3.3 变压器【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第二册）

鲁科2019 第3节 变压器 高中物理选择性必修二 第3章 交变电流与远距离送电 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理 以下电器或电子设备的工作电压你知道吗？ 摄像头 12V 洗衣机 220V 警用电击棍 2万V 智能手机 3.7V 发电厂发出的交流电压高达几万伏 我们国家民用供电为220伏 如何使各种额定电压不同的电器设备正常工作呢？ 这就需要一种能改变交变电流电压的电气设备 变压器 让电压升高 升压变压器 降压变压器 让电压降低 变压器的结构 线圈1 闭合铁芯 线圈2 变压器的种类虽然多种，但内部结构基本相似。 主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两组或两组以上的线圈组成。 由涂绝缘漆的硅钢片叠合而成。 铁芯 用高强度漆包线绕制而成。 线圈 可以减少涡流的影响。 也称：绕组 变压器的结构 原线圈 副线圈 铁芯 U1 U2 结构简图 符号图 接入电路中时，其中一组线圈接交变电源，称原线圈，也称初级线圈；另一组线圈接负载，称副线圈，也称次级线圈。 两端电压用U1表示；也称输入电压。 原线圈 线圈匝数用n1表示；也称初级线圈。 两端电压用U2表示；也称输出电压。 副线圈 线圈匝数用n2表示；也称次级线圈 n1 n2 U1 U2 n1 n2 变压器的工作原理 U1 U2 n1 n2 ①变压器原线圈和副线圈电路是否相通？ 不相通 ②变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈两端的交流电压U2是怎样产生的？ 变压器的工作原理 U1 U2 n1 n2 ~ I1 I1 原线圈两端加上交变电压U1 原线圈中就有交变电流I1通过 铁芯中产生交变的磁场 铁芯中的磁通量就发生变化 副线圈也绕在同一铁芯上 穿过副线圈的磁通量变化 副线圈产生感应电动势E2;若线圈电阻很小(可忽略），则认为U2=E2 如果副线圈两端连接负载构成形成闭合回路 副线圈中就有交变电流I2通过 ~ 虽然变压器原、副线圈的导线互不相连，却可通过变化的磁场传送电能。 “电磁感应” R E2 讨论问题 问题1：如果原、副线圈不套在闭合铁芯上，是否可以在副线圈上感应出电动势？有铁芯和没有铁芯副线圈产生的感应电动势会一样吗？ 可以 问题2：铁芯的作用是什么？为什么说闭合铁芯是变压器的必要组成部分？ 如果无铁芯，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。 如果有铁芯，由于铁芯被磁化，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。 但不一样，会减小很多 理想变压器 1、虽然原、副线圈辊电流所产生的磁场绝大部分通过铁芯，但也有一些“漏”到铁芯外。 变压器在工作时会损耗一部分电能。 2、铁芯在变化的磁场中会产生涡流而损耗电能。 3、原、副线圈都存在电阻也会消耗能量。 如果这些损失都可以忽略 理想变压器 1、通过原、副线圈的变化磁通量相同； 2、在原、副线圈中每匝线圈产生的感应电动势相等。 理想模型 互感现象 在两绕组变压器中，原线圈中电流的变化会在副线圈中产生感应电动势。 互感现象： 由一个线圈电流的变化导致相邻线圈的磁通量发生变化，而在该相邻线圈中产生感应电动势的现象，称为互感现象。 互感电动势： 互感现象中产生的感应电动势称互感电动势。 互感现象 线圈 能量 线圈 互感现象的应用 互感现象在电工、电子测量技术中应用较多。 电压互感器 把高电压变成低电压再连接到交流电压表，就可测量高电压。 电流互感器 把大电流变成小电流再连接到交流电压表，就可测量大电流。 能用所学的知识解释这两个原理吗？ 探究变压器电压与线圈匝数的关系 n1 n2 U1 U2 实验目的 研究变压器电压与线圈匝数间的定量关系。 实验器材 实验原理与设计 当交流电压接入原线圈时，它所产生的变化的磁场会在副线圈中产生感应电动势。通过在负线圈设置不同匝数与电压表连接，测出相应电压值，并分析副线圈匝数与副线圈电压的关系。 实验步骤 2、闭合开关接通电源，记录原线圈输入电压，与副线圈输出电压。 只能使用低压交流电源，所用电压不超过 12 V。检查电路连接正确后再接通电路。接通后不能用手接触裸露的导线、接线柱，以避免触电。测电压时，先用最大量程挡试测，避免损坏交流电压表。 安全警示 3、断开开关，改变输入电压，重做实验，记录输入电压与输出电压。 次数 n1 n2 U1 U2 n1/n2 U1/U2 1 2 3 4、断开开关，将V2接在副线圈800匝(1600匝）的接线柱上，重做实验。 实验电路图 1、按原理图连接电路，将 接在副线圈200匝的接线柱上 V2 实验过程 数据分析 1、当副线圈匝数小于原线圈匝数时，副线圈输出电压小于原线圈输入电压；如果副线圈匝数大于原线圈匝数时，