高二物理变压器教案 新课标 人教版

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高二物理 变压器教案 ‎ 教学目标：‎ 知识和技能：‎ 知道变压器的构造，理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析、解决基本问题。‎ 过程与方法：‎ 探究变压器的结构，变压原理，原副线圈的电流与匝数的关系。‎ 情感态度和价值观：‎ 查找资料了解各种变压器的应用，提高学习物理的兴趣。‎ 重点：变压器的工作原理和工作规律 难点：理解副线圈两端电压是与原线圈频率相同的交变电流，推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系 新课教学 ‎1．变压器的构造 由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。如图1所示。‎ 铁芯 原线圈 副线圈 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎1‎ ‎2‎ U1‎ U2‎ U2‎ U1‎ 原线圈：跟电源相连，用绝缘线绕成的 副线圈：跟负载相连，用绝缘线绕成的 闭合铁芯是由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成。‎ 强调：线圈必须绕在铁芯上。‎ ‎2．变压器的工作原理 ‎［演示实验］当原线圈接入交变电压时，副线圈 两端拉入交变电压表会有读数，若原线圈不接电源，副 线圈接入的交流电压表没有读数。‎ 图. 1‎ U3‎ U1‎ U2‎ ‎12V 提问1：原、副线圈并没有直接连接，为什么副线圈 两端的电压表会有读数？‎ 答：是铁芯使原、副线圈发生了联系，原线圈中接入 了交变电流，则副线圈中就有交变电流产生。‎ 分析问题：‎ ‎（1）套在变压器铁芯上的两只线圈起什么作用？‎ 强调：①原、副线圈之间是通过交变磁场相互联系的 ‎②从能量的角度看，显然变压器不能产生电能，它只是通过交变磁场传输电能。‎ ‎（2）根据刚才分析，原、副线圈即使不套在闭合铁芯上，它们之间仍然存在电磁感应关系，那么为什么说铁芯是变压器的必要组成部分？‎ ‎［演示实验］将一只灯泡串接的变压器副线圈两端，调节变压器，使灯泡正常发光，然后拆去变压器铁芯的一边，使铁芯不闭合。立刻可看到灯泡变得很暗。‎ 说明：没有铁芯但靠得很近的原、副线圈的确存在互感关系，但它传输电能的效率太差，因为大部分磁感线都流失在线圈外，漏失的磁感线不会在原、副线圈之间起传输电能作用。而铁芯由于被磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯上，大大增强了变压器传输电能的效率。‎ 小结：原、副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化时刻都相同，由于原、副线圈中有交变电流而发生了互感现象，使电能可以通过磁场从原线圈到达副线圈。‎ ‎（3）原、副线圈之间的电压关系 提问2：感应电动势的大小与什么有关？‎ ‎（①磁通量变化率　②线圈匝数）‎ 由于原、副线圈中的电流共同产生的磁通量相同，因而这两个线圈的每匝产生的感应电动势相等。推导变压比公式：‎ 原、副线圈中产生感应电动势大小分别为：‎ ‎　　，　　‎ 由此可得： ‎ 根据自感现象，原线圈中感应电动势E1‎ 起阻碍电流变化的作用，跟加在原线圈两端电压U1的作用相反，且电阻很小，则有E1＝U1。副线圈相当于一个电源，感应电动势E2相当于电源的电动势，内阻很小，则有E2＝U2，‎ 故： ‎ 结论：理想变压器（这种忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器称为理想变压器）的原副、线圈的两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。从能量角度看，变压器不能产生电能，它只是通过交变磁场传输电能。‎ 问：变压器能不能改变直流电压？‎ 指出：（1）n2＞n1 时，U2＞U1，称升压变压器 ‎　　 （2）n2＜n1 时，U2＜U1，称降压变压器 ‎（4）变压器原、副线圈电流与匝数的关系 大型变压器铁芯中漏磁可以忽略不计，电能没有通过电磁波辐射出去，铜导线绕成的线圈电阻很小，不计导线上的热损，即无铜损。硅钢片极薄，且彼此绝缘，由于电感产生的涡流可忽略，即无铁损。所以大型变压器均可认为是理想变压器，即无任何电能损失。因此：P入＝P出，即I1U1＝I2U2，而U1/U2=n1/n2‎ 所以：‎ 强调指出：以上结论仅限于副线圈只有一个的情况，但无认有几个副线圈，对理想变压器，P入＝P出恒成立。‎ 提问：原、副线圈的导线粗细为不什么不同？这样做有什么好处？‎ ‎3．介绍几种常见的变压器：自耦变压器、调压器、互感器等。‎ 教材P47 1.自耦变压器 ‎2.互感器 电压互感器 ‎ 电流互感器 例：为了安全，机床上照明电灯用的电压是36V，这个电压是把220V的电压降压后得到的，如果变压器的原线圈是1140匝，副线圈是多少匝？用这台变压器给40W的电灯供电，原、副线圈中的电流各是多大？‎ ‎[巩固练习]‎ ‎1.理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，图中电流表A1的示数12mA，则电流表A2的示数为————（ ）‎ A．3mA B．0 C．48mA D．与负载R的值有关 ‎2.如图所示，理想变压器的输入端电压 u=311 sin100 πt(V) ，原副线圈的匝数之比为:n1 :n2=10:1 ；若图中电流表读数为 2 A ，则 ( )‎ A.电压表读数为 220 V B.电压表读数为 22 V C.变压器输出功率为 44 W D.变压器输入功率为 440 W ‎3.如图所示，一理想变压器初次级线圈的匝数比为3:1，次级接三个相同的灯泡，均能正常发光，初级线圈中串有一个相同的灯泡L，则 ( )‎ A.灯L也能正常发光 B.灯L比另三灯都暗 C.灯L将会被烧坏 D.不能确定 ‎4.图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器的铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知圈1、2的匝数之比为N1:N2=2:1，在不接负载的情况下 ( )‎ A.当线圈1输入电压220V，线圈2输出电压为110V B.当线圈1输入电压220V，线圈2输出电压为55V C.当线圈2输入电压为110V时，线圈1电压为220V D.当线圈2输入电压为110V时，线圈1电压为110V ‎5.如图所示电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110V，若分别在c、d与g、h两端加上110V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为 ( )‎ A.220V，220V ‎ ‎ B.220V，110V ‎ ‎ C.110V，110V ‎ ‎ D.220V，0‎ ‎6.如图所示理想变压器原副线圈匝数之比:n1:n2=4:1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R连接组成闭合回路，当直导线AB在匀速强磁场中沿导轨匀速地向左作切割磁感线运动时，安培表A1的读数为12mA，那么安培表A2的读数为 ( )‎ A.0 ‎ B.3mA ‎ C.48mA ‎ D.与R值大小无关 ‎7.如图所示为两个互感器，在图中圆圈内a、b表示电表，已知电压比为100，电流比为10，电压表的示数为220V，电流表的示数为10A，则 ( )‎ A.a为电流表，b为电压表 B.a为电压表，b为电流表 C.线路输送电功率是2200W D.线路输送电功率是2.2×106W ‎8.如图所示理想变压器，三个线圈匝数分别为n1、n2、n3，线圈两端电压分别为U1、U2、U3其中线圈1接交流电源，线圈中电流分别为I1、I2、I3，则以下关系正确的是 ( )‎ A.U1:U2=n1:n2，U2:U3=n2:n3 B.I1:I2=n1:n3，I1:I3=n3:n1‎ C.n1I1=n2I2+n3I3 D.U1I1=U2I2+U3I3‎ ‎9.如图所示，理想变压器初、次级线圈的匝数之比n1:n2=2:1，且分别接有完全相同的纯电阻，电源的电压为U，则次级线圈的输出电压为 ( )‎ A. B. C. D.‎ ‎10.如图所示理想变压器两边连接着四盏额定电压为U的相同的电灯，它们均正常发光，如每只电灯的电阻为R，则输入端ab处的输入电压和电流各是多大？（导线电阻忽略不计）.‎ ‎11.如图所示，变压器副线圈中有电阻R=7.26Ω，消耗功率为6W，另有一单匝线圈串接有毫伏表，读数为uO=50mV，原线圈两端电压为u=311sinπtV，求原、副线圈的匝数和铁芯内的磁通量变化率的表达式.‎ ‎12.如图所示，一个理想变压器（可视为理想变压器）的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80×104‎ V的霓虹灯供电，使它正常发光，为了安全，需要原线圈回路中接入熔断器，使画线圈电路中电流超过12mA时，溶丝便熔断.‎ ‎(1)溶丝的熔断电流是多大？‎ ‎(2)当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？‎