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

这是一个钳形电流表，是用来测量比较强的交变电流的。它的主要构造是这样的。这一部分和里面一部分是变压器。这是显示部分，可以显示被测导线的电流的大小。这是前行电流表的量程部分，有五个量程。变压器部分是前行的，可以粘合。打开时好把导线夹进去再合上，它是由硅钢片叠合而成的。被测电线为变压器的初级、次级部分，在盒子内部连接着电流表。它的工作原理是通有交变电流的导线在周围产生交变的磁场。硅钢片里有闭合的磁路，被测导线中变化的电流所产生的变化的磁场通过磁路使次级线圈感应出电流，于是电流表就显示出了该电流的大小。圆线圈只有一匝，副线圈可以绕至多匝，因而可以测量较强的交变电流。下面我们用它来测量电流。在测量另一根导线中的电流。 今天为大家示范的实验室，探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。远距离输送电能都采用高压输电，输电线上电压可达几10万伏，而电灯、电脑等家用电器只需要220伏的电压，这就需要用变压器来改变电压。那么变压器是如何改变电压的呢？本次实验我们将通过以下几个环节来进行，一、设计电路图并连接实验器材。2、保持原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，观察副线圈电压的变化。3. 保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，观察副线圈电压的变化。4. 分析数据得出结论。在实验中，我们需要用到以下实验器材，可拆变压器、万用表、导线、学生电源。首先我们要了解可拆变压器的构造。可拆变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。一个线圈与交流电源连接叫做圆线圈，也叫初级线圈。另一个线圈与负载连接叫做负线圈，也叫次级线圈。原副线圈上的数字分别代表扎数导线，接零和2代表两百扎，接零和八代表八百扎，接0和14代表1400扎。副线圈同理，原线圈和副线圈有共同的铁芯变压器，是基于互感现象工作的。首先，设计实验电路图。根据电路图连接实验器材，首先将原线圈与学生电源相连接。将副线圈与多用电表相连接。开启学生电源，将电压调至8服。将万用表的交流电压单位调至20服。原线圈与学生电源相连，所以电压始终为8伏。此时接入电路的原线圈匝数为800匝，副线圈匝数为400匝，测得副线圈电压为3.68服。关闭电源，改变副线圈匝数。开启学生电源，此时接入电路的原线圈匝数为800匝，副线圈匝数为一百匝，测得副线圈电压为0.90服。保持副线圈不变，改变原线圈的匝数。开启学生电源。此时，接入电路的原线圈匝数为200匝，副线圈匝数为一百匝，测得副线圈电压为3.61服。根据相同方法改变原线圈的匝数。此时，接入电路的原线圈匝数为1400匝，副线圈匝数为一百匝，测得副线圈电压为0.50服。根据以上数据，我们整理成一个表格，并计算出匝数N1和N2以及电压U1和U2的比值。根据数据我们可以看出，在误差范围内原副线圈的电压之比大致等于原副线圈的匝数之比。由实验可知，在误差范围内原副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即U1比U2等于N1比N2。注意事项，一、为了人身安全，本实验只允许使用低压交流电，所用电压不可超过12服。2、不要在通电时接触裸露的导线和接线柱。误差分析，电流通过变压器线圈时会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。此外，交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内，所以变压器工作时有能量损失，负线圈两端的实际电压比理论值要小。 nullnullnullnull3.3 变压器 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 新课导入 在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，我们国家民用统一供电均为220V，如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作呢？ 变电站的大型变压器 街头变压器 充电器中的变压器 物理雾里悟理 一、变压器的构造和原理 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 U2 原线圈 副线圈 铁芯 AC U1 n1 n2 AC 变压器的构造 电路图中变压器符号： n1 n2 n1 n2 无铁芯 有铁芯 物理雾里悟理 变压原理 n1 n2 铁芯 U1 U2 原线圈接交变电流 原线圈中的磁场发生改变 副线圈中的磁通量发生改变 副线圈产生感应电动势 副线圈有感应电流 原线圈 副线圈 I1 电流的 磁效应 铁芯 传递 如果电 路闭合 I2 总之，变压器的基本原理就是利用电磁感应现象，或者说是原线圈和副线圈之间的互感现象来工作的。 一、变压器的构造和原理 物理雾里悟理 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? 站立式讨论： 电能 磁场能 电能 利用互感现象 一、变压器的构造和原理 物理雾里悟理 二、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1.输入电压不变，原线圈的匝数不变。 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 400 4.25 400 4.25 400 4.25 200 800 1400 1.99 7.88 13.78 U2与n2成正比 U1与n1一定， ２.输入电压不变，副线圈的匝数不变。 U2与n1成反比 U1与n2一定， 200 6.6 200 6.6 100 12.9 400 3.1 物理雾里悟理 站立式讨论：若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？ U2 R B1 =Bmsinωt B2 =Bmsinωt 铁芯可使绝大部分（可近似认为全部）磁感线集中在铁芯上，即： 即：周期和频率相同，变压器不改变交变电流的频率 e1 =Em sinωt 由法拉第电磁感应定律，得： n1 n2 三、理想变压器电压与匝数的关系 理想变压器 磁通量全部集中在铁芯内 电能没有发热损耗①无铜损 　 ②无铁损 ③无磁损 物理雾里悟理 升压变压器 降压变压器 ①当n2＞n1时 ②当n2＜n1时 简单记忆：那边匝数多，它的电压就高。 变压器原副线圈的电压比等于线圈匝数比 U2＞U1 U2＜U1 注意： 电压一般是有效值 三、理想变压器电压与匝数的关系 U1 AC U2 n1 n2 U2 AC U1 n1 n2 升压变压器 降压变压器 物理雾里悟理 理想变压器 功率制约： P入 = P出 原线圈电能全部转化为副线圈电能（能量守恒） 电压制约： 线圈两端电压之比等于匝数之比 “一原一副” 的电流制约： U1 I1 = U2 I2 原副线圈的电流跟匝数成反比 I1 I2 U2 n1 n2 R U1 此式只适用于一个副线圈的变压器 拓展1：一个副线圈的理想变压器 物理雾里悟理 1、如图所示,将额定电压为60 V 的用电器,通过一理想变压器接在正弦式交流电源上。闭合开关S 后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V 和2.2 A。以下判断正确的是(　　) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=3∶11 你能行！！ B 物理雾里悟理 任意两线圈两端电压之比等于匝数之比 由 P入 =P出 得 原线圈电能全部转化为两副线圈电能（能量守恒） I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 “一原多副”的理想变压器 拓展2：多个副线圈的理想变压器 物理雾里悟理 你能行！！（含有变压器动态电路问题） D 物理雾里悟理 如图所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈，原副线圈共用一个线圈。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；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。 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 四、常见的变压器：1自耦变压器 物理雾里悟理 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？ 四、常见的变压器：2互感器 A 电流互感器 电压互感器 V 使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数 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？ 钳形电流表是一种电流互感器 物理雾里悟理 D 3、在图甲所示的交流电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电阻，为滑动变阻器。电源电压随时间按正弦规律变化如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．滑片向下移动时，电流表示数增大 B．滑片向上移动时，电阻的电流增大 C．当时，电流表的示数为 D．当时，电源的输出功率为 你能行！！（等效电阻法或等效电源法） 物理雾里悟理 课堂小结 1.变压器原理： 2.理想变压器特点： 利用互感现象（电磁感应）实现电能→磁场能→电能的转化和传递。 3.理想变压器规律： ①功率关系： ②频率关系： ③电压关系： ④电流关系： 磁通量全部集中在铁心内 P1＝P2 Φ1=Φ2 电能没有发热损耗 P1＝P2 f1=f2 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 物理雾里悟理 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 A．由图乙的变化关系可知输入电压u的表达式u＝20sin(50πt)V B．只断开S2后，L1、L2均正常发光 C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W 2、如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两个小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交流电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是 (　 ) $$nullnull