高中物理《变压器》教案2-新人教版必修1.doc

变压器
教学目标：
知识与技能：
（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。
过程与方法：
（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）
情感、态度与价值观：
（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
教学过程：
新课导入：
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。一般的家用电器需要220 V的电压，动力用电需380 V电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压，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。

新课教学：
（一） 变压器的原理：
1、构造：
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？
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。

2、工作原理：
演示实验：原线圈接交流电源，副线圈接小灯泡，小灯泡发光。
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。这个交变的磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要产生感应电动势。当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向负载供电。在副线圈中产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。
在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。
从能量转化的角度，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置。
由于互感现象，尽管两个线圈之间没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。
问：变压器的铁芯起什么作用？
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。
变压器对恒定电流不能变压。
因为变压器接入恒定电流，在铁芯中不会产生交变的磁通量，没有互感现象出现。

（二）理想变压器：
没有漏磁及发热损失的变压器，即没有能量损失的变压器叫理想变压器。
1、实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系：
（1）保持原线圈匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响；
（2）保持副线圈匝数不变，改变原线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响；
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，在不考虑铁芯漏磁的情况下，穿过原、副线圈的磁通量变化率相同。
在原副线圈中产生的感应电动势分别为： ， ， ；
对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电阻，则，；
时，，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；
时，，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器；
当有几组副线圈时，有：
3、功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有；
4、电流关系：当只有一个副线圈时，
当有多个副线圈时，
问：绕制原副线圈的导线粗细一样吗？
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。
需注意的几个问题：
（1）变压器输出电压与输入电压的频率相等。
（2）当理想变压器原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，确定其他物理量时，依据以下原则：
①输入电压决定输出电压；，当不变时，不论负载电阻是否变化，
都不会改变。
②输出电流决定输入电流；在输入电压一定的情况下，输出电压也被确定。
当负载电阻R减小时，增大，则相应增大；当负载电阻R增大时，减小，则
相应减小；
③输出功率决定输入功率；理想变压器的输入功率与输出功率相等。在输入电压
一定的情况下，输出电压也被确定。当负载电阻R增大时，，减小，减小，
输入功率也相应的减小；当负载电阻R减小时，，增大，增大，输入功率也相应的增大；
（三）几种常见的变压器：
（1）自耦变压器：

如图所示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，将可以降低电压；
如果把线圈的一部分作原线圈，这个线圈作副线圈，
就可以升高电压。

（2）调压变压器：
属于自耦变压器。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，移动滑动
触头P的位置就可以调节输出电压。
（3）互感器：
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。可以用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流。互感器分为电压互感器和电流互感器两种。

①用来把高电压变成低电压。原线圈并联在高压电路中，
副线圈上接上交流电压表，根据电压表测得的电压

和铭牌上标明的变压比（），就可以算出高压电路中的电压。
为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。
②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和铭牌上
标明的变流比（），可以算出被测电路中的电流。
如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地。
例1、
如图所示，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，电流表A1的示数是12mA，则电流表A2的示数为（ B ）

A、2mA
B、0mA
C、48mA
D、与负载R的值有关
解析：变压器不能工作在恒定电压和恒定电流的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在原线圈中通过的是恒定电流，不能引起副线圈磁通量的变化，在副线圈中无感应电动势产生，所以A2中无电流通过。
例2、
如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1：n2=4：1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比

PA：PB=________，两电阻两端的电压之比UA：UB=_________。
解析：原、副线圈中的电流之比：
，，
例3、
如图所示，（a）是一理想变压器的电路连接，（b）是在原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图象，已知原副线圈的匝数比为10：1，电流表A2的示数为2A，开关S断开，求：
（1）变压器输入功率和电压表的示数；
（2）将开关S闭合，定性分析电路中三只电表的示数变化情况。

解析：（1）由图（b）可知电压的有效值U1=200V，由得副线圈电压=20V，变压器的输入功率P1等于P2，P1=P2=U2I2=20×2=40W。
（2）将S闭合，U2不变，即电压表示数保持为20V不变，由于负载增多，负载的总电阻减小，电流表A2的示数增大，副线圈的输出功率增加，原线圈的输入功率随之增加，电流表A1的示数增大。
例4、

如图所示，理想变压器有两个副线圈，原线圈1接220V的交流电源，副线圈2的匝数为30匝，两端并有“12V、12W”的灯泡L正常发光，副线圈3的输出电压为110V，接有电阻R，通过R的电流为0.4A，求：
（1）副线圈3的匝数n3；
（2）原线圈1的匝数n1和通过它的电流I1。

解析：理想变压器线圈两端的电压与匝数成正比，输入功率等于输出的总功率，对于有几个副线圈的情况也成立，但存在多个副线圈时电流关系要从功率关系来确定。
（1）由得=275匝
（2）由得=550匝
由P1=P2+P3=（12+110×0.4）W=56W得原线圈中的电流=0.255A

例5、
在绕制变压器时，某人将两个线圈在如图所示变压器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一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的

匝数之比为。在不接负载的情况下（ BD ）
A、当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为110V
B、当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为55V
C、当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为220V
D、当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压110V
解析：，
，
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流的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。
对于理想变压器：，，；
（3）日常生活中常见的变压器。
作业：创新课时训练：P27-28