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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3.3变压器教学设计课题 变压器单元3学科物理年级高二学习目标1.知道变压器的构造及理解变压器的工作原理、变压器的匝数与线圈两端的电压的关系;2.会推导变压器的匝数与线圈电流的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。3.通过探究原、副线圈电压与匝数的关系，知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型。重点电压器的工作原理和理想变压器的规律。难点推导理想变压器的电流电压与匝数的关系，并进行计算。 教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课     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U1/V原线圈n1/匝副线圈n2/匝U2/VU1/U2n1/n2122001005.82.068240023.40.5130.512128001001.229.8381214000.8414.28145.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】D2.一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】A3.一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】A4.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88WC．电流表示数I1=0.8AD．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】B5.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：