高二物理变压器教案

第四节变压器

【教学目标】

１、了解使用变压器的目的,知道变压器的基本构造,知道理想变压器和实际变压器的区别。

2、知道变压器的工作原理,会用法拉第电磁感应定律解释变压器的变比关系。

3、知道不同种类的变压器。

【教学重点】

变压器的工作原理,互感过程的理解及电压与匝数的关系。

【教学难点】

互感过程的理解,变比关系的推导和理解

【教学方法】

演示、推理、学生实验

【教具】

学生电源、可拆变压器、交流电压表、小灯泡、多用电表(交流电压档)

【教学过程】

引入新课

今天我们要学习的是变压器这一节,在进入新课前，我们来看这样一组数据。

投影:

提问:我们发现不同的用电器所需的额定电压是不同的,但是我国民用供电电压均为２２０V，怎样才能让这些工作电压不同的用电器正常工作呢？

回答:用我们今天所要学习的设备――变压器。

演示实验:出示交流电源，用交流电压表(量程1０V)测其电压为7Ｖ，若想用这个电源来使额定电压为3V的小灯泡正常发光，显然不能直接接电源，我们就可以利用变压器将电源电压降下来后再接灯泡。

现象：灯泡能够正常发光。

这说明变压器是能够改变交流电压的设备。

过渡：为什么变压器会有这样的功能呢?就让我们先从变压器的构造说起。

一、变压器的构造

最典型的变压器是由两个线圈和闭合铁芯构成。

展示可拆变压器,左右各有一个线圈套在铁芯上,其中一个与电源相连的称为原线圈(或初级线圈),另一个与用电器相连的称为副线圈(或次级线圈）。线圈是由绝缘的导线绕制的。闭合的铁芯是由涂有绝缘漆的薄硅钢片叠加而成的。线圈与铁芯彼此绝缘。

投影：变压器的示意图,原副线圈的匝数一般是不同的,n１和n2分别表示原线圈和副线圈的匝数，U

１和U2表示原线圈和副线圈的端电压。

提出疑问：从前面的实验中看到灯泡能够发光，说明副线圈两端是有电压的,但是线圈和铁芯彼此

绝缘,不可能将原线圈的电能直接传送到副线圈来,那么这个电压是如何产生的呢?

其实变压器也是法拉第电磁感应现象的一种应用,我们可以具体来分析变压器是如何工作的。

二、变压器的工作原理

分析：把交变电压加在原线圈上,原线圈中的交变电流产生交变的磁场，将铁芯磁化并在铁芯中产

生交变的磁通量,这个交变的磁通量不但穿过原线圈,也穿过副线圈，所以也在副线圈中激发感应电

动势。如果副线圈两端连着用电器,副线圈中就会产生交变电流。这一交变电流也产生交变的磁通

量,交变的磁通量同样即穿过副线圈也穿过原线圈，所以也都会引起感应电动势。把原线圈引起的

总感应电动势用E１表示,副线圈引起的总感应电动势用E2表示。

显然,这一过程中原副线圈是互相感应的，我们就把原、副线圈中由于有交变电流而产生的互

相感应的现象，称为互感现象。

因此,通过互感现象，副线圈中产生了感应电动势,相当于一个电源可以对外供电了。

提问学生:若是接直流电源的话,副线圈两端还会有电压吗？

演示实验:接直流电时,灯泡不亮，副线圈两端电压为零。

从能量的角度解释,接交流电时,由于互感现象原线圈的电能先转化为磁场能再转化为副线圈的电能。而接直流电时，不能发生这样的能量转化。

提问：在变压器通过交变磁场传输电能的过程中，闭合铁芯起什么作用?

演示实验:取下可拆变压器的一块铁芯,使其不闭合,观察现象。

发现灯变暗了,甚至不亮，而重新加上铁芯后,正常发光。

说明：若没有铁芯,则磁感线漏失在空间中，只有一小部分穿过另一线圈，而加上铁芯后可以使磁感县绝大部分集中在铁芯中,使得能量转化的效率大大提高了。

三、理想变压器的变压规律

若将漏失的磁通量忽略不计,可认为穿过原副线圈的磁通量相同变化情况也相同,则在每匝线圈中产生的感应电动势是一样的，但因为原副线圈的匝数不同，则有：

E 1 = n １t ??Φ E 2 = n 2t

??Φ 由此可得

21E E =21n n 若将原线圈导线电阻忽略不计，则 U 1 = E 1。

若将副线圈导线电阻忽略不计,则因为副线圈可以看成一个电源，忽略内阻,电动势等于路端电压，U 2 ＝ E 2。 因此:

像这样忽略了原副线圈的电阻以及各种电磁能量损失的变压器,称为理想变压器。可见,理想变压器原副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数比。

过渡:对于电压与匝数间的关系我们可以自己动手做实验验证一下。

学生实验:１、介绍仪器a 、4Ｖ学生交流电源

投影：ｂ、小型变压器，不同于可拆变压器，两个线圈套在一起，每个线圈都标有匝数,铁芯上下拼成日字形状,使线圈处于铁芯的中间，这样同样能使得穿过原副线圈的磁通量相同。

c 、万用表,可以测量交流电压,先使得转动旋钮调在交流电压10V 量程挡上,读数可以在表盘上读取，

测量时直接用表笔接触接线柱。

2、测量,并记录数据

3、提问学生，并得到结论:a 、在误差范围内,有

21U U =21n n 略有误差是因为,此时忽略了原副线圈的电阻和漏磁。

ｂ、如果n 2＞n 1 ,则输出电压高,称升压变压器；

如果n 2＜n 1 ，则输出电压低，称降压变压器。

对于理想变压器而言，还有一个重要特点是将铁芯中发热的能量忽略不计。我们知道绕在在铁芯上的线圈通交流电后会在铁芯中产生涡流,损失能量,但是铁芯如果用薄硅钢片叠加制成的话,可以使损失大大降低，甚至可以忽略不计。

因此,理想变压器输入的电功率等于输出的电功率,即

P 1＝P 2

U 1Ｉ1＝Ｕ2I ２

由此可得, 1

21221n n U U I I == 所以,理想变压器的原副线圈的电流跟他们的匝数成反比。

由这一关系，可知若是高压线圈匝数多,但电流小，可用较细的导线,可以节省材料；若是低压线圈匝数少但是电流大,就要用较粗的导线。所以,我们可以从导线的粗细来判断其匝数的多少，进而判断使升压变压器还是降压变压器。

四、几种常见的变压器

投影图片

1、自耦变压器

特点:只有一个线圈,滑动头P 改变位置时,输出电压也会改变

若将整个线圈作原线圈,则n 2＜n １为降压变压器,

若将整个线圈作副线圈，则n ２＞n 1为升压变压器。

2、互感器

应用:用于将高电压变成低电压，或将大电流变成小电流的变压器。这样可以测量高电压和大电流了。

a 、电压互感器

要求:原线圈并联进电路，副线圈接交流电压表，原线圈匝数大于副线圈匝数。

b 、电流互感器

要求:原线圈串联进电路,副线圈接交流电流表,原线圈匝数小于副线圈匝数。

五、小结

本节课主要学习了以下内容：

1、 变压器由线圈和铁芯组成。

2、 变压器可以改变交流电的电压和电流，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 1=P 2

21U U =21n n 1

221n 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。