2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 四 变压器课件 新人教版选修1-1

四、变压器情景导入学习目标预览汽车的内燃机是利用火花塞两极形成瞬时几千伏高电压产生电火花来点燃汽缸中的汽油、空气混合物的，原理如图所示，而汽车蓄电池的电压只有12V，那么火花塞是如何产生高电压的呢？1.了解变压器的构造，知道变压器为什么能够改变交变电流的电压．2.由实验探究总结变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系．3.了解几种常见的变压器类型及其应用.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升[课时作业]一、变压器的结构及作用1．结构：闭合和绕在铁芯上的两个．在使用变压器时，变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫作，也叫，另一个线圈跟下一级电路连接，叫作，也叫．2．作用：能改变交变电流的，不改变交变电流的周期和频率．铁芯线圈原线圈初级线圈副线圈次级线圈电压二、理想变压器两个线圈的电压、电流、电功率的关系1．变压比公式：U1∶U2＝.2．变流比公式：I1∶I2＝(只适用于一个副线圈)．3．功率关系：P1＝(理想变压器)．n1∶n2n2∶n1P2[试做]利用变压器将220V的交流电变为55V，如果原线圈为2200匝，则副线圈应为______匝．解析：根据变压比公式U1U2＝n1n2代入数据可得220V55V＝2200n2，求得n2＝550.答案：550三、变压器为什么能改变电压现象是变压器的工作基础．当原线圈中的电流变化时，在铁芯中就会产生变化的，就会引起副线圈中的变化，从而产生．电磁感应磁场磁通量电动势[思考]变压器能改变恒定电流的电压吗？提示：不能．因为若通过原线圈的电流为恒定电流，则它在铁芯中激发的磁场为恒定磁场，这时穿过副线圈的磁通量不变，因此无法产生感应电动势，即变压器不能改变恒定电流的电压.要点一变压器的原理1．变压器的结构图如图甲所示，是由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成．图乙是变压器的符号．2．变压器的工作原理变压器工作原理的物理过程示意图如图所示．原线圈上加交流电压U1产生交变电流，铁芯中产生交变磁场，即产生交变磁通量，在副线圈中产生交变电动势U2.当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电．由于铁芯闭合，在不考虑铁芯漏磁的情况下，穿过原、副线圈每匝线圈的磁通量及其变化率均相同，因此，在原线圈上所加的交流电压值与原线圈匝数不变的情况下，副线圈上产生的交变电压与副线圈的匝数成正比．这样，可以通过绕制不同匝数的副线圈来得到各种数值的交变电动势，从而改变了交变电流的电压．要强调的是，从能量转换角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化成电能的装置．[例1]变压器的副线圈与原线圈之间，并没有导线连接，但在副线圈内却产生了电动势，使得与副线圈相连的灯泡发光．对于其中的原因正确的解释是()A．原线圈中通以交流电时，在副线圈中产生变化的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势B．原线圈中通以直流电时，在副线圈中产生恒定的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势C．原线圈中通交流电时，在副线圈中产生恒定的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势D．原线圈中通直流电时，在副线圈中产生变化的磁通量，因而在副线圈的两端形成感应电动势[解析]在副线圈中灯泡发光是因为副线圈发生电磁感应现象产生了感应电动势，原线圈中通交流电，在铁芯中产生了变化的磁场，这样副线圈中产生了变化的磁通量，在副线圈的两端产生了感应电动势．[答案]A1．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Φ变化，选项A错误；因理想变压器无漏磁，故选项B错误；由互感现象知选项C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁联系在一起，故选项D错误．答案：C要点二理想变压器原、副线圈基本量的关系功率关系P入＝P出电压关系U1U2＝n1n2，与负载、副线圈的多少无关基本关系频率关系f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)因果关系(n1和n2不变时)(1)由U2＝n2n1U1可知U1决定U2，即原线圈两端电压决定副线圈两端的电压(2)由P入＝P出可知输出功率决定输入功率，功率按需分配[例2]变压器原线圈匝数n1＝1000，副线圈匝数n2＝50，原线圈的交变电压U1＝220V，原线圈的交变电流I1＝0.02A，求：(1)副线圈的交变电压U2；(2)副线圈的交变电流I2.[思路点拨]根据公式U1U2＝n1n2及I1I2＝n2n1计算．[解析](1)由U1U2＝n1n2得U2＝U1n2n1＝220×501000V＝11V.(2)因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2I2＝U1I1U2＝n1n2I1＝100050×0.02A＝0.4A.[答案](1)11V(2)0.4A(1)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．(2)变压器高压线圈匝数多而导线细，低压线圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的方法．2．将输入电压为220V、输出电压为6V、副线圈有30匝的理想变压器改绕成输出电压为30V的变压器，原线圈匝数不变，则副线圈新增绕的匝数为()A．120匝B．150匝C．180匝D．220匝解析：根据变压器原理有U2n2＝U2′n2′，则有U2n2＝ΔU2Δn2，即630＝30－6Δn2，Δn2＝120匝．答案：A[随堂训练]1．(多选)理想变压器原、副线圈两侧一定相同的物理量有()A．交变电流的频率B．交变电流的功率C．磁通量的变化率D．交变电流的最大值解析：变压器可以改变交变电流的电压、电流，但不改变交变电流的频率、功率和磁通量的变化率．答案：ABC2．(多选)下列关于理想变压器的说法，正确的是()A．输入功率等于输出功率B．输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能C．输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能D．输送的电能经变压器的铁芯直接传输出去解析：从能量的转化来看，由于过程中有电磁感应现象出现，所以会存在“磁生电”的过程，这里的“磁”就是指原线圈中产生的变化磁场，这样在副线圈中就产生了电磁感应现象，从而副线圈产生电能，所以A、B项正确．答案：AB3．(多选)如图所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是()A．图中M是闭合的铁芯B．发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出C．电流以铁芯为通路，从一个线圈流到另一个线圈D．变压器是根据电磁感应原理工作的解析：由题意知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端，接发电机，Ⅰ为输出端，B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以C项错．答案：AD4．(多选)如图所示，一理想变压器的原线圈匝数n1＝1000匝，副线圈匝数n2＝200匝，交流电源的电动势e＝311sin100πtV，电阻R＝88Ω.电流表和电压表对电路的影响可忽略不计．下列说法正确的是()A．A1的示数约为0.10AB．V1的示数约为311VC．A2的示数约为0.75AD．V2的示数约为44V解析：由题意知Em＝311V，所以U1＝Um2＝Em2＝220V．根据电压比U1U2＝n1n2，得U2＝n2n1U1＝15×220V＝44V，所以I2＝U2R＝4488A＝0.5A．又I1I2＝n2n1，所以I1＝n2n1I2＝15×0.5A＝0.1A．故正确答案为A、D.答案：AD5．对理想变压器判断正确的是()A．高压线圈匝数多，电流大B．高压线圈匝数少，电流小C．低压线圈匝数少，电流大D．低压线圈匝数少，电流小解析：由U1U2＝n1n2得，匝数越多，电压越高；对理想变压器，P入＝P出，U1I1＝U2I2，所以U1U2＝I2I1＝n1n2，电流与匝数成反比，故选项C对．答案：C6.一台理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，如图所示．(1)当原线圈接在44V直流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A.(2)当原线圈接在220V交流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A．此时输入功率为________W，变压器效率为________．解析：(1)由变压器的工作原理知，变压器不能改变直流电压，故电压表示数、电流表示数均为零．(2)由U1U2＝n1n2得：U2＝U1n2n1＝220×4402200V＝44V.I2＝U2R＝44100A＝0.44A.P入＝P出＝I2U2＝0.44×44W＝19.36W.效率η＝P出P入×100%＝19.36W19.36W×100%＝100%.答案：(1)00(2)440.4419.36100%