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2013届高三物理一轮复习课件:第11讲 变压器为什么改变电压 (沪科版选修3-2).ppt

上传人:高**** 文档编号:484022 上传时间:2024-05-28 格式:PPT 页数:47 大小:1.02MB
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1、目标导航 1.知道变压器的构造及几种常见变压器,理解变压器的工作原理 2理解理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系,能应用它们分析解决有关 变压器问题(重点难点)3了解电能的优点及发展前景新知初探自学导引 一、变压器的构造和工作原理1.变压器的构造 闭合铁心和绕在铁心上的两个或多个线圈,与电源相连的线圈叫_,也叫初级线圈与负载相连的线圈叫_,也叫次级线圈两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的,铁心由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成,是用来改变交流电压的装置(单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲、乙、丙所示)原线圈副线圈2.工作原理变压器的变压原理是_如图所示,当原线圈上加交变电压 U1

2、时,原线圈中就有交变电流,并在铁心中产生交变的磁通量,在原、副线圈中都要产生_如果副线圈是闭合的,则副线圈将产生交变的_电磁感应感应电动势感应电流想一想1若在原线圈处通直流电,原、副线圈内有磁场吗?闭合的副线圈有感应电流吗?提示:有磁场,但因磁场不变,副线圈中无感应电流二、探究变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系 1.理想变压器没有_和发热损失的变压器,叫做理想变压器2.功率关系 由于理想变压器没有各种能量损失,所以变压器输出功率_输入功率,即:_漏磁等于P出P入3.电压、电流关系(一个副线圈)(1)电压变化规律为:U1U2_(2)电流变化规律为:I1I2_n1n2n2n1三、常见的变压器

3、1.电力变压器:用于_,有升压变压器和降压变压器,功率通常_电力网较大2.自耦变压器:只有一个线圈,金属触头沿线圈刮去了绝缘漆的一边滑动,就改变了_如调压变压器就是一种自耦变压器,如图所示3.互感器(1)电压互感器:用来把高电压变成低电压,副线圈比原线圈_,它的_并联在高压电路上,副线圈接入交流电压表,如图甲副线圈匝数匝数少原线圈(2)电流互感器:用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈_,原线圈_在被测电路中,副线圈接入交流电流表,如图乙匝数多串联4.电源变压器:不同用电器需要不同的电压,用电源变压器将_交流电压变到用电器所需的电压220 V想一想2根据两种互感器的作用特点,你能推知它们的匝数

4、之间的关系吗?提示:电压互感器是降压变压器,据U1U2n1n2知,n1n2;电流互感器是升压变压器,根据I3I4n4n3知,n3n4.四、能源的开发和利用1.电能能源家族的天之骄子热机和电动机分别是把_和_转换为机械能的动力装置,热机的效率_,电动机的效率_,电能是人类社会迄今为止应用最广泛、最方便的二次能源内能电能比较低比较高2.我国与世界各国电能开发利用的现状(1)我国主要是以_为主,约占全国总发电量的 71%,火力发电不利的因素是_,消耗的是一次性能源,不可再生(2)美、中、日三国发电情况比较:我国的发电量占第_位,但人均发电量要低得多火力发电污染严重二3.电能开发与利用的前景新 能 源

5、 主 要 有:_、_、_、地热能、海浪能、潮汐能等等比较而言,太阳能是最为理想的能源,卫生干净无公害核能备受争议,成本高和核污染是核电站的致命弱点太阳能核能风能学案导引1.变压器的电流是由原线圈流到副线圈的吗?2.变压器的基本关系是什么?能改变电流的频率吗?要点探究 讲练互动 理想变压器的原理及基本关系1.工作原理(1)原理:由于原、副线圈的互感现象,穿过理想变压器原、副线圈的磁通量始终相同,因而这两个线圈中每匝有相同的磁通量的变化率,即在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相等(2)电压关系:原、副线圈中产生的感应电动势E1、E2 跟其匝数 n1、n2 成正比E1n1 t,E2n2 t,所以E1

6、E2n1n2.在原线圈中,E1 起着阻碍电流变化的作用,跟加在原线圈两端的电压 U1 作用相反,不考虑线圈内阻,则 U1E1,副线圈相当于新电源,不考虑线圈内阻,副线圈两端电压 U2E2,于是有U1U2n1n2.2.理想变压器是实际变压器的近似理想变压器有三个特点:铁心封闭性好,无漏磁现象,即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量 都一样,每匝线圈中所产生感应电动势相等线圈绕组的电阻不计,无能损现象铁心中的电流不计,铁心不发热,无能损现象3.能量转换:变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置4.理想变压器的基本关系(1)输出功率等于输入功率,即 P入P出,U1I1U2I2;(2)原、副线

7、圈两端的电压跟匝数成正比:U1U2n1n2;(3)原、副线圈中的电流跟匝数成反比(仅限一个副线圈):I1I2n2n1;(4)原、副线圈的交变电流的周期 T 和频率 f 相同例1(2011高考新课标全国卷)如图,一理想变压器原副线圈的匝数比为 12;副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为 220 V,额定功率为 22 W;原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关,灯泡正常发光若用 U 和 I分别表示此时电压表和电流表的读数,则()AU110 V,I0.2 ABU110 V,I0.05 ACU110 2 V,I0.2 ADU110 2 V,I0.2 2 A【审题指导】解此题应注意三点:(1)变压器

8、原、副线圈电压、电流与匝数的关系;(2)灯泡正常发光的条件及原、副线圈的功率关系;(3)电压表、电流表的读数是有效值【答案】A【精讲精析】由变压原理n1n2U1U2可得 U1110 V,即电压表示数为 110 V由 P 入P 出,灯泡正常发光可得 P 入U1I1P 出22 W,I1 22110A0.2 A,故 A 正确【规律方法】对于理想变压器,电压与匝数的关系是U1U2n1n2,且 U2 由 U1 决定;当只有一个副线圈有负载时,I1I2n2n1,I1 由 I2 决定;输入功率 P1 由输出功率 P2 决定互动探究上题原线圈若将电流表换成阻值为 550 的定值电阻 R,如图所示,则输入电压

9、U应为多少?解析:因为副线圈电流决定原线圈电流,故换成 R 后,原线圈电流 I0.2 A 不变,故电阻 R分压 URIR0.2550 V110 V.UURU220 V.答案:220 V变压器工作的制约关系及动态分析 学案导引1.变压器工作时的电压、电流、负载间存在怎样的制约关系?2.变压器问题动态分析的思路怎样?1.电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时,输出电压 U2 由输入电压决定,即 U2n2U1/n1.2.电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定,且输入电压 U1 确定时,原线圈中的电流 I1 由副线圈中的输出电流 I2 决定,即 I1n2I2/n1.3.负

10、载制约(1)变压器副线圈中的功率 P2由用户负载决定,P2P 负 1P 负 2(2)变压器副线圈中的电流 I2 由用户负载及电压 U2 确定,I2P2/U2;(3)总功率 P 入P 线P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的4.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 RI2P2P1I1.(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、n2U2I2P2P1I1.例2图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n1n251,电阻 R20 ,L1、L2 为规格相同的两只小灯泡,

11、S1为单刀双掷开关原线圈接正弦交变电源,输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所示现将 S1 接 1、S2 闭合,此时 L2 正常发光下列说法正确的是()A输入电压 u 的表达式 u20 2sin(50t)VB只断开 S2 后,L1、L2 均正常发光C只断开 S2 后,原线圈的输入功率增大D若 S1 换接到 2 后,R 消耗的电功率为 0.8 W【审题指导】解此题应注意两点:(1)变压器副线圈电路结构及其变化特点;(2)ut 图像的物理意义及其提供交变电流的特点【精讲精析】由图像可知 Um20 2 V,T0.02 s,故 2T 100 ,即输入电压 u的表达式 u20 2 sin(100

12、t)V,所以 A 项错误断开 S2 后两灯泡串联,总电压仍为 4 V,所以 L1、L2 均不能正常发光,B 项错误根据 P 入P 出U2R 可知断开 S2 后 R 增大,P 入变小,C 项错误若 S1 接 2,由 PU2R 可得 P4220 W0.8 W,故正确选项为 D.【答案】D【规律方法】可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源,对负载电路进行动态分析时,可以参照直流电路动态分析的方法变式训练(2011高考山东卷)为保证用户电压稳定在 220 V,变电所需适时进行调压,图甲为调压变压器示意图保持输入电压 u1 不变,当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压 u2

13、 随时间 t 变化的曲线如图乙所示以下正确的是()图甲 图乙Au1190 2sin(50t)VBu2190 2sin(100t)VC为使用户电压稳定在 220 V,应将 P 适当下移D为使用户电压稳定在 220 V,应将 P 适当上移解析:选 BD.由乙图知交变电流的周期 T2102 s,所以 2T 100 ,故 u2Umsin t190 2 sin(100 t)V,A 错误 B 正确由U1U2n1n2得 U2n2n1U1,欲使 U2 升高,n1 应减小,P 应上移,C 错误 D 正确热点示例 创新拓展 变压器一原多副问题计算经典案例(10 分)理想变压器原线圈和两个副线圈的匝数分别为 n18

14、80 匝,n224 匝,n31320 匝把原线圈 n1 接到 220 V 的交流电源上,两组副线圈 n2、n3 接到用电器上测知副线圈 n2 的用电器消耗的功率为 12 W,副线圈 n3 中流过的电流强度为 0.23 A,求原线圈中通过的电流强度【审题指导】通过理想变压器的电压与匝数成正比的公式,先求两组副线圈的电压,再由变压器的输入功率和输出功率相等,求原线圈中的电流强度【解题样板】由U1U2n1n2,U1U3n1n3得线圈 n2、n3 的电压分别为 U2n2n1U1 24880220 V6 V(2 分)U3n3n1U11320880 220 V330 V(2 分)副线圈 n3 的输出电功率为 P3I3U30.23330 W75.9 W(2 分)理想变压器输入的电功率等于输出的电功率 P1P2P3(1275.9)W87.9 W(2 分)原线圈中的电流 I1P1U187.9220 A0.40 A(2分)【答案】0.40 A【借题发挥】电流和匝数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈,该关系即不适用但此时输入功率和输出功率相等的关系仍然成立即 U1I1U2I2U3I3UkIk.由法拉第电磁感应定律,并考虑到线圈无电阻等,有 U1U2U3n1n2n3.所以原、副线圈中的电流关系为:I1n1I2n2I3n3Iknk.本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放

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