《2018物理人教选修3-2课件：第5章交变电流 4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018物理人教选修3-2课件：第5章交变电流 4（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 交变电流,4变压器,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,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,1,一、变压器的原理及电压与匝数的关系,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.,图1,答案,(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？,当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变
2、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.,左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率 都相同，若左边匝数为n1，则U1E1n1 .若右边匝数为n2，则U2E2n2 ，故有 ；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.,(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？,答案,变压器的工作原理及电压与匝数的关系： (1) 是变压器工作的基础.因此变压器只对 的电流起作用，对 电流不起作用.(后两空填“变化”或“恒定”) (2)变压器中的电压与匝数的
3、关系： 只有一个副线圈： . 有多个副线圈： ,互感现象,恒定,变化,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.(),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？,二、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系,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
4、率等于输出功率，即P入P出.,答案,由能量守恒有P入P出，即U1I1U2I2.,(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,若有多个副线圈，则P1P2P3， 即U1I1U2I2U3I3 将U1U2U3n1n2n3代入得 n1I1n2I2n3I3,(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,变压器原、副线圈中功率关系和电流关系： (1)功率关系：P入P出，即 . (2)电流关系：只有一个副线圈时， . 有多个副线圈时： .,U1I1U2I2,n1I1n2I2n3I3,一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
5、电流.已知两个线圈的匝数比为401，则变压器原线圈中的电流为_，副线圈中的输出电压为_，输出功率为_.,5 A,250 V,50 kW,由理想变压器功率关系，得P入P出U1I1U2I2250200 W50 kW.,答案,解析,2,题型探究,一、理想变压器基本关系的应用,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 .,例1如图2所示，理想
6、变压器原、副线圈匝数比为201，两个标有“12 V6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是,A.120 V ， 0.10 A B.240 V ， 0.025 A C.120 V ， 0.05 A D.240 V ， 0.05 A,答案,解析,图2,灯泡正常工作，副线圈两端的电压U212 V，副线圈中的电流I22 A 1 A，根据匝数比得原线圈中的电流I1 I20.05 A，原线圈两端的电压U120U2240 V，选项D正确.,例2 (多选)如图3所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q
7、来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则,二、理想变压器的动态分析,图3,A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小,答案,解析,Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P 可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由PU1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确； 当P位置不动，Q上滑时，由 知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，
8、故C正确，D错误.,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. (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.,三、几种常见的变压器,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4所示.,图4,2.互感器 交流电压表和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理来测量高电压或大电流的仪器. (1)电压互感
9、器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压.(如图5所示),图5,(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6所示),图6,例3(多选)图7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7,答案,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，题图甲中的电表为电压表；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，题图乙中的电表为电流表，故选项C、D正确.,1.电压互感器应并联接入电路；电流互
10、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4一自耦变压器如图8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,图8,A.U2U1，U2降低 B.U2U1，U2升高 C.U2U1，U2降低 D.U2U1，U2升高,答案,解析,由 ，n1n2知U2U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则
11、U2降低，C项正确.,达标检测,3,1.(多选)如图9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9,1,2,3,甲图是电压互感器，故B错误； 乙图是电流互感器，电表是电流表，故C错误； 只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比 ，有I1 I2 10 A100 A，故D正确.,1,3
12、,2,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,2.如图10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,答案,图10,解析,1,2,3,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. 滑片P向下滑动过程中，接入电路中的电阻变小，U2不变、I1变大，故C正确，D错误.,1,2,3,A.变压器输入、输出功率之比为
13、41 B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为14 C.u随t变化的规律为u51sin (50t) V D.若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大,3.(多选)如图11(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为41，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压u 随时间t按正弦规律变化，如 图(b)所示.下列说法正确的是,图11,解析,答案,1,3,2,由题意，变压器是理想变压器，故变压器输入、输出功率之比为11，故A错误； 变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即 ，故选项B正确； 由题图(b)可知交流电压最大值Um51 V，周期T0.02 s，可由周期求出角速度的值为100 rad/s，则可得交流电压u随t变化的规律为u51sin (100t) V，故选项C错误； RT处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确.,1,3,2,
