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

第3章 第3节变压器 1. 了解变压器的构造及工作原理(重点)。 2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的 关系(重点)。 3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系 (重难点)。 4. 了解几种常见的变压器(重点)。 变压器的原理 原、副线圈电压与匝 数的关系 理想变压器的基本关系 目录 CONTENTS 01 02 03 情境导入 发电电压：20KV 输电电压： 550KV 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 手机充电器 4.2V 4.4V 5.3V 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 在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明 电路的电压是220V, 那么如何解决这一问题呢? 情境导入 变压器的原理 01 1.变压器的构造：闭合铁芯线圈 2.变压器的示意图及电路符号： 原线圈 副线圈 U₁ n₁ n₂ U₂ R 铁芯 n₁ n2 n1 无铁芯 副 线 黑 u 02 8 16 0 n2 有铁芯 一、变压器的原理 原线圈 铁芯 观察与思考： 变压器的工作原理 一、变压器的原理 (副线圈)连接到小灯泡的两端。连接电路，接通电源，小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光? [ 提 示 ]当左侧线圈加上交流电压时，左侧线圈中就有交变电流，它在铁 芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右侧线圈中 会产生感应电动势，右侧线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 导学探究 如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同 一个闭合铁芯上， 一个线圈(原线圈)通过开 关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈 一、变压器的原理 学生电源 O 中 导学探究 (2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗?如果不相等，与 什么因素有关? [提示]左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率 都相同，若左边匝数 为n₁, 则 若右边匝数为n₂, 则 , 故 有I ;若忽略左边线圈的电阻则有U₁=U 电源 ,这样看来只要 n₁≠n₂, 小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等。小灯泡两 端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关。 (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗?为什么? [ 提 示 ]不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 一、变压器的原理 一、变压器的原理 3.变压器的工作原理—互感现象 原线圈 副线圈 O 变压器的基本原理是 利用原线圈和副线圈之间的互感现象。 电能 磁场能 电能 (U₁ 、I) (变化的磁场) (U₂ 、I2) 铁芯使这个变 化的磁场几乎 全部穿过了副 线圈 副线圈产生 感应电动势 原线圈中产 生交变磁场 原线圈接 交变电 流 铁芯构成 磁回路 U₁ n1 n2 U₂ O 铁芯 O- 一、变压器的原理 思考：若给原线圈接直流电压U₁ , 能否得到副线圈电压U₂ ? 不能，因为恒定电流无法产生互感现象。 理想变压器 特 点 ： 电能没有发热损耗 磁通量全部集中在铁芯内(不漏磁) 无磁损、铜损、铁损 O- O U₁ 2 ①铜损 线圈电阻发热 能量损耗 ②铁损 涡流现象发热 ③磁损 漏磁损失能量 一、变压器的原理 原、副线圈电压与匝数的关系 02 二、原、副线圈电压与匝数的关系 1.输入电压不变，原线圈匝数一定。 (每格100匝) 原线圈匝数 n₁ 副线圈匝数 n₂ 输入电压 U₁ (V) 输出电压 U₂ (V) 400 200 4.25 1.99 400 800 4.25 7.88 400 1400 4.25 13.78 二、原、副线圈电压与匝数的关系 结 论 ：U₁ 与 n₁ 一 定 ，U₂ 与n₂ 成 正 比。 1.输入电压不变，原线圈匝数一定。 结 论 ：U₁ 与 n₁ 一 定 ，U₂ 与n₂ 成正比。 U₁ 与n₂ 一 定 ，U₂ 与 n₁ 成 反 比 。 二、原、副线圈电压与匝数的关系 2.输入电压不变，副线圈匝数一定。 (每格100匝) 例1(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) 4. 原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地 传送电能 B.铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险 变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小 D.当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出 跟 踪 练 习 跟 踪 练 习 例2 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n₁:n₂=4:1, 当导体棒 在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A₁ 的示数为 12 mA,则电流表A₂ 的示数为( ) 解析：当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变 的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在 副线圈中产生感应电流。 C.48 mA D.与负载的值有关 A2 R n2 A.3 mA 理想变压器的基本关系 03 变压器类型： ①n₂>n₁→U₂>U₁ 升压变压器 ②n₂ <n₁=U₂ <U₁ 降压变压器 理想变压器无内阻， 路端电压U等于电动势E。 U1 三、理想变压器的基本关系 理想变压器无 磁 损， 原、副线圈的磁 通量都是φ。 注意：匝数比一定时，输入电压(U₁) 决定输出电压(U₂) U₂ 二 n1 I2 变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用 较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过的电流大，。一 应用较粗的导线绕制。 I₁ n2 亿 n1 结论：原副线 圈中的电流之 比 等 于线 圈 匝 数的反比 P=UI P1=P₂ 理想变压器 输出功率 P₂ 等于输 入功率P₁ 三、理想变压器的基本关系 血 电流关系 U₁I₁=U₂I₂ 跟 踪 练 习 角度1基本关系的应用 例3 对于升压变压器，下列说法正确的是( ) A.原线圈的输入功率一定小于副线圈的输出功率 B.原线圈的匝数一定大于副线圈的匝数 C.原线圈的电压一定大于副线圈的电压 V. 原线圈的电压一定小于副线圈的电压 解 析 ：对于一般变压器，因为存在能量损耗，原线圈的输入功率应大于副 线圈的输出功率，故A 错误；由题可知U₁ <U₂, 根据原、副线圈电压与 匝数的关系 可得n₁<n₂, 故B、C 错误，D 正确。 例4(2023 ·浙江温州统考期末)(多选)如图所示，理想变压器的原、副线 圈的匝数比为3:1,在副线圈的回路中接有阻值为R=200Ω 的电阻，原 线圈一侧接在电压300V 的正弦式交流电源上，则( ) 电 阻R两端的电压为100V B. 通过电阻R的电流为0.5A AC R 原、副线圈回路中的电流之比为1:3 D.原线圈的输入功率与副线圈的输出功率之比为3:1 跟 踪 练 习 血 角度2 交变电流的电路和变压器 例5 如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场 中绕垂直于磁场方向的00′轴匀速转动。线 圈abcd的匝数为N, 电阻不计。理想变压 器原、副线圈的匝数之比为1:2,定值电阻 的阻值为R, 所用电表均为理想电表。当线 圈以角速度w 匀速转动时，电压表的示数为U, 则( ) 跟 踪 练 习 A.此时电流表的示数为 B.在线圈abcd 转动的过程中，穿过线圈的磁通量的最大值为 从图示位置(线圈abcd与磁场方向平行)开始计时，线圈产生的电动 势的瞬时表达式为 D.当线圈转动的角速度增大为2w 时 ，V 的读数仍为U 跟踪练习 几种常见的变压器 04 自耦变压器特点： 这种变压器的特点是铁 芯上只绕有一个线圈。 ①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 ； ②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 。 四、几种常见的变压器 1.自耦变压器 降压变压器 2.电 压 互 感 器(大电压变小电压) 问 题 1 :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、几种常见的变压器 3.电流互感器(大电流变小电流) 问题2 : 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 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 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? 跟 踪 练 习 例6普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通 过电流互感器来连接，图中电流互感器ab 一侧线圈的匝数为100匝，工作 时电流为Iab;cd 一侧线圈的匝数为2000匝，工作时电流为Icd, 为了使 电流表能正常工作，则( ) A.ab 接 MN、cd 接 PQ,Iab:Icd=1:20 B/ab 接 MN 、cd 接 PQ,Iab:Icd=20:1 C.ab接PQ、cd 接MN,Iab:Icd=1:20 D.ab 接PQ 、cd 接MN,Iab:Icd=20:1 例7(多选)如图所示， L1、L₂ 是高压输电线，图中两电表示数分别是 220V 和 1 0A, 已知甲图中原、副线圈匝数比为100:1,乙图中原、副线 圈匝数比为1:10,则( ) 4.甲图中的电表是电压表，输电电压为22000V B.甲图是电流互感器，输电电流是100A C.乙图中的电表是电压表，输电电压为22000V v. 乙图是电流互感器，输电电流是100A 跟踪练习 提能综合一练交变电流的产生和变压器的综合分析 (2023 ·河北邯郸统考期末)(多选)如图所示，左侧一单匝导电圆环半径 r=1.0 cm,导电圆环与一个理想变压器的原线圈相连，导电圆环的电阻 不计，圆环中有垂直于圆环平面向里的磁场，磁感应强度B 的变化率为 AB=100²sin(10πt)T/s, 变压器的副线圈两端与一个规格为“3V1.5W” 的小灯泡相连，小灯泡正常发光，则下列说法正确的是( ) A.变压器原线圈上电压的最大值为0.01V B.副线圈上交变电流的频率为50Hz C.原、副线圈的匝数比为1:300 D 导电圆环中电流的最大值为150 √2A 跟 踪 练 习 一、理想变压器的特点 (1)变压器铁芯内无漏磁；无发热损失。 Q=0 (2)原、副线圈不计内阻，即也无能量损失。 二、理想变压器的规律： 1.功率关系： 从能量守恒看，P入=P出。 2. 频率关系：f₁=f₂ 3.变压关系 (1)只有一个副线圈： (2)有多个副线圈： 课堂小结 P₁ =P₂ 谢谢各位的聆听! $$