3.3变压器 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

变压器 --改变交流电电压的装置 1.认识变压器 高压输电：U > 100 KV 家庭用电：U = 220 V 手机充电：U = 5 V 可拆式变压器 变压器 改变交流电压的装置 1.认识变压器 闭合铁芯 ：绝缘硅钢片叠合而成 原线圈 ( 初级线圈 )：接交流电源 副线圈 ( 次级线圈 )：接用电器（负载） 变压器 副线圈 原线圈 U2 R n1 n2 变压器原理图 U1 n1 n2 变压器的符号 原副线圈没有直接用导线连接，线圈和铁芯中间用绝缘塑料隔开了 1.认识变压器 变压器的基本原理：利用原线圈和副线圈之间的互感现象 原线圈接交变电流 原线圈中产生交变磁场 副线圈产生感应电动势 铁芯构成磁回路 U2 R U1 n1 n2 变压器能改变恒定直流的电压吗？ 1.认识变压器 U2 R U1 n1 n2 漏损： 漏磁损失能量 铁损： 涡流现象发热 铜损： 线圈电阻发热 能量损耗 主要 理想变压器 磁通量全部集中在铁心内 原线圈电能 副线圈电能 磁场能 线圈电阻不计： 设穿过理想变压器原线圈磁通量为Φ1，穿过副线圈磁通量为Φ2。 理想变压器，不考虑原副线圈的内阻，则： n2 > n1 U2 > U1 ── 升压变压器 n2 < n1 U2 < U1 ── 降压变压器 U2 R U1 n1 n2 一原一副理想变压器 在不漏磁的情况下，穿过原线圈里的磁通量的变化率等于副线圈里的磁通量变化率 （2）功率制约（能量守恒，输出功率P2决定输入功率P1）： （1）电压制约（ 相同，输入电压U1决定输出电压U2）： （3）电流制约（能量守恒，输出电流I2决定输入电流I1）： （4）频率制约（不改变频率）： U2 R U1 n1 n2 一原一副理想变压器 关系式中为有效值 注意：变压器无法改变频率， 1.认识变压器 铁芯作用 磁感线经过铁芯构成磁回路, 使整个磁路的磁场强度达到最大 9 c、d 原、副线圈的匝数之比 A U2 R U1 n1 n2 10 11 BC 关系式中为有效值 12 4.一原二副变压器 I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 “一原两副”的理想变压器 由 P入 =P出 得 原线圈电能全部转化为两副线圈电能 请问电流之比等于匝数的反比吗？ 例：如图所示，理想变压器原线圈的匝数n1＝100，两个副线圈的匝数分别为n2＝5和n3＝10，L1是“2 V　2 W”的小灯泡，L2是“4 V　4 W”的小灯泡.当原线圈上接交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电压和电流分别为 √ 输入功率为多少？ P入/U1=I1 BC 15 16 4.自耦变压器（可变电压器） 如图所示是自耦变压器的示意图，其特点是铁芯上只绕有一个线圈。 （1）把整个线圈作原线圈，副线圈取线圈的一部分，就可以降低电压；（2）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。 U2 U1 A B P 自耦变压器 U1 U2 n1 n2 升压变压器 n1 n2 U1 U2 降压变压器 U1为输入电压，则p顺时针旋转过程中输出电压U2怎么变？反之？ 5.互感器 如何用交流电压表间接地测量出高压电的电压值？如何用交流电流表间接地测量出大电流电路中的电流值？ 电流互感器 地线 火线 A n2 n1 I2 I1 串联 接地 V 地线 火线 n2 n1 U1 U2 电压互感器 并联 接地 5.互感器 电流互感器 地线 火线 A n2 n1 I2 I1 串联 接地 D 20 如图所示，若给原线圈接恒定电压U1，原副线匝数比不变，则 （1）副线圈不接负载，U2=0？ （2）改变负载总阻值R，U2会改变？ （3）若副线圈不接负载，I2=0?I1=0? P2=0 ？P1=0 ？ （4负载总阻值R增大，I1和P1会改变？ 动态问题的分析思路 决定 决定 决定 决定 1.电压、电流、功率的制约关系 理想变压器的动态分析 (2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0（P出就是用电器的总功率） 一般题中输入电压是确定的 量出为入 2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况： (1)原、副线圈匝数比不变，输入电压不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1 (2)负载电阻不变，输入电压不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1 这里电压电流都是指的有效值 例(多选)理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.则 A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的 　读数变小 B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的 　读数变大 C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大 D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小 √ √ AB.R→I2→匝数比→I1 CD.n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1 训练：如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，以下说法正确的是 A.副线圈两端M、N的输出电压减小 B.副线圈输电线等效电阻R上的电压减小 C.通过灯泡L1的电流增大 D.原线圈中的电流增大 √ 不变 I2增大则UR增大 UL1=U2 -UR 原线圈有负载 原线圈无负载 分析原线圈有串联负载的变压器电路问题时要注意:变压器的输入电压不等于电源的电压,而是等于电源电压减去串联负载的电压,即U1=U源-U串。 写出功率关系 理想变压器的等效电阻法 条件：原线圈中串联电阻的理想变压器 方法： 等效 电压关系： 电流关系： 若R负载增大，I1,U2怎么变？ 8.(改编)(多选)一理想变压器如图所示,其原线圈和可变电阻相连,副线圈接一阻值恒为RL的白炽灯。原、副线圈的匝数分别为n1、n2。保持交流电源输出电压的有效值U0不变,调节可变电阻R的阻值,当R的值增大时,则(设题中所涉及的所有情形都没有超过灯泡的额定电压)(　　)。 A.副线圈两端的电压不变 B.原线圈中电流减小 C.R两端电压增大 D.灯将变暗 BCD 小本104 【例】如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，求∶ （1）副线圈回路中电阻两端的电压; （2）原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比。 两种方法 C 1. 30 31 D 32 Lavf58.29.100 (2024届漳州三模)某物理小组欲探究变压器线圈两端 电压与匝数关系,提供的实验器材有:学生电源、可拆变压器、 交流电压表、导线若干。图1为实验原理图,在原线圈A、B 两端加上电压,用电压表分别测量原、副线圈两端的电压,测 量数据如表: 实验序号 原线圈匝数n1=400原线圈两端电压U1/V 副线圈匝数n2=200副线圈两端电压U2/V 副线圈匝数n3=1400副线圈两端电压U3/V 1 5.8 2.9 20.3 2 8.0 4.0 27.9 3 12.6 6.2 44.0 请回答下列问题: (1) 在图2中,应将A、B分别与　　　　(选填“a、b”或“c、d”)连接。  (2)根据上表数据得出的实验结论是:在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于　　　　　　 　　。  (3)在实验序号为2的测量中,若把图3中的可移动铁芯取走,副线圈匝数n2=200,则副线圈两端电压　　　　(选填正确答案标号)。  A.一定小于4.0 V B.一定等于4.0 V C.一定大于4.0 V 解析　(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中,原线圈两端应接入交流电,故应将A、B分别与c、d连接。 (2)根据题表中数据可得,在实验误差允许范围内,=、=。得出结论:在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比。 (3)若把题图3中的可移动铁芯取走,磁损耗变大,原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大,根据法拉第电磁感应定律知,副线圈两端电压一定小于4.0 V,A项正确。 解析　电源电压的有效值U= V=220 V,A项错误;交流电的周期T== s =0.02 s,B项正确;根据=,可得副线圈匝数n2=n1=×1100=180匝,C项正确,D项错误。 角度1　变压器的原理及其规律的应用 (2023年海南卷)(多选)工厂利用u=220sin 100πt (V)的交流电给36 V照明灯供电的电路如图所示,变压器原线圈匝数为1100匝,下列说法正确的是(　　)。 A.电源电压有效值为220 V B.交变电流的周期为0.02 s C.副线圈匝数为180匝 D.副线圈匝数为240匝 A.40 V　 A B.6 V　 A C.40 V　 A D.6 V　 A (2024届黔东南模拟)(多选)如图,电阻R1与R2连接在理想变压器副线圈的两端,且阻值相等。变压器原线圈两端接入恒定的正弦式交变电压,原、副线圈匝数比n0∶n1∶n2=2∶2∶1,下列说法正确的是(　　)。 A.原线圈n0与副线圈n1中的电流有效值满足= B.两个副线圈中电流有效值之比I1∶I2=2∶1 C.若电阻R2功率为P,则该交流电源输出功率为5P D.若仅减小R1的阻值,可使原线圈中电流I0减小 解析　根据理想变压器输入功率等于输出功率有U0I0=U1I1+U2I2,结合电压比等于匝数比,即=、=,联立可得=+·,A项错误;根据I1=,I2=,R1=R2,可得===,B项正确;若电阻R2功率为P,由P=I2R、=,则电阻R1功率为4P,根据理想变压器输入功率等于输出功率,则该交流电源输出功率为5P,C项正确;若仅减小R1的阻值,由于U1、U2不变,则I1增大,I2不变,结合=+·,可得I0=I1+I2,可知I0将增大,D项错误。 解析　电流表示数为电流的有效值,A项错误;电流互感器不能测量直流输电电路的电流,B项错误;原、副线圈电流的频率相同,C项错误;根据变压器原、副线圈电流与匝数关系可得=,由于原线圈匝数小于副线圈匝数,可知副线圈的电流小于原线圈的电流,D项正确。 (2024届厦门四模)如图所示,电流互感器是一种测量大电流的仪器,将待测通电导线绕过铁芯作为原线圈,副线圈两端接在电流表上,则该电流互感器(　　)。 A.电流表示数为电流的瞬时值 B.能测量直流输电电路的电流 C.原、副线圈电流的频率不同 D.副线圈的电流小于原线圈的电流 (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝(只有一个副线圈时). (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝. (2024届邵阳三模)如图1所示,调压变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V　6 W”的相同灯泡。各电表均为理想交流电表,输入端交变电压u的图像如图2所示,则下列说法中正确的是(　　)。 A.电压表的示数为36 V B.电流表的示数为2 A C.四只灯泡均能正常发光 D.顺时针旋转P,则灯泡L1变亮 解析　输入端电压有效值为36 V,设输出端每个灯泡电流为I,输出电压为U,则输出电流为3I,根据原、副线圈电流、电压与匝数的关系可得,输入电流为I,输入电压为3U,则36 V=IR+3U,而U=IR、R=,解得U=9 V=UL,I= A,C项正确;电压表的示数UV=3U=27 V,A项错误;电流表的示数IA=3I=2 A,B项错误;根据题意,有36 V=I1R+U1,而=、U2=I2·、=,所以36 V=I1R+I1R,若顺时针旋转P,则n2减小,I1减小,灯泡L1变暗,D项错误。 (2024届湖南联考)某理想变压器如图所示,其原、副线圈匝数比为k,所接电源为有效值恒定的正弦交变电流,且不计电源内阻。原线圈接有定值电阻R0,副线圈接有定值电阻R1、R3,以及滑动变阻器R2,四个理想交流电表的连接如图所示。现将R2的滑片向下滑动少许,电表的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔI1、ΔI2,则下列说法正确的是(　　)。 A. 电压表的示数减小, B. 电流表的示数减小 C. 电压表的示数增大, D. 电流表的示数增大 C.:= D.:=k2 $$