Урок физика 11 класс по учебнику В.А. Касьянов "Использование электромагнитной индукции на примере трансформатора"

• 1 слайд

  Назначение трансформатора Трансформатор – это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока и напряжения в электрических цепях. 30 ноября 1876 года, дата получения патента  Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Трансформатор (от лат. transformo — преобразовывать)

• 2 слайд

  Устройство трансформатора 2 катушки (обмотки) и замкнутый сердечник (магнитопровод) Вопрос: какое физическое явление позволяет во вторичной обмотке получать переменный электрический ток?

• 3 слайд

  Режим холостого хода (вторичная обмотка работает без нагрузки) Схематическое изображение трансформатора по закону Фарадея для электромагнитной индукции:  е1 = е2 = – Ф‘ ε1 = е1• N1 ε 2 = е2• N2 При разомкнутой вторичной обмотке Где К - коэффициент трансформации K>1, трансформатор понижающий K<1, трансформатор повышающий

• 4 слайд

  Режим нагрузки (ко вторичной обмотке подключен потребитель) Rн Вопрос 1. Почему, при замыкании вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока I1 первичной обмотки? Вопрос 2. Каково соотношение токов и напряжений первичной и вторичной обмоток? Р1=Р2

• 5 слайд

  Домашнее задание § 35 электронный учебник, задачи № 1015 (Рымкевич), В 26 № 31, Электромагнитная индукция в современной технике (интернет) Трансформатор Тесла.

• 6 слайд

• 7 слайд

• 8 слайд

Учетная ведомость.

Ф.И._________________________________класс_____________

N

п/п

Название выполняемого задания

Балл

оценка

Макс.

полученный

1

Домашнее задание

3балла

2

Тест «Электромагнитная индукция»

1 балл за1-4 задание, 2 балла за 5 задание

3

Работа с экспериментом

1балл за ответ

4

Задачи по теме «Трансформаторы»

По 2 балла за задачу

5

Итого

Самооценка

1. 10-12 баллов – хорошо усвоил(а), могу поделиться знаниями

2. 7-9 баллов – в основном усвоил(а), но есть некоторые вопросы

3. 3-6 баллов – усвоил(а) на воспроизводящем уровне

Учетная ведомость.

Ф.И._________________________________класс_____________

N

п/п

Название выполняемого задания

Балл

оценка

Макс.

полученный

1

Домашнее задание

3балла

2

Тест «Электромагнитная индукция»

1 балл за1-4 задание, 2 балла за 5 задание

3

Работа с экспериментом

1балл за ответ

4

Задачи по теме «Трансформаторы»

По 2 балла за задачу

5

Итого

Самооценка

1. 9-10 баллов – хорошо усвоил(а), могу поделиться знаниями

2. 8-6 баллов – в основном усвоил(а), но есть некоторые вопросы

3. 3-5 баллов – усвоил(а) на воспроизводящем уровне

Урок физики в 11 классе. Тема урока: §35 Использование электромагнитной индукции на примере трансформатора

Цели урока: образовательная – объяснить функцию трансформатора при передаче на расстоянии электрического тока без потери энергии;

развивающая – развивать навыки логического мышления, самоконтроль и взаимоконтроль;

воспитательная – побудить интерес к изучению физики, прививать бережное отношение к электроэнергии. Воспитание патриотизма и российской гражданственности

Тип урока комбинированный

Форма урока традиционная

Методы урока репродуктивный, частично- поисковый, метод самостоятельного анализа, объяснительно- иллюстративный.

Оборудование тесты, карточки, физические приборы, мультимедийная презентация.

План урока:

1. Оргмомент. Проверка готовности учащихся к уроку.1 мин

2. Проверка ДЗ

Проверка задач из В29№32, В28№31. 2 мин (У доски с подробным объяснением, с вопросами с места)

3. Адаптационно – мотивационный 5мин

Уже второй век человечество использует электрический-индукционный ток в промышленных масштабах. И все эти годы используется в основном переменный, индукционный ток. В странах Европы и Америки наибольшее распространение получил ток, меняющий свое направление 100-120 раз в секунду. В России частота переменного тока 50 Гц. Разные потребители электрического тока рассчитаны на разные напряжения. Так, большинство электробытовых приборов рассчитано на напряжение 27 и 220 В., промышленные электродвигатели на 200, 360 и 600 в.

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и водных ресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров. Пример Курской АЭС

(Р=4000 МВт ), передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток вызывает их нагревание Как не меняя мощности передать такую электроэнергию?
Как бы вы думаете, как можно решить данную проблему?
(Возможные варианты ответов:
а). увеличивая размер поперечного сечения проводника увеличить передаваемое напряжение, при этом уменьшая его сопротивление ( ).
Данное решение проблемы является невыгодным, так как требуются огромные затраты для изготовления нового кабеля и опор.
б). необходимо уменьшить силу передаваемого тока при условии постоянного значения мощности).
Осуществить это можно при помощи прибора, который практически сохраняет мощность электрического тока вырабатываемого на электростанции ,этот прибор называется трансформатором.
Как вы думаете о чем мы сегодня будем говорить, какова тема урока?

Тема урока – «Трансформаторы».
Давайте определим цели нашего урока.
(Возможные варианты ответов: познакомиться с устройством, принципом работы и применением трансформаторов).
Целью урока является рассмотрение устройства, принципа действия прибора, практического использования трансформатора, прикладного применения при решении задач.
Для сегодняшней успешной работы нам необходимо повторение (работа с тестом, взаимопроверка) 5-7 мин

4. Основной этап

1. Историческая справка

2. Объяснение учителем новой темы

Трансформатор состоит: из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали. На нем располагаются две катушки с различным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называется первичной, она подключается к источнику переменного напряжения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются к вторичной обмотке, их может быть несколько

В. Как вы думаете на каком принципе основана работа трансформатора?

О. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции во вторичной обмотке. Мгновенное значение индукции Ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: Ԑ₁ = Ԑ₂

Поскольку каждый виток первичной и вторичной обмоток пронизывает один и тот же магнитный поток, то в них возникают одинаковые ЭДС , равные по закону Фарадея для электромагнитной индукции, то:

е1 = е2 = – Ф'

ЭДС Е1 и Е2 действующие во всей первичной или вторичной обмотках, равны произведению ЭДС в одном витке е1 или е2 на число витков в обмотке N1 и N2

Ԑ₁ =- е1• N1

Ԑ₂ = -е2• N2

Вывод: ЭДС, действующие в обмотках, прямо пропорциональны числу витков в них.

Если сопротивлением обмоток можно пренебречь, то Ԑ_1≈U_1, Ԑ₂≈U₂

Объединим формулы и получим , Коэффициент трансформации.

Учитель: Для анализа электромагнитных процессов, происходящих в трансформаторе, рассмотрим два режима его работы.

Работа трансформатора на холостом ходу (опыт)

Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой, (этот режим трансформатора называют холостым ходом), то тока в ней не будет, а в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

Е ~ N

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U2 будет равно наводимой в ней ЭДС Е2.

U2 Е2

В первичной обмотке ЭДС Е1 по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U1, практически их можно считать равными.

U1 Е1

Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации.

При подаче на первичную обмотку трансформатора какого-либо напряжения U1 на вторичной обмотке мы получаем на выходе U2. Оно будет больше первичного, если обмотка содержит больше витков, чем первичная.

Итак, если N2 > N1, то U2 > U1, коэффициент трансформации k < 1 и трансформатор называется повышающим.

Если N2 < N1 и U2 < U1, то k > 1 и трансформатор называется понижающим.

Эти формулы справедливы, если ни первичная, ни вторичная обмотки не содержат активного сопротивления R. Первичная обмотка, как правило, не содержит такого сопротивления, а вторая обмотка может его содержать. Если она все же не содержит сопротивления или им можно пренебречь, то напряжение на выходе такой обмотки равно напряжению U2.

Работа трансформатора с нагрузкой. (опыт) Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникает ток. Этот ток создает магнитный поток, который согласно правилу Ленца, должен уменьшить изменение магнитного потока в сердечнике, что в свою очередь, приведет к уменьшению ЭДС индукции в первичной обмотке, поэтому ток в первичной обмотке должен возрасти, восстанавливая начальное изменение магнитного потока. При этом увеличивается мощность, потребляемая трансформатором от сети.

Если же вторичная обмотка трансформатора имеет сопротивление вторичной обмотки R2 (говорится о длине проводников из которых изготовлена обмотка, или о материале проводника, или о сечении и диаметре проводов обмотки), то на выходе вторичной обмотки напряжение U2' будет меньше расчетного напряжения U2 на величину падения напряжения U = I2 • R2 на этом сопротивлении из-за потерь энергии тока на джоулево тепло. На выход (на нагрузку) Rн ''пойдет'' меньшее напряжение:

U2' = U2 – U = U2 – I2 • R2

Потери напряжения U находят по закону Ома для участка цепи: U = I2 • R2, откуа (отмечаем, что такой же ток течет и в нагрузке Rн, так как R2 и Rн соединены последовательно).

Короткое замыкание (сварка) Объясните почему сварились гвозди?

5. Творческий этап

1. Решение задач в группах (прилагается)

Всем группам вопрос: Как, вы думаете, что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока?

6. Подведение итогов, рефлексия

7. Домашнее задание §35, в26№31, Электромагнитная индукция в современной технике. Трансформатор Тесла.

Задачи по теме «Трансформаторы»

1. группа

1. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков содержится во вторичной обмотке?

2. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 6 В и КПД трансформатора 90%. 

3.  Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 500 витков, включён в сеть напряжением 150В. Во вторичную цепь трансформатора, имеющую 165 витков, включён резистор сопротивлением 80 Ом. Найти силу тока во вторичной цепи, если падение напряжения на ней 50В.

4. Трансформатор, повышающий напряжение со 100 до 3300В, имеет замкнутый сердечник в виде кольца. Через кольцо пропущен провод, концы которого присоединены к вольтметру рис. Вольтметр показывает напряжение 0,5В. Сколько витков имеют обмотки трансформатора?

2. группа

1. Трансформатор  повышает напряжение с 120 В до 220 В и содержит 800 витков. Каков коэффициент трансформации ? Сколько витков содержится во вторичной обмотке.

2. По первичной обмотке течет ток 0,6 А, напряжение на ней 220 В. Напряжение на вторичной обмотке 11 В. Вычислите ток вторичной обмотке

3. Ток в первичной обмотке трансформатора 0,5 А, напряжение на ее концах 220 В. Ток во вторичной обмотке 11 А, напряжение на ее концах 9,5 В, Определите коэффициент полезного действия трансформатора.

4. Трансформатор повышает напряжение с U₁ = 100 В до U₂ = 5,6 кВ. На одну обмотку надели виток провода, концы которого присоединили к вольтметру, который показал напряжение U = 0,4 В. Сколько витков N₁ и N₂ имеют обмотки трансформатора?

3 Группа

1. Первичная обмотка трансформатора имеет 300 витков, вторичная 15 витков. Определить коэффициент трансформации.

2. На первичную обмотку, имеющую 500 витков, подается напряжение В. Определить силу тока и напряжение во вторичной обмотке, если по первичной протекает ток силой А количество витков вторичной обмотки 25.

3. Определите сопротивление вторичной обмотки трансформатора с коэффициентом трансформации , если при включении первичной обмотки в сеть напряжением В во вторичной обмотке идет ток А, а ее напряжение В

4. Что произойдет, если трансформатор, рассчитанный на напряжение первичной цепи 127 В, включить в сеть постоянного напряжения 110 В?

4 группа

1. На первичную обмотку трансформатора подается напряжение . Со вторичной снимается напряжение . Определить коэффициент трансформации .

2. Первичная обмотка трансформатора содержит 200 витков, вторичная 16. Напряжение на первичной обмотке В. Определить силу тока в первичной обмотке, если сила тока во вторичной А.

3. Первичная обмотка трансформатора имеет 1848 витков. Определите количество витков во вторичной обмотке, если при силе тока в ней необходимо передавать во внешнюю цепь мощность Р₂=15 Вт. Напряжение в сети В.

4. На первичную обмотку понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации 10 подается напряжение 220 В. При этом во вторичной обмотке, сопротивление которой 2 Ом, течет ток

4А. Пренебрегая потерями в первичной обмотке, определите напряжение на выходе трансформатора.

5. группа

1. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105В?

2. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%.

3. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением U₁ = 220 В и по ней проходит ток силой I₁ = 0,4 А. Напряжение на зажимах вторичной обмотки U₂ = 40 В, ее сопротивление R = 1,0 Ом, сила тока во вторичной цепи I₂ = 2,0 А. Определите коэффициент трансформации k и КПД η трансформатора

4. Трансформатор повышает напряжение с U1 = 100 В до U2 = 5,6 кВ. На одну обмотку надели виток провода, концы которого присоединили к вольтметру, который показал напряжение U = 0,4 В. Сколько витков N1 и N2 имеют обмотки трансформатора?

5. группа

1. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

2. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20В, ее сопротивление 1 Ом, сила тока 2А. Определите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

3. Понижающий трансформатор с коэффициентов трансформации, равным 10, включён в сеть с напряжением 220 В. Каково напряжение на выходе трансформатора, если сопротивление вторичной обмотки 0,2 Ом, а сопротивление полезной нагрузки 2 Ом?

4. Трансформатор, повышающий напряжение со 100 до 3300В, имеет замкнутый сердечник в виде кольца. Через кольцо пропущен провод, концы которого присоединены к вольтметру рис. Вольтметр показывает напряжение 0,5В. Сколько витков имеют обмотки трансформатора?

Тест по теме “Электромагнитная индукция” 11 класс

I вариант

1. При внесении в катушку постоянного магнита в ней возникает электрический ток. Как называется это явление?

А) электростатическая индукция;

Б) магнитная индукция;

В) электромагнитная индукция;

Г)самоиндукция.

2. За 4 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличивается от 3 до 5 Вб. Чему равно значение ЭДС индукции в рамке?

А) 0,5 В;

Б) 0,75 В;

В) 1,25 В;

Г) 8 В;

3. В однородном магнитном поле с индукцией 10 мТл по двум толстым проводящим стержням может скользить проводящая перемычка со скоростью 6 м/с. Чему равно ЭДС индукции, возникающая в контуре? Длина перемычки 1м. (см. рис. 2)

А

х

Рис. 2

) 0,6 В; Б) 0,06 В; В) 6В; Г

) 60 В;

х

К

х

х

аким будет направление индукционного электрического тока в скользящей перемычке (см. рис. 2)?

А) влево; Б) вправо; В) вверх; Г) вниз

4. Магнит вводится в алюминиевое кольцо так, как показано на рис. 3. Направление тока в кольце указано стрелкой. Каким полюсом магнит вводится в кольцо?

А

I_i

) положительным;

Б

) отрицательным;

В) северным; рис. 3

Г

) южным.

5. По П-образному проводнику, находящемуся в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости проводника, скользит проводящая перемычка (см. рисунок). На графике приведена зависимость ЭДС индукции, возникающей в перемычке при ее движении в магнитном поле. Пренебрегая сопротивлением проводника, выберите два верных утверждения о результатах этого опыта. Известно, что модуль индукции магнитного поля равен В = 0,4 Тл, длина проводника l = 0,1 м.

1) Проводник все время двигался с одинаковой скоростью.

2) Через 2 с проводник остановился.

3) В момент времени 4 с скорость проводника была равна 10 м/с.

4) Первые 2 с сила тока в проводнике увеличивалась.

5) Через 2 с проводник начал двигаться в противоположную сторону.

Тест по теме “Электромагнитная индукция” 11 класс

II вариант

1. Явление электромагнитной индукции наблюдается, когда…

1)….постоянный магнит покоится внутри замкнутой катушки.

2)….постоянный магнит удаляют из замкнутой катушки.

3)….включают ток в катушке, находящейся над второй замкнутой катушкой.

4)….постоянный магнит вносят в незамкнутую катушку.

А) только 1; Б) только 2; В) 2 и 3; Г) 2, 3 и 4.

2. За 2 с магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно увеличился от 2 до 8 Вб. Чему равно значение ЭДС индукции в контуре?

А) 1 В; Б) 3 В; В) 4 В; Г) 12 В.

3. В однородном магнитном поле с индукцией 20 мТл по двум толстым проводящим стержням может двигаться проводящая перемычка со скоростью 4 м/с. Чему равно значение ЭДС индукции, возникающей в контуре? Длина перемычки 50 см. (см. рис.2)

А) 40 В; Б) 4 В; В) 0,5 В; Г) 0,04 В.

●

●

●

●

К

Рис. 2

аким будет направление индукционного электрического тока в скользящей перемычке (см. рис.2)?

А) влево; Б) вправо; В) вверх; Г) вниз.

4. Магнит выносится из алюминиевого кольца так, как показано на рис. 3. Направление тока в кольце указано стрелкой. Каким полюсом магнит обращен к кольцу?

А

I_i

) положительным;

Б

) отрицательным;

В) северным; рис. 3

Г

) южным

5. На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведенному графику. На основании этого графика выберите два верных утверждения. Индуктивностью катушек пренебречь.

1) В промежутке между 1 с и 2 с показания амперметра были равны 0.

2) В промежутках 0−1 с и 2−3 с направления тока в левой катушке были одинаковы.

3) В промежутке между 1 с и 2 с индукция магнитного поля в сердечнике была равна 0.

4) Все время измерений сила тока через амперметр была отлична от 0.

5) В промежутках 0−1 с и 2−3 с сила тока в левой катушке была одинаковой.