3.3 变压器 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流 第3节 变压器 新教材人教版 物理（高中选择性必修第二册） 课堂引入 1．知道变压器的工作原理，并通过实验探究得出原、副线圈电压与匝数的关系； 2．通过实验知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型； 3. 会利用原、副线圈电压与匝数的关系解决相应的问题，并会用能量的观点理解变压器的工作原理。 学习目标 高压输电：U > 10 kV 家庭用电：U = 220 V 用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压 随身听 3V 机床上的照明灯 36V 扫描仪 12V 防身器 3000V 手机充电 5V 黑白电视机显像管 1~2万伏 录音机 6V 9V 12V 彩色电视机显像管 3~4万伏 变压器！！！ 一、变压器的原理 各式变压器 可拆式变压器 ①铁芯：由绝缘硅钢片叠合而成 ②原线圈：与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈 ③副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈 变压器的构造 副线圈 原线圈 U2 R n1 n2 示意图 U1 铁芯 电路符号 变电站的大型升压变压器 一、变压器的原理 观察下面的实验，你是否可以猜出一下手机是否会被充电 原线圈接 交流电 原线圈中的磁场发生改变 在铁芯中产生变化的磁通量 副线圈产生感应电动势 副线圈的磁通量发生改变 副线圈有 感应电流 1.若给原线圈接直流电压U1，副线圈电压U2=? 2.原、副线圈电压与什么因素有关系？我们是否可以大胆的猜测与交流电压、原线圈匝数、副线圈匝数有关呢？ 3.如果与上述因素有关，我们在实验是应该采用什么样的方法进行探究？ 思考与讨论 控制变量法 思考：受刚才实验的启发，你是否可以分析一下变压器实现变压的工作原理呢？ 二、电压与匝数的关系 视频：变压器电压和匝数的关系 实验数据 实验次数 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 n1/n2 U1/U2 1 800 400 8V 3.68V 2 2.2 2 800 100 8V 0.9V 8 8.9 3 200 100 8V 3.61V 2 2.2 4 1400 100 8V 0.5V 14 16 问题一：从实验数据来看，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数之比？ 问题二：实验数据没有严格遵从这样的规律，是为什么 结论：在误差允许的范围内，原副线圈电压之比等于它们的匝数比。 能量损耗 ①铜损 ②铁损 ③磁损 线圈电阻发热 涡流现象发热 漏磁损失能量 5 5 三、理想变压器 定义：我们把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。 ①原副线圈没有电阻； ②无磁通量漏失； 特点： 1、一个副线圈的理想变压器 P1＝P2 Φ1=Φ2 想一想：根据电磁感应定律，你认为原、副线圈的电压U1、U2和线圈的匝数n1、n2之间会有什么关系呢？ 原线圈的感应电动势： 副线圈的感应电动势： 那么U1：U2是否也等于n1：n2呢？ I1 I2 U2 n1 n2 R U1 ③铁芯不发热； 对原线圈： 忽略原线圈电阻： ④是理想化的物理模型。 三、理想变压器 1、一个副线圈的理想变压器 （1）电压关系： ①升压变压器 ②降压变压器 （2）功率关系： （3）电流关系： 原副线圈中的电流之比等于匝数的反比。 （4）电压、电流、功率之间的因果关系 ①U1由电源决定 ②U2由U1和匝数比决定 ③I2由U2和负载决定 ④I1由I2和匝数比决定 ⑤输入功率P1由输出功率P2决定 P1＝P2 变容器的动态分析 三、理想变压器 2、多副线圈的理想变压器 I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 （1）电压关系： （2）功率关系： （3）电流关系： 3、自耦变压器 U2 U1 A B P U1 U2 n1 n2 升压变压器 n1 n2 U1 U2 降压变压器 三、理想变压器 电流互感器 电压互感器 使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数 4、互感器 问题一：交流电压表的有一定的量度范围，不能直接并联到高压电测量其电压值。那么如何用交流电压表间接地测量出高压电的电压值？ 问题二：交流电流表的有一定的量度范围，不能直接串联到在大电流电路中的电流值。那么如何用交流电流表间接地测量出大电流电路中的电流值？ 使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数 思考与讨论：我们知道导线可以输送电能，变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的? n1 n2 铁芯 U1 U2 原线圈 副线圈 I1 I2 原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场 铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈 副线圈上产生了感应电流 电场能 磁场能 电场能 磁场