1、,第五章交变电流,4变压器,学科素养与目标要求,物理观念：,1.了解变压器的构造及几种常见的变压器. 2.理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释.,科学思维：,1.理想化方法构建变压器模型. 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.,科学探究：,了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程，分析现象得出探究结果.,NEIRONGSUOYIN,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,1.构造：由 和绕在铁芯上的两个
2、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 .,一、变压器的原理,闭合铁芯,原线圈,副线圈,互感,磁场,感应电动势,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.,二、电压与匝数的关系,能量损失,电压
3、之比,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.(),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,重点探究,一、变压器的原理及电压与匝数的关系,如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，
4、一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，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？,导学探究,答案当左边线圈接上交流电源时，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，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.,(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？,(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？,答案不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势.,1.变压器的原理是互感现象.当原线圈接交
5、变电压时，在铁芯中产生周期性变化的磁场，在副线圈中会产生感应电动势，由于原、副线圈绕在同一个闭合铁芯上，所以穿过每一匝线圈的磁通量的变化率相等，但由于原、副线圈匝数不同，故电压不同. 说明：(1)变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变恒定电压、恒定电流. (2)变压器原、副线圈中交流电的频率相等，即变压器不改变交流电的频率. 2.变压器原、副线圈中电压关系,知识深化,例1(多选)如图1所示的理想变压器，原、副线圈的匝数比n1n212，U1220 sin t (V)，n11 100匝，以下说法中正确的是 图1 A.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为12 B.穿过原、副线圈磁通量的变化率的最
6、大值相等，均为 V C.原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2 V D.原、副线圈电压的最大值之比为12,解析对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过两个线圈的磁通量大小相等，磁通量的变化率相同，A错误.,由于匝数比为12，所以原、副线圈电压最大值之比也为12，D正确.,二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系,阅读教材回答下列三个问题： (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？,导学探究,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
7、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.,答案若有多个副线圈，则P1P2P3， 即U1I1U2I2U3I3 将U1U2U3n1n2n3代入得 n1I1n2I2n3I3,1.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，即P入P出. 2.电流关系 (1)只有一个副线圈时，由U1I1U2I2，得：n1I1n2I2，即 . (2)当有多个副线圈时，由I1U1I2U2I3U3得：n1I1n2I2n3I3.,知识深化,例2(多选)如图2
8、所示，一理想变压器的原线圈匝数为n11 100匝，接电压U1220 V的交变电流，副线圈接“20 V10 W”的灯泡，灯泡正常发光，可知 A.副线圈的匝数n2200匝 B.副线圈中的电流I20.5 A C.原线圈中的输入功率为10 W D.原线圈中的电流I10.1 A,图2,理想变压器的原、副线圈的功率相等，所以原线圈的输入功率为10 W，C正确；,三、自耦变压器和互感器,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3所示. 图3,2.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
9、. 互感器是利用变压器的原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4所示).电压互感器应并联接入电路. (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5所示).电流互感器应串联接入电路. 图4 图5,例3(多选)图6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6,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
10、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4一自耦变压器如图7所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中 A.U2U1，U2降低 B.U2U1，U2升高 C.U2U1，U2降低 D.U2U1，U2升高,图7,四、理想变压器的动态分析,1.电压、电流、功率的制约关系,(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.,2.对理想变压器进行动态分析的两种
11、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. (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5(多选)(2018孝感市八校联盟高二下学期期末联考)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图8所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则 图8 A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小 B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的
12、读数变大 C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大 D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小,解析在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定.因此Q位置不变时，输出电压不变，此时P向上滑动，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小，输入电流也减小，故电流表的读数变小，故A正确，B错误. P位置不变，将Q向上滑动，则输出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故C正确，D错误.,针对训练(2018三明市高二下学期期末联考)如图9所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开
13、，当K接通时，以下说法正确的是 A.副线圈两端M、N的输出电压减小 B.副线圈输电线等效电阻R上的电压减小 C.通过灯泡L1的电流增大 D.原线圈中的电流增大,图9,当K接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I2变大，电阻R上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，B、C错误；,学科素养通过改变原、副线圈的匝数、滑动变阻器滑片的位置、开关闭合等方式分析理想变压器的动态问题，使学生进一步熟练掌握理想变压器的原理， 熟练掌握理想变压器原、副线圈中的电压、电流、功率关系： (一组副线圈)，P1P2，及U1决定U2、I2决定I1、P2决定P1等制约关系，培养了学生的综合分析能力，较好地
14、体现了“科学思维”的学科素养.,达标检测,1.(变压器的工作原理)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.,1,2,3,4,2.(理想变压器基本关系的应用)如图10所示，理想变压器原、副线圈
15、匝数比n1n221， 和 均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB两端电压u112 sin 100t(V).下列说法正确的是 图10 A.电流频率为100 Hz B. 的读数为24 V C. 的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W,1,2,3,4,1,2,3,4,3.(互感器)(多选)如图11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 图11 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
16、V D.图示高压输送电路输入的总功率为2.2103 kW,1,2,3,4,1,2,3,4,题图乙中的原线圈串联在电路中，是电流互感器，电表是电流表，故C错误；,解析题图甲中的原线圈并联在电路中，是电压互感器，电表是电压表，故B错误；,4.(理想变压器的动态分析)(2016天津卷)如图12所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是 图12 A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大,1,2,3,4,解析当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确； 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误； 若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误.,1,2,3,4,
