資源簡介

(共30張PPT)
新課導入
問題；生產生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓。變壓器是如何改變電壓的呢
第3節 變壓器
第2課時　理想變壓器的規律及其應用
學習任務一
學習任務一　理想變壓器的基本關系
1、理想變壓器特點：
（1）無銅損：原、副線圈不計內阻，不產生熱量。
（2）無鐵損：忽略鐵芯產生的熱量。
（3）無磁損：變壓器鐵芯內無漏磁，原、副線圈磁通量無差別。
實際變壓器（特別是大型變壓器）的效率都是比較高的，特別是電力設備中的巨大變壓器，在滿負荷工作時效率可以達到97%~99%，所以理論研究時我們把它當成100%（理想變壓器）是沒有問題的。
理想變壓器
——沒有能量損失的變壓器
P入＝P出
變壓器自身的能量損耗不計，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率。
[模型建構]
學習任務一
學習任務一　理想變壓器的基本關系
[模型建構]
理想變壓器
功率制約：
P入 = P出
原線圈電能全部轉化為副線圈電能
電壓制約：
線圈兩端電壓之比等于匝數之比
“一原一副”
的電流制約：
U1 I1 = U2 I2
原副線圈的電流跟匝數成反比
I1
I2
U2
n1
n2
R
U1
此式只適用于一個副線圈的變壓器
學習任務一
學習任務一　理想變壓器的基本關系
[模型建構]
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
“一原多副”的理想變壓器
任意兩線圈兩端電壓之比等于匝數之比
由 P入 =P出 得
原線圈電能全部轉化為兩副線圈電能
多副線圈的理想變壓器
注意：
（1）理想變壓器只傳輸能量，本身不是用電器。
（2）變壓器只能改變交變電流，若初級線圈加直流電壓，則次級線圈輸出電壓為0.
以上關系是有效值間的關系，對最大值也適用，但對某時刻的瞬時值其關系不成立。
★注意：四個決定
(1)原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定．
(2)副線圈電壓U2由原線圈電壓U1及匝數比決定，與副線圈所接負載無關．
(3)副線圈電流I2由副線圈電壓U2和副線圈負載決定
(4)原線圈電流I1由副線圈電流I2決定．
變壓器的應用
變電站的大型變壓器
小家電中的變壓器
實際應用中需要改變交流電壓的場合是很多的。大型發電機發出的交流，電壓為幾萬伏。而用電器使用電壓不一樣。由于有了變壓器，交流的電壓容易改變，所以交流得到了廣泛的應用。
無線充電技術原理
初級線圈
次級線圈
輸出
感應電流
輸入
交流電
手機開始充電時，底座同時亮起了一圈呼吸燈，互感。
例1 [2021·廣東卷] 某同學設計了一個充電裝置,如圖所示.假設永磁鐵的往復運動在螺線管中產生近似正弦式交流電,周期為0.2 s,電壓最大值為0.05 V.理想變壓器原線圈接螺線管,副線圈接充電電路,原、副線圈匝數比為1∶60.下列說法正確的是(　　)
A.交流電的頻率為10 Hz
B.副線圈兩端電壓最大值為3 V
C.變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強弱無關
D.充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率
學習任務一
學習任務一　理想變壓器的基本關系
B
[解析] 交流電的頻率為f==5 Hz,A錯誤;
由=、U1=得U2m=U1m=3 V,B正確;
原線圈中的感應電流是由磁鐵與線圈相對運動引起的,永磁鐵磁場強弱將影響原線圈中的電流大小,故C錯誤;
對理想變壓器,變壓器的輸入功率等于輸出功率,而變壓器的輸出功率又等于充電電路的輸入功率,故D錯誤.
學習任務一
變式1 如圖所示,理想變壓器的原線圈接在u=220sin 100πt(V)的交流電源上,副線圈接有R=55 Ω的負載電阻,原、副線圈匝數之比為2∶1,電流表、電壓表均為理想電表.下列說法正確的是 (　)
A.原線圈的輸入功率為220 W
B.電流表的讀數為1 A
C.電壓表的讀數為110 V
D.副線圈輸出交流電的周期為50 s
學習任務一
B
[解析] 理想變壓器原線圈兩端電壓的有效值為U1=220 V,由=,得U2==110 V,即電壓表的讀數為110 V,通過負載電阻的電流I2== A=2 A,則副線圈的輸出功率P=U2I2=110×2 W=220 W,原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,為220 W,故選項A、C錯誤;
由n1I1=n2I2,得I1==1 A,即電流表的讀數為1 A,選項B正確;
由u=220sin 100πt(V)可知,角速度ω=100π rad/s,原線圈所接交流電的周期T==0.02 s,副線圈輸出交流電的周期不變,仍為0.02 s,選項D錯誤.
學習任務一
理想變壓器的基本關系式
學習任務一
基 本 關 系 功率關系 根據能量守恒可得:原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,即P入=P出
電壓關系 只有一個副線圈時:=
有多個副線圈時:===…
電流關系 只有一個副線圈時:=
有多個副線圈時:I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn
頻率關系 f1=f2(變壓器不改變交變電流的頻率)
學習任務二
學習任務二　含理想變壓器電路的動態分析
U1
U2
I2
I1
掌握電壓、電流、功率之間的關系
①U1由電源決定
②U2由U1和匝數比決定：
③I2由U2和負載決定：
④I1由I2和匝數比決定：
⑤輸入功率P1由輸出功率P2決定：
P1＝P2
P1
[科學思維]
例2 理想變壓器的原線圈連接電流表,副線圈接入電路的匝數可以通過觸頭Q調節,在副線圈輸出端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R,在原線圈上加一電壓為U的交流電,如圖所示.下列情況可能出現的是(　)
A.若Q位置不變,將P向上滑動,U'變大
B.若Q位置不變,將P向上滑動,電流表的讀數變大
C.若P位置不變,將Q向上滑動,電流表的讀數變大
D.若P位置不變,將Q向上滑動,變壓器的輸入功率不變
學習任務二
C
學習任務二　含理想變壓器電路的動態分析
[解析] 當理想變壓器的輸入電壓U以及原、副線圈的匝數比不變時,副線圈兩端的電壓也不變,A錯誤;
由P出=,知R增大時,輸出功率減小,又由P入=P出,得原線圈中的電流表讀數要減小,B錯誤;
Q向上滑動時,U'增大,而負載電阻不變,則輸出功率要增大,即輸入功率也要增大,原線圈中的電流就要增大,C正確,D錯誤.
學習任務二
變式2 [2023·衢州一中月考] 如圖所示,理想變壓器的a、b端所接的交變電壓u=16sin 100πt(V),L1、L2是兩個規格為“4 V　3 W”的燈泡,現調節電阻箱R為某一值時恰好能使兩個燈泡均正常發光,電壓表V1、V2均為理想交流電壓表.電阻箱R調節過程中所有元件均可安全工作,忽略燈泡電阻的變化,則(　)
A.t=0.005 s時,V1的示數為12 V
B.變壓器原、副線圈匝數比為4∶1
C.增大電阻箱R連入電路的阻值,電壓表V1的示數增大
D.增大電阻箱R連入電路的阻值,電壓表V2的示數不變
學習任務二
C
[解析] 理想變壓器的a、b端所接的交變電壓的有效值為U==16 V,當兩個燈泡均正常發光時,原線圈兩端電壓為U1=U-UL=12 V,理想交流電壓表測得的是電壓的有效值,所以t=0.005 s時,V1的示數為12 V,副線圈兩端電壓為U2=UL=4 V,變壓器原、副線圈匝數比為==3,故A、B錯誤;
設變壓器原、副線圈中電流分別為I1、I2,則I1=I2=I2,原、副線圈匝數比不變,則I1與I2的關系不變,增大電阻箱R連入電路的阻值,副線圈的總電阻R總增大,所以I2減小,則I1減小,故燈泡L1兩端電壓減小,因U不變,所以U1增大,易知U2也增大,即電壓表V1和V2示數都增大,故C正確,D錯誤.
學習任務二
含有變壓器的動態電路問題的解題思路
學習任務二
學習任務三　幾種常見的變壓器
學習任務三
例3 如圖所示,T1、T2是監測交流高壓輸電參數的互感器,其中a、b是交流電壓表或交流電流表.若高壓輸電線間的電壓為220 kV,T1的原、副線圈匝數比為1∶100,交流電壓表的示數為100 V,交流電流表的示數為1 A,則(　)
A.b是交流電壓表
B.T2的原、副線圈匝數比為100∶1
C.高壓線路輸送的電流為1 A
D.高壓線路輸送的電功率為220 kW
A
[解析] 右側的互感器原線圈并聯在高壓線上,b是交流電壓表,選項A正確;
高壓輸電線間的電壓為220 kV,副線圈交流電壓表的示數為100 V,根據變壓器變壓公式,T2的原、副線圈匝數比為2200∶1,選項B錯誤;
T1的原、副線圈匝數比為1∶100,a是交流電流表,交流電流表的示數為1 A,根據變壓器變流公式,高壓線路輸送的電流為100 A,選項C錯誤;
高壓線路輸送的電功率為P=UI=220 kV×100 A=22 000 kW,選項D錯誤.
學習任務三
變式3 調壓變壓器就是一種自耦變壓器,它的構造如圖甲所示.線圈AB繞在一個圓環形的鐵芯上,C、D之間輸入交變電壓,轉動滑動觸頭P就可以調節輸出電壓.圖甲中兩電表均為理想交流電表,R1、R2為定值電阻,R3為滑動變阻器.現在C、D兩端輸入圖乙所示正弦式交流電,變壓器視為理想變壓器,那么(　)
A.由圖乙可知C、D兩端輸入交流電壓u的表達式為
u=36sin 100t(V)
B.當滑動觸頭P逆時針轉動時,M、N之間輸出交流電
壓的頻率變大
C.當滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時,電流表讀數變
大,電壓表讀數也變大
D.當滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時,電阻R2消耗的電功率變小
學習任務三
D
[解析] 由題圖乙可知u=36sin 100πt(V),A錯誤;
M、N之間輸出交流電壓的頻率由輸入交流電壓的頻率決定,B錯誤;
滑動變阻器的滑動觸頭向下滑動時,R3減小,由“串反并同”可知電壓表讀數減小,電流表讀數增大,R2消耗的電功率P2=減小,C錯誤,D正確.
學習任務三
1.自耦變壓器
自耦變壓器(又稱調壓器)如圖所示,可以實現交變電壓的連續調節,變壓器的基本關系對自耦變壓器均適用,=,=.
學習任務三
2.電壓互感器和電流互感器
學習任務三
電壓互感器 電流互感器
示意圖
原線圈的連接 并聯在高壓電路中 串聯在交流電路中
副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表
作用 將高電壓變為低電壓 將大電流變為小電流
利用的公式 = I1n1=I2n2
課后習題
1.變壓器為什么不能改變恒定電流的電壓？
2.有些機床（圖3.3-6）為了安全，照明電燈用的電壓是36V，這個電壓是把380V的電壓降壓后得到的。如果變壓器的原線圈是1440匝，副線圈是多少匝？在某次實際工作時輸入電壓只有220V，則輸出電壓是多少？
課后習題
課后習題
3.當變壓器的一個線圈的匝數已知時，可以用下面的方法測量其他線圈的匝數：把被測線圈作為原線圈，用匝數已知的線圈作為副線圈，通入交變電流，測出兩線圈的電壓，就可以求出被測線圈的匝數。已知副線圈有400匝，把原線圈接到220V的交流電路中，測得副線圈的電壓是55V，求原線圈的匝數。
課后習題
4.變壓器線圈中的電流越大，所用的導線應當越粗。街頭見到的變壓器是降壓變壓器，假設它只有一個原線圈和一個副線圈，哪個線圈應該使用較粗的導線？為什么？
課后習題
5.圖3.3-7是街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區電網的電壓，負載變化時輸入電壓不會有大的波動。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，兩條輸電線的總電阻用R0表示，變阻器R代表用戶用電器的總電阻，當用電器增加時，相當于R的值減小（滑動片向下移）。如果變壓器上的能量損失可以忽略，當用戶的用電器增加時，圖中各表的讀數如何變化？

展開更多......

收起↑