高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流3 变压器教学演示ppt课件

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生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢?

今天我们就来学习变压器的工作原理和理想变压器的规律。

观察图片生产生活中有各种变压器，思考变压器是如何改变电压的呢?

引起学生学习的兴趣，为引出本节课题做铺垫

讲授新课

一、变压器的原理

1. 变压器的构造

变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

2.原线圈和副线圈

     变压器的示意图

（1）原线圈

一个线圈与交流电源连接，叫作原线圈 ，也叫初级线圈；

其匝数用n1表示，两端的电压叫变压器的输入电压U1。

（2）副线圈

另一个线圈与负载连接，叫作副线圈，也叫次级线圈。其匝数用n2表示，两端的电压叫变压器的输出电压U2。

3.变压器的工作原理

（1）原线圈内通直流电，副线圈内无感应电流。

（2）原线圈内通交流电，副线圈内有感应电流。

（3）变压器的工作原理是依据电磁感应原理工作的，在原线圈两端接交流电压，线圈中形成交变电流，产生变化的磁场。变化的磁场经闭合铁芯穿过原线圈的同时也穿过副线圈，形成一个闭合的磁路，变化的磁场使副线圈中产生感应电动势。

实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

1.实验思路

（1）观察可拆变压器零部件

两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

视频:可拆变压器结构

出示图片:组装后的变压器

（2）利用教学用的可拆变压器进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。运用控制变量法，保持原线圈电压U1和匝数n1不变，改变副线圈的匝数n2。

2.实验步骤

（1）把原线圈连接学生电源的交流输出端电压12V，副线圈连接小灯泡的两端。

（2）保持原线圈的匝数200匝不变，让副线圈的匝数分别为100匝和400匝，测量小灯泡两端的电压。

（3）保持副线圈的匝数100匝不变，让原线圈分别为800匝和1400匝，测量小灯泡两端的电压。

（4）分析实验数据，得出实验结论。

3.注意事项

（1）要用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。

（2）为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测。

（3） 连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。只有这时才能接通电源。

4.实验数据

5.实验结论：在误差允许范围内原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即：

思考讨论：为什么数据没有严格遵从原、副线圈上的电压之比等于它们的匝数之比这样的规律呢？

参考答案：变压器工作时有能量损失。

①铜损：变压器线圈通过电流时会发热；

②铁损： 铁芯在交变磁场的作用下会发热即：涡流现象发热；③漏损：交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内即：漏磁损失能量。

二、理想变压器的变压规律和变流规律

1.理想变压器

有些变压器的能量损失很小，可以忽略。我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器也是一个理想化模型。

2.电压与匝数关系

（1）实验和理论分析都表明，理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比。

（2）若有一个副线圈时

（3）若有多个副线圈时

3.升压变压器和降压变压器

①当n2 > n1时，U2 > U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；

②当n2<n1时， U2 < U1 ，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器；

   升压变压器            降压变压器

思考讨论：你能利用法拉第电磁感应定律推导出理想变压器原、副线圈中电压大小与它们的线圈匝数之间的关系吗？

由于为理想变压器，所以为穿过原、副线圈磁通量相同，根据法拉第电磁感应定律:

不考虑原副线圈的内阻则：U1=E1，U2=E2   所以，

4.理想变压器的变流规律

（1）理想变压器变流规律

由理想变压器输入功率等于输出功率：

P入= P出

得：

对于只有一个副线圈的理想变压器，电流和匝数成反比。

注意：

①电流关系只适用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈的变压器，电流和匝数的关系要从P入= P出 导出。

I1U1= I2U2+ I3U3+ ……，可得， I1n1=I2n2 + I3n3+ ……

②对于只有一个副线圈的理想变压器，电流和匝数成反比。因此，变压器中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，应用较粗的导线绕制。

5.变压器的应用

实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏，而远距离输电却需要几十万伏以上的电压。

  变电站中的大型变压器

各种用电设备所需的电压也不相同。电灯、电饭锅、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V或24 V的安全电压。由于有了变压器，交流的电压容易改变，所以交流得到了广泛的应用。

    小家电中的变压器

思考与讨论:我们知道导线可以输送电能，变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的？

参考答案：在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场，即电场的能量转变成磁场的能量；通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，于是在副线圈上产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量，实现了电能 → 磁场能 → 电能的转变。

科学漫步   无线充电技术

对移动电话进行无线充电

无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。如果移动电话中有无线充电装置，那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电。

   无线充电接收器中的线圈

对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收器放在无线充电基座上来进行充电。打开无线充电接收器，就可以看到其内部有一个接收线圈。

课堂练习

1.如图所示的理想变压器正常工作时，原、副线圈中可能不相同的物理量为（  ）

A．每匝线圈中磁通量的变化率

B．交变电流的频率

C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率

D．原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势

【答案】D

2.一台变压器的原线圈匝数为50，副线圈的匝数为100，在原线圈两端接上电动势为12V 的蓄电池，则在副线圈两端输出的电压为（　　）

A．0V B．6V  C．24V   D．120V

【答案】A

3.一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻。当输入电压时，原线圈中电流为1A，则变压器原、副线圈匝数比为（　　）

A．2︰1 B．4︰1 C．1︰2 D．1︰4

【答案】A

4.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2=5：1，原线圈输入交变电压U=311sin100πt（V），在原线圈中接有理想交流电流表，其示数为I1，在副线圈接阻值为22Ω的定值电阻R。下列说法中正确的是（　　）

A．电阻R中电流方向1s内变化50次

B．电阻R消耗的电功率为88W

C．电流表示数I1=0.8A

D．若电阻R可变，则随着R的增加，副线圈的输出电压不断增加

【答案】B

5.如图所示，一理想变压器的原线圈接在电压为220V 的正弦交流电源上，副线圈通过电流表与一阻值为40V的电阻连接。已知理想电流表的示数为1.1A ，则下列说法正确的是（　　）

A．变压器的输入功率为24.2W 

B．电阻两端电压的最大值为44V

C．变压器原、副线圈的匝数比为11:2  

D．通过原线圈电流的有效值为0.22A

【答案】D

阅读课文了解变压器的基本构造

观看图片原线圈和副线圈

学生思考变压器的工作原理

观察可拆变压器零部件，说出探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验思路

学生阅读课文说出实验步骤

学生处理实验数据计算原副线圈的电压之比和匝数之比，说出实验结论

学生思考讨论

阅读课文了解理想变压器

学生记忆理解电压与匝数的关系

阅读课文了解升压变压器和降压变压器

学生思考讨论

学生记忆理解理想变压器的变流规律

阅读课文了解变压器的应用

学生思考讨论

学生阅读科学漫步无线充电技术

学生练习

锻炼学生的自主学习能力

掌握原线圈和副线圈以及变压器的示意图

掌握变压器的工作原理是依据电磁感应

锻炼学生的观察能力和逻辑思维能力

为实验的顺利进行打下基础

锻炼学生的处理数据的能力和归纳总结能力

了解实验中产生这一误差的原因

锻炼学生的自主学习能力

掌握理想变压器中电压与匝数关系

掌握n2 > n1时，为升压变压器； n2<n1时，为降压变压器

锻炼学生对知识的应用能力和推导的能力

掌握理想变压器中 P入= P出对于只有一个副线圈的理想变压器，电流和匝数成反比

锻炼学生的自主学习能力

锻炼学生的合作交流能力和语言表达能力

拓展学生的知识面

巩固本节的知识

课堂小结

梳理自己本节所学知识进行交流

根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。

板书

一、变压器的原理

1. 变压器的构造：闭合铁芯、原线圈和副线圈。

2.变压器的工作原理：电磁感应原理工作的。

二、理想变压器的变压规律和变流规律

1.理想变压器的电压关系:

2. 理想变压器的功率关系：P入= P出

3.理想变压器的电流关系：