高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器备课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器备课课件ppt，共50页。PPT课件主要包含了变压器，目标体系构建，课前预习反馈，交流电源，感应电动势，能量损失，『选一选』，课内互动探究，探究，情境导入等内容，欢迎下载使用。

第1课时　变压器原理及应用
1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。3．在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。体会能量守恒定律是普遍适用的。
1．物理观念：能用能量的观点理解变压器的工作原理。2．科学思维：知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型的思维方法。3．科学探究：经历探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的过程，提高科学探究能力。4．科学态度与责任：在实验中养成安全用电和正确使用实验仪器的习惯，养成尊重实验数据的科学态度。
1．构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。(1)原线圈：与___________相连的线圈。(2)副线圈：与_______相连的线圈。2．原理_______现象是变压器的工作基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的_______也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生_____________。3．作用改变交变电流的_______，不改变交变电流的_______和_______。
『判一判』(1)变压器的工作原理是电磁感应。( )(2)变压器的工作基础是互感现象。( )(3)各种电流接入变压器的输入端，变压器都能正常工作。( )
1．理想变压器没有___________的变压器。2．电压与匝数的关系
『判一判』(4)原线圈的电压不随副线圈的输出电流的变化而变化。( )(5)原线圈的电流随副线圈的输出电流的增大而增大。( )(6)理想变压器的原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈。( )
『想一想』汽车等交通工具中用电火花点燃汽油混合气，如图所示，已知汽车蓄电池电压为12 V，变压器匝数之比为1∶100。当开关S闭合后，火花塞上电压为多少？当开关S从闭合到突然断开，可为火花塞提供瞬时高电压，产生电火花。蓄电池提供的是直流电，为什么变压器的副线圈也能得到高电压呢？
解析：当开关S闭合后，变压器的原线圈中是恒定电流，铁芯中的磁通量不变，副线圈中没有感应电动势，火花塞上电压为零。当开关从闭合到突然断开，铁芯中磁通量突然变小，在副线圈中会产生一个瞬时高电压(脉冲高电压可达104 V左右)，使火花塞产生电火花。
理想变压器的工作原理及规律
如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流端，另一个线圈连到小灯泡上。请同学们观察实验并思考：两个线圈没有直接连接，为什么灯泡却亮了？如果将学生电源打到适当的直流电压挡上，灯泡还亮吗？
提示：①当一个线圈中接上交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场通过闭合的铁芯的导磁作用，进入另一个线圈中，产生感应电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。 ②如果将图中的学生电源打到适当的直流电压挡上，灯泡就不亮了。
1．变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生变化的磁通量，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。如图所示。
2．能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。3．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。4．理想变压器的特点(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。(2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。
如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源时，电压表V的示数为220 V，电流表A1的示数为0.20 A。已知负载电阻R＝44 Ω，则下列判断中正确的是( )A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1B．原线圈和副线圈的匝数比为5∶1C．电流表A2的示数为0.1 AD．电流表A2的示数为0.4 A
如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法中正确的是( )A．原、副线圈匝数比为3∶1B．原、副线圈匝数比为1∶3C．AB端的输入电压为3UD．AB端的输入电压为4U
(多选)(2023·重庆巴蜀中学高二期中)如图所示，1、2是理想变压器原线圈某位置的抽头，副线圈连接有定值电阻R0和滑动变阻器R，初始时R0>R，电压表和电流表为理想交流电表，原线圈的输入电压始终保持不变，则下列说法正确的有( )
A．当滑动变阻器的滑片向下移动时，电压表V2示数减小，电流表A2示数增加B．当滑动变阻器的滑片向上移动时，电压表V2示数的变化量与电流表A2示数的变化量之比变小C．当滑动变阻器的滑片向下移动时，滑动变阻器消耗的功率变小D．保持滑动变阻器的滑片不动，当单刀双掷开关从1拨至2时，电压表V1和电流表A1的示数之比增加
变压器工作时的制约关系及动态分析
如图所示，一低压交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，通过上下调节P1、P2的位置，可以改变变压器原、副线圈的匝数。图中L是一个小灯泡，R2是定值电阻，R1、R3是滑动变阻器，若只移动P1、P2、P3、P4中的一个滑动触头，而增大灯泡L的亮度，可以采取的方法有哪些？
1．变压器工作时的三个制约关系
(3)功率制约：P2决定P1，变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…，P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为0，P1为0。
2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)匝数比不变的情况，如图所示。
(2)负载电阻不变的情况，如图所示。
(2023·四川成都高二期中)如图为街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，滑动变阻器R代表用户用电器的总电阻。如果变压器上的能量损失可以忽略，电表均为理想电表，当用电器增加时(相当于滑动变阻器R的阻值减小)，下列说法正确的是( )A．A1的示数变小 B．A2的示数变小C．V2的示数增大 D．V3的示数变小
解析：由于输入电压和匝数比不变，故输出电压不变，V2的示数不变，故C错误；输出电压不变，故在滑动变阻器R的阻值减小的过程中，副线圈总电阻变小，电流变大，则A2的示数变大，故B错误；副线圈电流变大，则R0的分压变大，故V3的示数变小，故D正确；副线圈的功率变大，根据输入功率等于输出功率，则输入功率变大，则A1的示数变大，故A错误。
(多选)(2023·福建福州高二期中)理想变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节，在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电，如图所示。若( )A．Q位置不变，将P向上滑动，电流表的读数变大B．Q位置不变，将P向上滑动，电流表的读数减小C．P位置不变，将Q向上滑动，电流表的读数变大D．P位置不变，将Q向上滑动，变压器的输入功率减小
解析：在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定。因此，当Q位置不变时，输出电压U′不变，此时P向上滑动，负载电阻值R′增大，则输出电流I′减小，根据输入功率P1等于输出功率P2，电流表的读数I变小，故A错误，B正确；P位置不变，将Q向上滑动，副线圈匝数增大，根据电压与匝数成正比，可知输出电压U′变大，I′变大，而U不变，则电流表读数变大，C正确，输出的功率增大，由于输入功率等于输出功率，所以输入的功率也随之增大，故D错误。
几种常见的变压器1．自耦变压器如图所示，铁芯上只绕一个线圈，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。
2．电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图所示。(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地。(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压。
3．电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图所示。(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表，为了安全，外壳和副线圈应接地。(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流。
(2023·福建省诏安县高二期中)如图所示，l1和l2是输电线，在图中空圈内填入所用的电表的名称，1位置应为_______表，2位置应为_______表。若已知变压比为100∶1，变流比为100∶1，并且知道电压表示数为220 V，电流表示数为1 000 A，则输电线路中的功率为______________W。
解析：1位置的仪表是原线圈两端接电源两端的电压，所以是电压互感器，为电压表。2位置的仪表的原线圈是串联接入输电线的一根导线，所以是电流互感器，为电流表。已知电压表示数为220 V，且变压比为100∶1，所以传输电压为U＝220×100 V＝2.2×104 V电流表示数为1 000 A，且变流比为100∶1，故传输电流为I＝1 000×100 A＝1×105 A所以输电功率为P＝UI＝2.2×109 W。
(2023·江苏高二期中)如图所示的调压器，滑动触头P和Q均可调节，在输入交变电压U恒定的条件下，电压表、电流表均是理想的，下列说法正确的是( )A．Q不动，P向上移动，电压表示数增大B．Q不动，P向下移动，电流表示数增大C．P不动，Q向下移动，电压表示数增大D．P不动，Q向下移动，电流表示数增大
解析：当Q不动时，滑动变阻器的阻值不变，当P向上移动时，原线圈匝数变大副线圈匝数不变，自耦变压器的输出的电压减小，电压表的示数减小，故A错误；当Q不动时，滑动变阻器的阻值不变，当P向下移动时，原线圈匝数变小副线圈匝数不变，自耦变压器的输出的电压增加，电压表的示数增大，输出功率变大，输入功率变大，输入电压恒定，则输入电流变大，故B正确；当P不动时，自耦变压器的输出的电压不变，所以电压表的示数不变，当Q向下移动时，滑动变阻器的电阻增大，所以电路的电流减小，变压器匝数比不变，因此电流表示数减小，故C、D错误。
一、变压器原理1．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为( ) 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．原线圈中感应电动势和副线圈中的感应电动势解析：理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无漏磁，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故A、C不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知变压器不改变交流电的频率，B不符合题意，选D。
2．(2023·海南高二期中)无线充电技术能实现能量的无线传输，如图是无线充电设备给手机充电，下列关于无线充电的说法正确的是( )A．充电设备中的线圈通恒定电流也可以对手机无线充电B．充电设备的电流与手机的充电电流一定相等C．充电的原理主要利用了自感D．充电设备与手机不接触也能充电
解析：充电设备中的线圈通恒定电流，其产生的磁场是恒定的，不能使手机产生感应电流，不能实现无线充电，A错误；充电设备与手机的充电电流不一定相等，就像变压器工作原理一样，原、副线圈匝数不一样，电流就不同，B错误；充电的原理主要利用了电磁感应的互感原理，所以充电设备与手机不接触也能充电，C错误，D正确。
二、电压、电流与匝数的关系3．(2022·宁夏永宁县高二期中)用一理想变压器向一负载R供电，如图所示，原线圈中交流电压保持不变，当增大负载电阻R时，原线圈和副线圈中的电流I1、I2之间的关系，以及功率P1、P2的关系是( )A．I2增大，I1也增大 B．I2增大，I1却减小C．P2减小，P1也减小 D．P2增大，P1不变
解析：原线圈中交流电压保持不变，匝数比也不变，根据变压比可知，副线圈电压不变，根据欧姆定律可知，增大负载电阻，则副线圈电流I2减小，输出功率减小，根据变流比可知原线圈电流也减小，故A、B错误；原线圈中电压不变，电流减小，则功率减小，故C正确，D错误。
4．(多选)(2023·陕西汉滨区高二期中)如图所示，理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 000匝，副线圈匝数n2＝200匝，交变电源的电动势e＝311sin 314t V，电阻R＝88 Ω，电流表和电压表对电路的影响忽略不计，下列结论正确的是( )A．电流频率为50 HzB．电流表A1的示数约为0.1 AC．电压表V1的示数为311 VD．电阻R的发热功率约为44 W
5．如图所示为理想变压器。原线圈的匝数为1 000匝，两个副线圈的匝数分别为n2＝50匝，n3＝100匝，L1是标有“6 V 2 W”字样的小灯泡，L2是标有“12 V 4W”字样的小灯泡，当n1接上交变电流时，L1、L2都正常发光，那么原线圈中的电流为( )