3.3 变压器 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压 mp4 3.6V 机床上的照明灯 36V 扫描仪 12V 警棍的输出电压 15wV 手机充电器 3.6V ~8V 黑白电视机显像管 1~2万伏 行车记录仪 5V 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？ 生活中需要各种电压 变压器 第 三 节 变压器 一、变压器的结构和原理 原线圈 副线圈 铁芯 电路符号 输入端 输出端 1．变压器的结构 原线圈：与交流电源连接，也叫初级线圈 副线圈：与负载连接，也叫次级线圈 闭合铁芯：涂有绝缘漆的硅钢片叠加而成 变压器由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成 2．变压器的原理 互感现象 （1）在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应的现象叫做互感现象 注意：①变压器的原、副线圈并未直接相连，电能却从原线圈通过磁场传输给副线圈 ②变压器不改变交变电流的周期和频率。 （2）能量关系：电能→磁场能→电能 原线圈中的交变电流的大小、方向不断变化 铁芯中的磁场也在不断变化 变化的磁场在副线圈中产生感应电动势 副线圈输出交变电流 （3）只适用于交变电流 一、变压器的结构和原理 例1 (多选)关于理想变压器的构造和工作原理，以下说法正确的是 A.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 C.变压器不改变交变电流的频率 D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出 √ √ √ 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 A.3 mA B.0 C.48 mA D.与负载R的阻值有关 √ 二、变压器的电压与匝数的关系 实验探究 二、变压器的电压与匝数的关系 1．实验结论 变压器的原、副线圈两端电压 U和匝数 n 有以下关系： 2．误差分析 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场的磁感线并未完全束缚在闭合铁芯内，即有“漏磁”。 (2)原、副线圈有电阻，电流通过时产生焦耳热，即有“铜损”。 (3)闭合铁芯中产生涡流，消耗能量，即有“铁损”。 例3 为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，必须要选用的是　　　。  A.有闭合铁芯的原、副线圈 B.无铁芯的原、副线圈 C.交流电源 D.直流电源 E.多用电表(交流电压挡) F.多用电表(交流电流挡) ACE (2)用匝数na=60和nb=120的变压器，实验测量数据如下表，   根据测量数据可判断连接电源的线圈是　　(选填“na”或“nb”)。  Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 nb 二、变压器的电压与匝数的关系 理论探究 （1）理想变压器 n1 n2 U1 U2 I1 I2 ～ 理想化模型 ①忽略漏磁，即认为交变电流产生的磁场的磁感线全部都在铁芯内； ②忽略一切能量损耗。 变压器的各组线圈的电压 U 与匝数 n 之比都为一个常量，即 = C（C 为常量） 原、副线圈的磁通量相等 磁通的变化率也相等 线圈绕组的电阻不计，无铜损 铁芯中的感应涡流不计，铁芯不发热，无铁损 二、变压器的电压与匝数的关系 n1 n2 U1 U2 ～ E2 E1 无漏磁 不计原、副线圈的电阻 结论：理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比 当，升压变压器 当，降压变压器 理论探究 思考2： 如图所示,当输入电压U1一定，原副线圈匝数一定时，若用电器增多，试问: (1) U2有无变化? 怎样变化? (2) I2有无变化? 怎样变化? 三、理想变压器的基本关系 U2 U1 n1 n2 I1 I2 三、理想变压器的基本关系 理想情况下，变压器本身不消耗能量，在时间t内： 功率关系：P出= P入 变形得 电流关系： n1 n2 U1 U2 I1 I2 ～ 变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟线圈的匝数成反比。 电压制约：输入电压 功率制约：输出功率决定输入功率 电流制约：输出电流 电压关系： 电流关系： 功率关系： 理想变压器 P出= P入 三、理想变压器的基本关系 U2 U1 n1 n2 I1 I2 例4 某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是 A.交流电的频率为10 Hz B.副线圈两端电压最大值为3 V C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关 D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率 √ 例5 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，定值电阻R=27.5 Ω，理想电流表A1的示数为0.5 A，a、b两端接正弦交流电源u=220·sin 100πt(V)。下列判断正确的是 A.n1∶n2=1∶20 B.理想电压表V的示数U=220 V C.理想电流表A2的示数I2=2 A D.定值电阻R中电流变化的频率为100 Hz √ 例6 如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n∶1，原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个理想交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为R。当输入端接入电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升。下列说法正确的是 A.电动机两端电压为IR B.电动机消耗的功率为I2R C.原线圈中的电流为nI D.变压器原线圈的输入功率为 √ 思考3： 如图所示，若是一个原线圈、两个副线圈的变压器，原副线圈的电压、功率、电流有怎样的数学关系？ 三、理想变压器的基本关系 电压关系： 功率关系： 电流关系： 有多个副线圈时： U1：U2：U3…=n1：n2：n3… n1I1=n2I2+n3I3+… P1= P2+P3+… I1U1=I2U2+I3U3+… 四、互感器 1．电压互感器 ①作用：测量高电压，将高电压变成低电压，连接电压表 ②原理：降压变压器 (n2<n1) ③使用：并联，接在火线和零线间 2．电流互感器 ①作用：测量大电流，将大电流变成小电流，连接电流表 ②原理：升压变压器(n1>n2) ③使用：串联，接在火线上 说明：①电压互感器和电流互感器的金属外壳和副线圈要接地。 ②电流互感器副线圈不能开路 例7 电压互感器能将高电压变成低电压，电流互感器能将大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为200 V，交流电流表的示数为2 A，则 A.a是交流电压表，b是交流电流表 B.T2的原、副线圈匝数比为1 000∶1 C.高压线路输送的电流为200 A D.高压线路输送的电功率为2.2×104 kW √ 五、自耦变压器 五、自耦变压器 降压变压器 升压变压器 自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，原、副线圈共用其中的一部分，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器同样适用 例8 一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中 A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高 C.U2<U1，U2降低 D.U2<U1，U2升高 √ 例9 如图甲、乙所示的电路中，当A、B接10 V交流电压时，C、D间电压为4 V；当M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交流电压，P、Q接4 V直流电压，则A、B间和M、N间的电压分别是 A.10 V　10 V B.10 V　4 V C.4 V　10 V D.10 V　0 √ 专题强化 变压器的综合问题 回顾 电压关系： 电流关系： 功率关系： 理想变压器 P出= P入 决定 决定 决定 电压制约： 功率制约： 电流制约： 一、负载变化引起的动态变化问题 动态分析的方法 (1)抓住三个决定原则：U1决定U2；I2决定I1；P2决定P1。 (2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路中的电阻变化。 (3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。 (4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。 关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。 动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，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，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 　例1(多选)如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原、副线圈中的电流。下列说法正确的是 A.保持U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小 B.保持U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C.保持U1不变，S由b切换到a，则I1增大 D.保持U1不变，S由a切换到b，则变压器的输入功率增大 √ √ 　例2 如图所示为街头通过降压变压器给用户供电的示意图。负载变化时变压器的输入电压(市区电网的电压)不变。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，滑动变阻器R代表用户用电器的总电阻。忽略变压器上的能量损耗，各电表为理想交流电表，当用户的用电器增多时，下列说法正确的是 A.用户用电器的总电阻R变大 B.电表A2的示数变大，A1的示数变小 C.电表V2的示数不变，V3的示数变小 D.电表V1的示数与输电线损失的电压均变大 √ 二、有多个副线圈的变压器 电压关系： 功率关系： 电流关系： 有多个副线圈时： U1：U2：U3…=n1：n2：n3… n1I1=n2I2+n3I3+… P1= P2+P3+… I1U1=I2U2+I3U3+… 例3 如图所示，接入理想变压器中的四个规格相同的灯泡均正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为 A.1∶1∶1 B.3∶2∶1 C.6∶2∶1 D.2∶2∶1 √ 例4(多选)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是 A.通过电阻R2的电流为 B.电阻R2两端的电压为 C.n0与n1的比值为 D.发电机的功率为 √ √ 三、变压器原线圈有负载的电路分析 (1)负载与原线圈串联，如图甲所示。 负载会分压，原线圈两端的电压U1= ，流过负载的电流等于原线圈中的电流，电压关系： ，电流关系 。 (2)负载与原线圈并联，如图乙所示。 负载会分流，原线圈两端的电压U1= ，流过原线圈的电流I1= ，电压关系： ，电流关系 。 　例5 (多选)在如图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为定值电阻，R2=10 Ω，R3=20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是 A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 V C.电流表的示数为1.0 A D.变压器传输的电功率为15.0 W √ √ 例6 如图所示的理想变压器，原、副线圈上接有完全相同的五个灯泡，A、B两点间输入有效值恒为UAB的正弦交流电压。当开关S断开时，L1、L2、L3和L4四个灯泡的亮度相同。假定原、副线圈匝数分别为n1、n2，灯泡的阻值恒定，副线圈两端电压用UCD表示，开关S闭合后五个灯泡均不损坏，下列说法正确的是 A.n1∶n2=1∶3 B.开关S断开时，UAB∶UCD=3∶1 C.开关S闭合时，UAB∶UCD=13∶3 D.开关S闭合时，灯泡L1的亮度比S断开时暗 √ 三、变压器原线圈有负载的电路分析 分析原线圈接负载问题的方法——等效电阻法 将把原线圈所在电路当作闭合电路，输入电压作为电源，将理想变压器副线圈电路中的电阻等效到原线圈所在电路中。 等效后的电阻大小：R=( )2R2 等效电阻R和电阻R2的关系？ 例7.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1∶4，a、b两端接到交流电源上，R1、R2为阻值相同的定值电阻，下列说法正确的是 A.副线圈两端电压是电源电压的 B.流过R1的电流是流过R2电流的4倍 C.R1上的电功率是R2上电功率的 D.R1上的电功率是R2上电功率的16倍 √ 例8.如图所示，某小组设计了灯泡亮度可调的电路，a、b、c为固定的三个触点，理想变压器原、副线圈匝数比为k，灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R，交流电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连时，下列说法正确的是 (　　) A.S与a相连，灯泡的电功率最大 B.S与a相连，灯泡两端的电压为 C.S与b相连，流过灯泡的电流为 D.S与c相连，灯泡的电功率为 √ EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $