高中物理32远距离输电教案Word格式.docx
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（一）引入新课
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
电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。
一般半导体收音机的电源电压不超过10V，而电视机显像管却需要10000V以上的高电压。
从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？
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）进行新课
1、变压器的原理
思考与讨论：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
问题1：
两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？
这个实验说明了什么？
答：
当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。
实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。
变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。
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。
变压器的结构示意图和符号，如下图所示：
互感现象时变压器工作的基础。
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。
所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。
问题2：
变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？
下面我们通过实验来探究。
目的：
探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
器材：
可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干
实验步骤：
（1）按图示电路连接电路
（2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=
n1，n1，2n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
（3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=
n2，n2，2n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
U1＝6V
实验次数
1
2
3
4
5
6
原线圈匝数n1
n1
n2
副线圈匝数n2
2n1
2n2
副线圈输出电压U2
结论
（4）总结实验现象，得出结论。
注意事项：
（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。
（2）注意人身安全。
只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V
（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。
电压与匝数的关系
电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。
所以，变压器工作时存在能量损失。
没有能量损失的变压器叫做理想变压器。
，只适用于理想变压器。
实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。
问题3：
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？
因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入
问题4：
若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？
据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：
U2I2=U1I1则：
上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。
如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；
如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。
升压变压器n2＞n1，降压变压器n2＜n1。
升压变压器，I2<
I1，降压变压器，I2>
I1。
问题5：
在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？
降压变压器呢？
因为升压变压器，I2<
I1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。
降压变压器，I2>
I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。
三、几种常用的变压器
1．自耦变压器
（1）自耦变压器的示意图如图17－4－2所示．
图17－4－2
（2）特点：
铁芯上只绕有一个线圈．
（3）用途：
可升高电压，也可降低电压．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（图17－4－2甲）；
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（图17－4－2乙）．
2．调压变压器
（1）构造：
线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，如图17－4－3所示．
图17－4－3
（2）变压方法：
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．
3．互感器
（1）用途：
把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流．
（2）分类：
①电压互感器
如图17－4－4所示，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U2和铭牌上注明的变压比（U1/U2），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．
图17－4－4 图17－4－5
②电流互感器
如图17－4－5所示，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I2和铭牌上注明的变流比（I1/I2）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．
问题全解
变压比、变流比公式的适用围．
理想变压器各线圈两端电压与匝数成正比的关系式
，不仅适用于原、副线圈只有一个的情况．而且适用于有多个副线圈的情况．这是因为理想变压器的磁通量是全部集中在铁芯的，因此穿过每组线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比．在线圈阻不计的情况下，线圈两端的电压就等于线圈中产生的电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比．可见公式
是普遍适用的关系式，既适用于原、副线圈间电压的计算．也适用于任意的两个副线圈间电压的计算，但理想变压器原、副线圈中电流与匝数成反比的关系式
只适用于原、副线圈各有一个的情况，一旦有两个或多个副线圈时，该关系式便不适用．这种情况下，可应用理想变压器输入功率和输出功率相等的关系列出关系式U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn来确定电流间的关系．
变压器能否改变直流电压？
变压器是利用电磁感应原理来改变电压的装置．要产生感应电动势，必有磁通量发生变化．当原线圈加上交流电时，原线圈产生的交变的磁通量通过副线圈时就产生感应电动势；
若原线圈以恒定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了．
但是，若在原线圈以方向不变而大小变化的脉冲电流，同样也可以达到变压的目的．汽车、摩托车就是设一个特殊开关，产生脉冲电流送入变压器中，获得高电压来提供汽油机的点火电压的．
变压器与滑动变阻器变压的不同．
变压器的工作原理是电磁感应，一般应接交流，能使交流电压升高或降低．滑动变阻器工作原理是串联电阻分压，可接交流或直流，但只能使电压降低．
原、副线圈用粗细不同导线绕制的原因．
变压器由两个线圈组成：
一个为原线圈，另一个为副线圈．这两个线圈的电压不同．作为高压线圈的匝数多、通过的电流小，根据焦耳定律和节材原则，应用较细的导线绕制；
作为低压线圈的匝数少、通过的电流大，根据焦耳定律和节能原则，应当用较粗的导线绕制．因此，我们打开变压器时看到两个线圈粗细不同，用粗导线绕制的线圈为低压线圈，用细导线绕制的线圈为高压线圈．
变压器能否改变交流电的频率？
对变压器，当加在原线圈上的交变电压发生一个周期变化时，原线圈中的交变电流就发生一个周期变化，铁芯中产生的交变磁通量也发生一个周期变化，副线圈中产生的交变电动势（电压）也发生一个周期变化，因此，变压器只能改变交流电的电压及电流，不能改变交流电的频率．
问题6：
变压器是否一定能改变交流电的电压？
变压器要工作，必须穿过副线圈的磁通量发生变化．如果穿过副线圈的磁通量不变，则变压器不能工作（变压）．
如图17－4－6所示，原线圈导线采用“双线绕法”．
（1）若b、d相接，a、c作为电压输入端，两线圈中形成的磁通量任何时刻方向相反，若彼此作用互相抵消，穿过的磁通量为零，没有电磁感应现象，此时，“交流不变压”．
（2）b、c相接，a、b作为输入端，两线圈中形成的磁通量方向相同，作用相互加强，此时两线圈的效果相当于一个匝数为两线圈匝数之和的单个线圈，能变压．（3）若a、c相接，b、d相接后分别接上交流电源，相当于两匝数相等（仅讨论此情况）的线圈并联，电压跟匝数的关系与单个线圈相同（对副线圈同理可讨论）．
图17－4－6
综上分析：
变压器不一定都能改变交流电的电压．
例题1.输送10kw的电功率，采用400V的电压输电，线路的电阻为10欧姆，求：
线路损失的电压和功率，用户得到的电压和功率是多少？
例题2、输送10kw,400v的交流电，采用10KV的高压输电，线路的电阻为10欧姆，求：
（1）升压变压器的匝数比。
（2）如果降压变压器的匝数比为45:
1那么，线路损失的电压和功率，用户得到的电压和功率为多少？
例题3、有一台阻止为1欧姆的发电机，供给给一学校照明用电，如图所示。
生压变压器原。
副线圈匝数比为为4:
1，输电线的总电阻为4欧姆。
全校共有22个班，每班有“220V，40W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则：
（1）发电机的电动势为多大？
（2）发电机的输出功率为多大？
（3）输电效率为多少？
2、实例探究
理想变压器基本规律
例1、一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）
A.交流的频率B.电流的有效值
C.电功率D.磁通量变化率
理想变压器的综合应用
例2、如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（）
A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大
B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小
C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大
例3、如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3。
5、巩固练习
1、理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6V的电池上，则副线圈两端电
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