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1、最新沪科版高中物理选修（3-2）第 3 章第 2 节变压器为什么能改变电压电能的开发与利用学案变压器为什么能改变电压电能的开发与利用学习目标定位 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.4.了解我国电能开发与利用的现状及前景1当一个线圈中的电流变化时,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,称为互感利用互感现象 ,可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈2电流在一段电路上做功的功率P 等于电流I 与这段电路两端的电压U 的乘积 ,即 PUI .一、变压器1变压器
2、主要由铁心和绕在铁心上的线圈两部分组成接电源的线圈叫原线圈(或初级线圈 ),接负载的线圈叫副线圈(或次级线圈 )2变压器工作的基本原理是电磁感应二、探究变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系1理想变压器的输入电压跟输出电压之比,等于它的原、副线圈匝数之比公式：U 1U 2n1.n22理想变压器原、副线圈电路中的电流之比,与原、副线圈的匝数成反比公式：I 1I 2n2.n11 / 18三、常见的变压器常见的变压器有：电力变压器、自耦变压器、互感器、电源变压器等四、电能的开发与利用的前景新能源主要有：太阳能、核能、风能、地热能、海浪能、潮汐能等.2 / 18一、变压器的原理及电压与匝数的关系问题设
3、计 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁心上,一个线圈通过开关连到交流电源的两端 ,另一个线圈连到小灯泡上( 如图 1 所示 )图 1(1)小灯泡能发光吗？为什么？(2)若小灯泡发光,那么小灯泡两端电压与什么因素有关？(3)若将原线圈接到恒定的直流电源上,小灯泡亮不亮？分析讨论原因答案 (1) 能发光 ,当左边线圈加上交变电压时,左边线圈中就有交变电流,它在铁心中产生周期性变化的磁场 ,根据法拉第电磁感应定律知, 在左、右线圈中都要产生感应电动势,右线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光(2) 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 E1 n1；ttE1n1,
4、则有 E1 E,这样看来若右边匝数为 n2,则 E2 n2t ,故有 E2 n2；若忽略左边线圈的电阻电源小灯泡两端电压与左侧交流电源电动势及两线圈匝数比n1都有关系n2(3) 不亮原线圈接到恒定直流电源上,通过原线圈的电流的大小、方向均不变,它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变,因此在副线圈中不会产生感应电动势,副线圈两端没有电压 ,所以小灯泡不亮要点提炼 1互感现象是变压器的工作基础因此变压器只对变化的电流起作用, 对恒定电流不起作用 (后两空填“变化”或“恒定”)2变压器不能(填“能”或“不能”)改变交变电流的频率3变压器中的电压关系：3 / 18(1)只有一个副线圈：U 1 n1.U 2
5、 n2(2)有多个副线圈：U1 U 2U 3n1n2 n34原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载(2)副线圈在其所处回路中充当电源二、理想变压器中的功率及电流关系问题设计 1 什么是理想变压器？理想变压器输入与输出功率有什么关系？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 入 P 出2 若只有一个副线圈,原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？答案由能量守恒定律 ,有 P 入 P 出 ,即 U1I 1 U2I 2.I1U2 n2所以 I2 U1 n1.3 若
6、有多个副线圈时,电流与匝数间的关系是什么？答案若有多个副线圈P1 P2 P3 ,即 U1I 1U 2I 2U 3I3将 U1 U 2U 3 n1 n2 n3代入得n1I1n2I 2 n3I 3要点提炼 1理想变压器的特点：(1)变压器铁心内无漏磁；无发热损失(2)原、副线圈不计内阻,即无能量损失实际变压器 (特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器2功率关系： P 入 P 出3电流关系：(1)若只有一个副线圈,有 I1 U1 I2U 2,即I 1n2.I 2n1(2)当有多个副线圈时I 1U1I 2U2 I 3U3得 I1n1 I2 n2 I3n3三、几种常见的变压器4 / 181自耦变压器如
7、图2 所示 ,铁心上只绕有一个线圈,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图 2规律U 1n1I1n2n2.U 2I2n12电压互感器(1)构造：小型降压变压器,如图 3甲所示(2) 接法：原线圈并联在高压电路中,副线圈上接入交流电压表；为了安全, 电压互感器的铁壳和副线圈应接地(3)作用：将高电压变成低电压,通过测量低电压 ,计算出高压电路中的电压图 33电流互感器(1)构造：小型升压变压器,如图乙所示(2)接法：原线圈串联在被测电路中,副线圈上接入交流电流表；如果被测电路是高压电路,为了安全 ,电流互感器的外壳和副线圈应接地(3)作用：将大电流变成小
8、电流,通过测量小电流,计算出被测电路中的大电流四、理想变压器中各量的制约关系和动态分析1变压器工作时的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1U1 决定输出电压 U2,)一定时 ,输入电压n2即 U 2n2U1.n1(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(n1) 一定 ,且输入电压U1 确定时 ,副线圈中n25 / 18的输出电流 I 2 决定原线圈中的电流 I1,即 I 1n2I 21.n2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
9、数比不变 ,负载电阻变化 ,进行动态分析的顺序是R I 2P 出 P 入 I1 ；(2)负载电阻不变 ,匝数比变化进行动态分析的顺序是n1、 n2 U2I 2 P 出 P 入 I 1.一、对变压器的原理的理解例 1关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是()A 通过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心流到了副线圈解析B I,由于面积S 不变 ,故 I,A 错误因理想变压器无漏磁,故 B、 C 正确原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,故 D 错答案BC二、理想变压器基本规律的应用
10、例 2理想变压器连接电路如图4 甲所示 ,已知原、副线圈匝数比为10 1,当输入电压波形如图乙时 ,电流表读数为2 A, 则 ()图 4A 电压表读数为 282 VB电压表读数为 28.2 VC输入功率为 56.4 WD输入功率为 40 W解析 由题图乙可知 ,Um 282 V, 则输入电压有效值U1 U m 200 V 根据 U1 n1知 ,U 22U2 n220 V,再根据 I 1n2知,I 1 0.2 A,输入功率 P U1I 1 40 W,故 A 、B 、 C 错 ,D 正确I 2 n1答案 D三、常见的变压器例 3 普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感6 / 18器来连接 ,图 5 中电流互感器ab 一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd 一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则 ()图 5A ab 接Bab 接
