结果保留3位有效数字)．解析：U2＝n2n1U1＝351210×220V＝6.36VU3＝n3n1U1＝19251210×220V＝350V不计变压器自身的能量损耗，由能量转化和守恒定律P1＝P2＋P3I1U1＝I2U2＋I3U3I3＝I1U1－