【高物】同步课程_选修3-2_电磁感应A级(共12级)_第10讲_变压器的应用

第四节变压器●本节教材分析变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置.在讲解变压器的原理时，要积极引导学生从电磁感应的角度说明：原线圈上加交流电压产生交流电流，铁芯中产生交变磁通量，副线圈中产生交变电动势，副线圈相当于交流电源对外界负载供电.要向学生强调，从能量转换的角度看，变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置，经过转换后一般电压、电流都发生了变化.有的学生认为变压器铁芯是带电的.针对这种错误认识，可让学生根据电磁感应原理，经过独立思考了解到变压器铁芯并不带电，铁芯内部有磁场（铁芯外部磁场很弱）.要让学生明白，互感现象是变压器工作的基础.要让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量变化时刻都是相同的.因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关.这样，原副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系.在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论.变压器在生产和生活中有十分广泛的应用.课本中介绍了一些，教学中可根据实际情况向学生进行介绍，或看挂图、照片、实物或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识.●教学目标一、知识目标1.知道变压器的构造.2.理解互感现象，理解变压器的工作原理.3.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.4.理解理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.5.知道课本中介绍的几种常见的变压器.二、技能目标1.用电磁感应去理解变压的工作原理，培养学生综合应用所学知识的能力.2.讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义.（抓主要因素，忽略次要因素，排除无关因素）三、情感态度目标1.使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的.2.培养学生实事求是的科学态度.●教学重点变压器工作原理.●教学难点变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的.●教学方法实验探究、演绎推理.●教学用具可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡、自耦变压器、调压器、导线等.●课时安排1 课时●教学过程一、引入新课［师］在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压.各种用电设备所需的电压也各不相同.电灯、电饭煲、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的安全电压.一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压.交流便于改变电压，以适应各种不同需要.变压器就是改变交流电压的设备.这节课我们学习变压器的有关知识.二、新课教学1.变压器原理［师］出示可拆变压器，引导学生观察，变压器主要由哪几部分构成？［生］变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）.两个线圈都是绝缘导线绕制成的.铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.［师］画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：［演示］将原线圈接照明电源，交流电压表接到不同的副线圈上，观察交流电压表是否有示数？［生］电压表有示数且示数不同.［师］变压器原、副线圈的电路并不相同，副线圈两端的交流电压是如何产生的？请同学们从电磁感应的角度去思考.［生］在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量.这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势.如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势.副线圈两端的电压就是这样产生的.［师］物理上把原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象.互感现象是变压器工作的基础.［生］变压器的铁芯起什么作用？［师］如果无铁芯，并排放置的原副线圈也发生互感现象，但原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能.如有铁芯，由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率.［生］原副线圈中，感应电动势大小跟什么有关系？［师］与线圈中磁通量变化率及线圈匝数成正比.师生共同活动：1．实验探究得出理想变压器得变比关系2．推导理想变压器的变压比公式.设原线圈的匝数为N1，副线圈的匝数为N2，穿过铁芯的磁通量为Φ，则原副线圈中产生的感应电动势分别为E 1=N 1Δt1ΦΔ E 2=N 2Δt Δ2Φ 在忽略漏磁的情况下，ΔΦ1=ΔΦ2，由此可得2121N N E E = 在忽略线圈电阻的情况下，原线圈两端的电压U 1与感应电动势E 1相等，则有U 1=E 1；副线圈两端的电压U 2与感应电动势E 2相等，则有U 2=E 2.于是得到2121N N U U = ［师］请同学们阅读教材，回答下列问题：（1）什么叫理想变压器？（2）什么叫升压变压器？（3）什么叫降压变压器？（4）电视机里的变压器和复读机里的变压器各属于哪一类变压器？［生1］忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，叫做理想变压器. ［生2］当N 2＞N 1时，U 2＞U 1，这样的变压器叫升压变压器.［生3］当N 2＜N 1时，U 2＜U 1，这样的变压器叫降压变压器.［生4］电视机里的变压器将220 V 电压升高到10000 V 以上属升压变压器；复读机的变压器将220 V 电压降到6 V ，属于降压变压器.［师］理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？［生］P 出=P 入［师］若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I 1与I 2有什么关系？ ［生］据P 出=U 2I 2，P 入=U 1I 1及P 出=P 入得：U 2I 2=U 1I 1 则：121221N N U U I I == ［师］绕制原副线圈的导线粗细一样吗？［生］粗细不一样.高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线.2.几种常见的变压器［师］变压器的种类很多，请同学们阅读教材，了解几种常见的变压器，并回答下列问题：（1）自耦变压器有何特点？（2）自耦变压器如何作升压变压器？又如何作降压变压器？（3）互感器分为哪几类？（4）电压互感器的作用是什么？（5）电流互感器的作用是什么？［生1］自耦变压器只有一个线圈，滑动头位置变化时，输出电压会连续发生变化. ［生2］若把整个线圈作副线圈，线圈的一部分作原线圈，为升压变压器；若把线圈的一部分作副线圈，整个线圈作原线圈，为降压变压器.［生3］互感器分为两类，即电压互感器和电流互感器.［生4］电压互感器用来把高电压变成低电压.它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表，根据电压表测得的电压U 2和变压比，就可以算出高压电路中的电压.［生5］电流互感器用来把大电流变成小电流.它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表.根据电流表测得的电流I 2和变流比，可以算出被测电路中的电流.三、小结本节课主要学习了以下内容：1.变压器主要由铁芯和线圈组成.2.变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象.3.理想变压器：忽略一切电磁损耗，有P 输出=P 输入2121N N U U = 1221N N I I = 4.日常生活和生产中使用各种类型的变压器，但它们遵循同样的原理.四、作业（略）五、板书设计六、本节优化训练设计【例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 ．3mAB ．0C ．48mAD ．与负载R 的值有关【例2】一理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，如图所示。

—－可编辑修改，可打印——别找了你想要的都有！精品教育资料——全册教案，，试卷，教学课件，教学设计等一站式服务——全力满足教学需求，真实规划教学环节最新全面教学资源，打造完美教学模式物理选修3--2第四章电磁感应知识点汇总（训练版）知识点一、电磁感应现象1、电磁感应现象与感应电流.（1）利用磁场产生电流的现象，叫做电磁感应现象。

（2）由电磁感应现象产生的电流，叫做感应电流。

物理模型上下移动导线AB，不产生感应电流左右移动导线AB，产生感应电流原因:闭合回路磁感线通过面积发生变化不管是N级还是S级向下插入，都会产生感应电流，抽出也会产生，唯独磁铁停止在线圈力不会产生原因闭合电路磁场B发生变化。

开关闭合、开关断开、开关闭合，迅速滑动变阻器，只要线圈A中电流发生变化，线圈B就有感应电流。

知识点二、产生感应电流的条件1、产生感应电流的条件：闭合电路．．．．．．．。

．．．．中磁通量发生变化2、产生感应电流的常见情况 .（1）线圈在磁场中转动。

（法拉第电动机）（2）闭合电路一部分导线运动(切割磁感线)。

（3）磁场强度B变化或有效面积S变化。

(比如有电流产生的磁场，电流大小变化或者开关断开)3、对“磁通量变化”需注意的两点.（1）磁通量有正负之分，求磁通量时要按代数和（标量计算法则）的方法求总的磁通量（穿过平面的磁感线的净条数）。

（2）“运动不一定切割，切割不一定生电”。

导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。

知识点三、感应电流的方向1、楞次定律.（1）内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

（2）“阻碍”的含义.从阻碍磁通量的变化理解为:当磁通量增大时，会阻碍磁通量增大，当磁通量减小时，会阻碍磁通量减小。

从阻碍相对运动理解为:阻碍相对运动是“阻碍”的又一种体现，表现在“近斥远吸，来拒去留”。

（3）“阻碍”的作用.楞次定律中的“阻碍”作用，正是能的转化和守恒定律的反映，在克服这种阻碍的过程中，其他形式的能转化成电能。

高中物理选修3-2变压器1、理想变压器（1）构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

②副线圈：与负极连接的线圈，也叫次级线圈。

③闭合铁芯（2）原理：电流磁效应、电磁感应（3）基本公式①功率关系：P入=P出无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率纸盒②电压关系：U1U2=n1n2即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。

有多个副线圈时，U1n1=U2n2=U3n3③电流关系：只有一个副线圈时I1I2=n2n1由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时，U1I1=U2I2+U3I3+⋯+U n I n当原线圈中U1、I1代入有效值时，副线圈对应的U2、I2也是有效值，当原线圈中U1、I1为最大值或瞬时值时，副线圈中的U2、I2也对应最大值或瞬时值④原副线圈中通过每匝线圈的磁通量的变化率相等⑤原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样（4）几种常用的变压器①自耦变压器-调压变压器如图是自耦变压器的示意图。

这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。

如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。

调压变压器：就是一种自耦便要，它的构造如图所示。

线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上。

AB之间加上输入电压U1。

移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。

②互感器{电压互感器：用来把高电压变成低电压电流互感器：用来把大电流变成低电流交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。

用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流，这个问题就可以解决了。

这种变压器叫做互感器。

a、电压互感器电压互感器用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高电压电路中，副线圈接入交流电压表。

根据电压表测得的电压U2和铭牌上注明的变压比（U1U2），可以算出高压电路中的电压。

变压器知识元变压器的构造和原理知识讲解变压器的原理1．变压器的结构和特点（1）结构：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

.铁芯的作用：使绝大部分磁感线集中在铁芯内部，提高变压器的效率。

原线圈：也叫初级线圈，其匝数用n1表示副线圈：也叫次级线圈，其匝数用n2表示输入电压：U1输出电压：U2（2）特点：原线圈与交流电源相连，副线圈与负载相连。

2．变压器的工作原理及变压规律（1）互感现象交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交变磁场在副线圈中产生感应电动势，当副线圈两端连接负载并闭合时，副线圈中有电流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过原线圈，在原线圈中产生互相感应的现象。

（2）工作原理电磁感应是变压器的工作原理，即互感现象是变压器工作的基础。

（3）能量转换由于这种互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。

其能量转换方式为：原线圈电能磁场能副线圈电能。

变压器的种类几种常见的变压器（1）自耦变压器：又称为调压变压器，自耦变压器，它只有一个线圈，把全部线圈作为原线圈或副线圈，线圈的一部分作为副线圈或原线圈。

由此自耦变压器可以降压，也可以升压，变压器的基本规律对自耦变压器均适用。

（2）电压互感器：用来把高电压变成低电压或者用来测量交流高电压，使用时，把原线圈与被测电路并联。

如图甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。

互感器将高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。

（3）电流互感器：用来把大电流变成小电流或者测量交流大电流，使用时，把原线圈与被测电路串联。

如图乙所示，原线圈串联在待测高电流电路中，副线圈接电流表。

互感器将大电流变为小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出高电流电路中的电流。

理想变压器的规律1．理想变压器理想变压器是实际变压器的近似。

理想变压器有三个特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都一样，每匝线圈中所产生感应电动势相等。

4 变压器教学设计(一)整体设计教学分析变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置。

学生通过前面《电磁感应》整章的学习，已经对磁生电以及涡旋电流有了基本的掌握，通过《交变电流》前两节的学习，对交变电流的特点也比较清楚，已经基本具备了学习变压器这一节内容的必备知识。

本节重点是从电磁感应和能量的转化与守恒两种角度深刻理解变压器的工作原理以及探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系并能用它解决基本问题。

对于变压器工作原理，要让学生在电磁感应理论的基础上理解什么是互感现象？为什么原、副线圈之间在没有载流导体连接的状态下，副线圈中还可以输出电流？使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交变电流的优点。

在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论。

本节内容是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，承上启下，体现出了交变电流的优点，并为电能输送奠定了基础。

教学目标1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理。

2．通过实验，探究变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系并能用它们解决基本问题。

3．了解理想化模型在物理学研究中的重要性。

从探究“电压与匝数关系”全过程指导学生学习物理思想与方法。

4．了解变压器在生活中的应用。

教学重点难点1．探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系并能用它解决基本问题。

2．从电磁感应和能量的转化与守恒两种角度理解变压器的工作原理。

教学方法与手段演示、推理、实验探究法、合作学习法。

课前准备教学媒体1．教具：台式电脑、投影屏幕、实物投影仪；多媒体课件；可拆式变压器、学生电源、开关、小灯泡、导线、多用电表等。

2．学具：(分组用实验器材)可拆变压器、学生电源、开关、导线、多用电表等。

知识准备复习电磁感应、法拉第电磁感应定律及交变电流的知识。

课前收集变压器或拍摄变压器的照片、网上下载的图片。

一、电感器对交变电流的阻碍作用二、电容器对交变电流的阻碍作用三、变压器的原理变压器的原理知识点高考考纲例题一、电感器对交变电流的阻碍作用1、关于电感对交变电流的影响，下述说法中正确的是（）A．电感不能通直流电流，只能通交变电流B．电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同C．同一个电感线圈对频率越低的交变电流的阻碍越小D．同一个电感线圈对频率越高的交变电流的阻碍越小【答案】C【解析】电感既能通直流电，也能通交流电，对直流电阻碍作用很小，对交流电阻碍作用较大，且随交流电频率的升高，阻碍作用增大．、、分别与盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三种元件串联，再2、如图所示，三只完全相同的灯泡a b c将三者并联，接在正弦交变电路中，三只灯泡亮度相同。

若保持电路两端电压有效值不变，将交变电流的频率增大，观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变。

则三个盒子中的元件可能是（）A．Ⅰ为电阻，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电感器B．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电阻，Ⅲ为电容器C．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电阻D．Ⅰ为电容器，Ⅱ为电感器，Ⅲ为电阻【答案】C【解析】交流电频率增大，灯a 变暗，阻抗变大，说明I 是电感线圈，灯b 变亮，阻抗变小，说明II 是电容器，灯c 亮度不变，说明III 为电阻。

故C 正确，ABD 错误；故选C 。

3、如图所示,当交流电源的电压（有效值）220V U =，频率50Hz f =时，三只灯A B C 、、的亮度相同（L 无直流电阻）将电源改为220V U =的直流电源，则（ ）A ．A 灯比原来亮B ．B 灯比原来亮C ．B 灯和原来一样亮D ．C 灯比原来亮【答案】B【解析】三个支路电压相同，当电源改为220V U =的直流电源，则电感的感抗减小，而直流不能通过电容器，电阻所在支路对电流的阻碍作用不变，所以流过B的电流变大，流过A 的电流变为零，流过C的电流不变，故A、C、D错误，B正确。

4、（2007高三上期末西城区）如图所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C分别串联一个灯泡后并联在电路中．接入交流电源后，三盏灯亮度相同．若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，则下列判断正确的是（）A．灯泡1L将变亮B．灯泡2L将变暗C．灯泡3L将变暗D．灯泡亮度都不变【答案】A B【解析】若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，对电阻没有影响，而电容器对其阻碍变大，线圈对其阻碍变小．所以灯泡1L将变亮，灯泡2L将变暗，灯泡3L将亮度不变．5、（2007高三上期末海淀区）两个相同的白炽灯1L和2L，接到如图所示的电路中，灯1L、处接电压最大值为、频率为f的正弦交流与电容器串联，灯2L与电感线圈串联，当a b电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯1L的亮度大于灯2L的亮度．新电源电压的最大值和频率可能是（）A．最大值仍为m U，而频率大于fB．最大值仍为m U，而频率小于fC．最大值大于m U，而频率仍为fD．最大值小于m U，而频率仍为f【答案】A、接在电压最大值为m U、频率为f的正弦交流电源1E两极之间时，两只灯【解析】当将a b泡都发光，且亮度相同．而更换一个新电源后，灯1L的亮度高于灯2L的亮度，则说明线圈的感抗比电容器的容抗大，那么新电源的频率大，最大电压值可不变，也可大于，或可小于．故A正确，BCD错误；6、如图所示，三个灯泡是相同的，而且耐压足够，电源内阻忽略．当单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那S 接B 时（ ）A ．三个灯亮度相同B ．甲灯最亮，丙灯不亮C ．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D ．只有丙灯不亮，乙灯最亮【答案】D【解析】开关S 接A 时，甲､乙､丙三个支路均有交流电通过．开关S 接B 时，电路处于直流工作状态，电容C “隔直､通交”；电感L “阻交､通直”；R 对交､直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I =丙，I 甲不变，I 乙增大；又因为灯泡亮度与热功率(2P I R =)成正比．所以只有丙灯不亮，乙灯最亮，故选D ．二、 电容器对交变电流的阻碍作用7、如图所示，理想变压器的输出端有三组次级线圈，分别接有电阻元件R 、电感元件L 和电容元件C 。

一、电磁感应现象中的洛伦兹力电磁感应与电路的综合问题一知识点高考考纲一、容易1、如图甲所示，固定于水平面上的两根互相平行且足够长的金属导轨，处在方向竖直向下的匀强磁场中．两导轨间距离l = 0.5 m，两轨道的左端之间接有一个R =0.5 Ω的电阻．导轨上垂直放置一根质量m=0.5 kg的金属杆．金属杆与导轨的电阻忽略不计．将与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，使杆从静止开始运动，杆最终将做匀速运动．当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如图乙所示．取重力加速度g=10m/s2，金属杆与导轨间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，金属杆始终与轨道垂直且它们之间保持良好接触．（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）求磁感应强度B的大小，以及金属杆与导轨间的动摩擦因数μ【答案】（1）加速度减小的变加速直线运动（2）1T；0.4【解析】（1）当对杆施加一定得拉力而使杆运动时，杆切割磁感线产生感应电流，电流产生的安培力又阻碍杆的运动，当速度越大，安培力就越大，直到拉力与安培力，摩擦力为零时，杆做匀速直线运动，故杆做匀速直线运动前，杆的加速度是变化的，所以它做变加速直线运动，由于杆受到的合力是最小的，故加速度逐渐减小，所以杆做的是加速度逐渐减小的变加速直线运动．（2）设杆匀速运动的速度为v，则此时杆产生的感应电动势E Blv=电路中的电流为E Blv IR R ==安培力的大小为22B l v F BlIR ==设摩擦力为f，则当拉力为4N时，杆匀速的速度为4m/s，故22(0.5)4 4N=N0.5Bf⨯⨯+图甲例题则当拉力为8N 时，杆匀速的速度为12m/s ，故(0.5)128N N 0.5B f ⨯⨯=+解之得：1T B =，2N f =故金属杆与导轨间的动摩擦因数20.40.510f f N mg μ====⨯2、如图所示，两根竖直放置的足够长的光滑平行金属导轨间距为l ，导轨上端接有电阻R 和一个理想电流表，导轨电阻忽略不计。