高中物理：3.2、3.3《变压器为什么能改变电压》《电能的开发与利用》课件（人教版选修3－2）

欢迎进入物理课堂 3 2 3 3变压器为什么能改变电压电能的开发与利用 1 了解变压器的构造及工作原理 掌握理想变压器的电压 电流与匝数间关系 2 掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题 3 通过观察演示实验 培养学生物理观察能力和正确读数的习惯 4 了解三相交变电流星形接法和三角形接法 从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同 可我们国家民用统一供电均为220V 那这些元件是如何正常工作的呢 想一想 大型发电机发出的交流电压达几万伏 远距离输电却需要高达几十万伏的电压 各种用电设备所需电压又各不相同 电灯 电饭煲 洗衣机等家用电器需要220伏电压 机床上照明灯需要36伏电压 一般半导体收音机电源电压不超过10伏 而电视机显像管却需要10000V以上电压 交流便于改变电压 以适应各种不同的需要 变压器就是改变交流电压的设备 城乡变压器 各式变压器 实验室里使用的变压器 形形色色的变压器 请同学观察实物并回答变压器由哪些部分组成的 一 变压器的构造 组成 1 闭合铁芯 由极薄彼此绝缘的硅钢片叠压而成 2 原线圈 初级线圈 与电源连接 其匝数用n1表示 输入电压 U1 3 副线圈 次级线圈 与负载连接 其匝数用n2表示 输出电压 U2 问题 1 变压器副线圈和原线圈电路是否相通 2 变压器原副线圈不相通 那么在给原线圈接交变电压U1后 副线圈电压U2是怎样产生的 2 电路图中符号 二 变压器的工作原理 原副线圈都是用绝缘导线绕成 原副线圈彼此间没有直接关系 但闭合铁芯使原副线圈发生了联系 原线圈输入交变电压 则原线圈中就有交变电流 请同学们思考铁芯闭合与没有闭合两种情况的磁感线分布图 当铁芯闭合 原线圈产生的磁感线几乎全部分布在铁芯内部 当铁芯不闭合副线圈通过的磁通量减少 由于原线圈中通的是交变电流 因而铁芯中的磁通量是变化的 这样副线圈两端就会有电压 为什么 互感现象 变压器工作原理 感应电动势大小与磁通量变化快慢有关 那副线圈的磁通量变化均匀吗 如果通过原线圈的磁通量均匀变化时 线圈中产生的感应电动势大小不变 副线圈中的磁通量做周期性变化 所以U2为交变电压 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了电能 U1 I1 到磁场能 变化的磁场 再到电能 U2 I2 转化 互感现象 在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了 电能 磁场能 电能转化 U1 I1 变化的磁场 U2 I2 思考 若给原线圈接直流电压U1 副线圈电压U2是多少 提示 U2 0 闭合铁芯实现了电能 磁场能 电能的转换 由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯 使能量在转换过程中损失很小 为了便于研究 物理学中引入了一种理想化模型 理想变压器 即略去原 副线圈中的电阻和各种电磁能损失的变压器 下面我们定量分析理想变压器的变压规律 三 理想变压器的变压规律 原 副线圈中产生的感应电动势分别是 由此可得 U2 E2 若不考虑原副线圈的内阻 U1 E1 所以 1 理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比 n2 n1U2 U1 升压变压器 n2 n1U2 U1 降压变压器 2 理想变压器输出功率应等于输入功率 即 或者I1U1 I2U2 3 理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比 P入 P出 四 理想变压器的变流规律 此公式只适用于一个副线圈的变压器 变压器工作时 高压线圈匝数多而通过的电流小 可用较细的导线绕制 低压线圈匝数少而通过的电流大 应当用较粗的导线绕制 这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法 如果变压器有多个副线圈 那么以上公式还能用吗 请思考 案例一 一台理想变压器原线圈的匝数为1100匝 与220V的电源相连 副线圈接入11盏并联的36V 60W的灯泡并能够正常发光 则 1 该变压器副线圈的匝数和原线圈中的电流是多少 2 若关闭5盏灯 原线圈中的电流是多少 n2 180 3A 所以 解析 1 2 关闭5盏灯后P输入 6P灯 360W由P UI知 答案 1 180匝3A 2 输入输出电压 电流 功率大小之间的因果关系 I2U2 输入电压U1和变压比n1 n2决定输出电压的大小 输出电压和用电器电阻决定输出电流I2的大小 输出电流和变压比决定输入电流I1的大小 输出功率决定输入功率的大小 相同 五 几种常用变压器 1 自耦变压器 问题 有没有只用一组线圈来实现变压的变压器 2 互感器 使用时把原线圈与电路并联 原线圈匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串联 原线圈匝数少于副线圈匝数 六 三相交变电流的星形接法和三角形接法 图a是三相交变电流电路中三相四线制星形连接 图b是三相交变电流电路中三相三线制三角形连接 你知道这两处连接方式的电源相电压和线电压的关系吗 相电流和线电流的关系又是怎样的呢 图b 图a 1 常用的两种连接方式三相四线制星形接法 三相三线制三角形接法 2 线电压和相电压 1 线电压 火线与火线之间的电压 一般为380V 2 相电压 火线与中线之间的电压 一般为220V 3 两者关系 在星形接法中U线 U相 1 理想变压器的原线圈和副线圈匝数之比为2 1 如果将原线圈接在6V的电池组上 稳定后副线圈电压是 A 12VB 3VC 0VD 无法判断 C 2 一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝 与220V的电源相连 当副线圈接入额定电压为36V的灯泡时 能够正常发光 则变压器副线圈的匝数为 A 36匝B 72匝C 720匝D 1440匝 C 3 理想变压器原 副线圈的匝数比n1 n2 4 1 当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时 图中电流表A1的示数为12mA 则电流表A2的示数为 A 3mAB 0C 48mAD 与负载R的值有关 B 4 一理想变压器 其原线圈为2200匝 副线圈为440匝 并接一个100 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交变电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 此时输入功率为 W 0 0 44 0 44 19 36 5 如图所示 一理想变压器原 副线圈的匝数比为n1 n2 3 1 有四只相同的灯泡连入电路中 若灯泡L2 L3 L4均能正常发光 则灯泡L1 A 也能正常发光B 较另三个灯暗些C 将会烧坏D 不能确定 A 6 钳形电流表的外形和结构如图 所示 图 中电流表的读数为1 2A 图 b 中用同一电缆线绕了3匝 则 A 这种电流表能测直流电流 图 b 的读数为2 4AB 这种电流表能测交流电流 图 b 的读数为0 4AC 这种电流表能测交流电流 图 b 的读数为3 6AD 这种电流表既能测直流电流 又能测交流电流 图 b 的读数为3 6A 答案 C 由P入 P出得出 1 变压器的结构和工作原理2 理想变压器的理想化模型及功率传输规律3 理想变压器的变压和变流规律 智慧只在于一件事 就是认识那善于驾驭一切的思想 赫拉克利特 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全