【教案】2017沪科版高中物理选修（3-2）第3章第2节《变压器为什么能改变电压电能的开发与利用》学案.docVIP

学案2　变压器为什么能改变电压　电能的开发与利用 [学习目标定位] 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系.4.了解我国电能开发与利用的现状及前景． 1．当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感．利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈． 2．电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积，即P＝UI. 一、变压器 1．变压器主要由铁心和绕在铁心上的线圈两部分组成．接电源的线圈叫原线圈(或初级线圈)，接负载的线圈叫副线圈(或次级线圈)． 2．变压器工作的基本原理是电磁感应． 二、探究变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系 1．理想变压器的输入电压跟输出电压之比，等于它的原、副线圈匝数之比．公式：＝. 2．理想变压器原、副线圈电路中的电流之比，与原、副线圈的匝数成反比．公式：＝. 三、常见的变压器 常见的变压器有：电力变压器、自耦变压器、互感器、电源变压器等． 四、电能的开发与利用的前景 新能源主要有：太阳能、核能、风能、地热能、海浪能、潮汐能等. 一、变压器的原理及电压与匝数的关系 [问题设计] 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁心上，一个线圈通过开关连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图1所示)． 图1 (1)小灯泡能发光吗？为什么？ (2)若小灯泡发光，那么小灯泡两端电压与什么因素有关？ (3)若将原线圈接到恒定的直流电源上，小灯泡亮不亮？分析讨论原因． 答案　(1)能发光，当左边线圈加上交变电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁心中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光． (2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则E1＝n1；若右边匝数为n2，则E2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻，则有E1＝E电源，这样看来小灯泡两端电压与左侧交流电源电动势及两线圈匝数比都有关系． (3)不亮．原线圈接到恒定直流电源上，通过原线圈的电流的大小、方向均不变，它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变，因此在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端没有电压，所以小灯泡不亮． [要点提炼] 1．互感现象是变压器的工作基础．因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(后两空填“变化”或“恒定”) 2．变压器不能(填“能”或“不能”)改变交变电流的频率． 3．变压器中的电压关系： (1)只有一个副线圈：＝. (2)有多个副线圈：＝＝＝…… 4．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． 二、理想变压器中的功率及电流关系 [问题设计] 1．什么是理想变压器？理想变压器输入与输出功率有什么关系？ 答案　理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗．所以理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出． 2．若只有一个副线圈，原、副线圈中的电流与匝数有什么关系？ 答案　由能量守恒定律，有P入＝P出，即U1I1＝U2I2. 所以＝＝ 3．若有多个副线圈时，电流与匝数间的关系是什么？ 答案　若有多个副线圈P1＝P2＋P3＋……，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…… 将U1∶U2∶U3∶……＝n1∶n2∶n3∶……代入得 n1I1＝n2I2＋n3I3＋…… [要点提炼] 1．理想变压器的特点： (1)变压器铁心内无漏磁；无发热损失． (2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失． 实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器． 2．功率关系：P入＝P出． 3．电流关系： (1)若只有一个副线圈，有I1U1＝I2U2，即＝. (2)当有多个副线圈时I1U1＝I2U2＋I3U3＋…… 得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…… 三、几种常见的变压器 1．自耦变压器如图2所示，铁心上只绕有一个线圈，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． 图2 规律　＝　＝. 2．电压互感器 (1)构造：小型降压变压器，如图3甲所示． (2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表；为了安全，电压互感器的铁壳和副线圈应接地． (3)作用：将高电压变成低电压，通过测量低电压，计算出高压电路中的电压． 图3 3．电流互感器 (1)构造：小型升压变压器，如图乙所示． (2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表；如果被测电路是高压电路，为了安全，电流互感器的外壳和副线圈应接地．