3.3 变压器 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第三章 交变电流 第3节 变压器 1 情境与思考 三峡水电站 三峡水电站高压输电线路U＞100kV 思考：变压器是如何改变电压的呢？ 水力发电站发电，再通过输电线路输送到千家万户，这就需要变压器，那变压器是如何改变电压的呢？ 2 变压器的结构 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。 副线圈 示意图 铁芯 原线圈 副线圈 原线圈 铁芯 电路符号 n2 n1 ①铁芯： 绝缘硅钢片叠合而成。 变压器的原理 4 变压器的原理 副线圈产生 感应电动势 基本原理： 原线圈接交变电流 原线圈中产生交变磁场 铁芯构成磁回路 是原线圈和副线圈之间的互感现象。 思考1：变压器原、副线圈不在一个回路中，是如何传递能量的？ 电场能转化为磁场能，再由磁场能转化为电场能。 思考2：变压器原、副线圈电压与匝数之间有什么关系呢？ 5 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验1： 控制输入电压和原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，测量输出电压。 实验方法： 控制变量法。 实验次数 原线圈匝数n1（匝） 副线圈匝数n2（匝） 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 1 400 200 4.25   1.99 2 400  800  4.25   7.88 3 400 1400  4.24 13.78  4         5       降压变压器 升压变压器 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验次数 原线圈匝数n1（匝） 副线圈匝数n2（匝） 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 1 400 200 4.25   1.99 2 400  800  4.25   7.88 3 400 1400  4.24 13.78  4         5       实验方法： 控制变量法。 实验2： 控制输入电压和副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，测量输出电压。 100 200 6.6 12.9 400 200 6.6 3.1 结论： 在误差允许的范围内，电压之比等于匝数之比。 为什么输出电压总是偏小呢？ 7 一、变压器能量损耗的原因： 1. 线圈导线有电阻会发热。 2. 铁芯中产生涡轮会发热。 3. 铁芯导磁过程中会“漏磁”。 二、减少能量损耗的方法： 1. 合理选择线圈导线的直径和材质。 2. 铁芯用彼此绝缘的多层硅钢片制成： 3. 采用闭合铁芯减少漏磁： 8 变电站中大型变压器满负荷工作时效率可超95%： 我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器，即P出 = P入。 （理想化模型） 1. 线圈不计电阻。（无铜损） 2. 忽略铁芯产生的热量。（无铁损） 3. 铁芯内无“漏磁”。（无漏磁） 实际的变压器： 1. 线圈导线有电阻会发热。 2. 铁芯中产生涡轮会发热。 3. 铁芯导磁过程中会“漏磁”。 理想变压器： 9 例1. 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成，硅钢片应平行于 。 A. 平面abcd B. 平面abfe C.平面abgh D.平面aehd B a b c d e f g h 10 思考：利用电磁感应定律推导出理想变压器原、副线圈电压之比等于原、副线圈匝数之比。 理论推导 原、副线圈中产生的感应电动势分别为： ★由于铁芯闭合、若不考虑能量损失， 磁通量变化率相同： ★若不考虑原、副线圈内阻有： U1 = E1 U2 = E2 所以有： 原线圈 副线圈 U1 n1 n2 I1 B原 E2 E1 B副 I2 U2 理想变压器 理想变压器原、副线圈的电压之比等于原副线圈的匝数之比，即： 由于理想变压器P出 = P入 （“一原一副”） 例2. 判断对错： （1）变压器能改变所有电流的电压。 （2）原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈。 （3）理想变压器是客观存在的。 （4） 使用于任何变压器。 × × × × 故： 铁芯 原线圈 副线圈 “一原多副”的理想变压器的电流与匝数的关系 n1 n2 n3 U1 U2 U3 I1 I2 I3 （ “一原一副” ） 一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，根据变压器的工作原理推导电流与匝数的关系？ 由于理想变压器P出 = P入得： 根据得： U1 同理得：U1 U2I2 + U3I3 = U1I1 代入得： n2I2 + n3I3 = n1I1 “一原多副”的理想变压器的电流与匝数的关系： n2I2 + n3I3 + … + nnIn = n1I1 多匝线圈的理想变压器的电流与匝数的关系 “一原多副”的理想变压器的电流与匝数的关系： n2I2 + n3I3 + … + nnIn = n1I1 例3. (多选)一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，根据变压器的工作原理可得( ) A. U1 : U2 = n1 : n2，U2 : U3 = n2 : n3 B. I1 : I2 = n1 : n2，I1 : I3 = n3 : n1 C. n1I1 = n2I2 + n3I3 D. U1I1 = U2I2 + U3I3 n1 n2 n3 U1 U2 U3 I1 I2 I3 ACD 理想变压器输入输出电压、电流、功率大小之间的制约关系 → U1决定 U2 ②电压关系： → I2 决定 I1 → P出决定P入 ④功率关系： P出 = P入 ⑤电流关系： ①U1由 决定 → U2和负载决定I2 ③由 电源 P出 = U2I2 U1 U2 I2 P出 I1 P入 电源 U2 = U1 I2 = （要多少给多少） U2I2 = U1I1 P入 = U1I1 例1. 如图所示：理想变压器的原线圈接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。S原来闭合，且R1=R2，现将S断开，那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I 和用电器上R1的功率P1将分别是( ) A. U增大、I增大、P1增大 B. U不变、I减小、P1增大 C. U减小、I减小、P1减小 D. U不变、I减小、P1不变 D 变压器的动态分析 电源 P出 = U2I2 U1 U2 I2 P出 I1 P入 U2 = U1 I2 = P入 = U1I1 D 16 变压器的动态分析 例2. 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　) A. 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B. 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C. 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D. 若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大 B 电源 P出 = U2I2 U1 U2 I2 P出 I1 P入 U2 = U1 I2 = P入 = U1I1 B 17 1. 自耦变压器： U2 U1 A B P 思考：有没有只用一组线圈来实现变压的变压器？ 原副线圈共用一个线圈。 几种常见的变压器 降压变压器 n1 n2 U1 U2 升压变压器 U1 n1 n2 U2 几种常见的变压器 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， 使用时把原线圈与火线串联， 原线圈匝数多于副线圈匝数。 原线圈匝数少于副线圈匝数。 19 应用：钳形电流表 应用：无线充电技术 初级线圈 次级线圈 输入交流电 输出 感应电流 21 ①当n2 > n1 时，U2 > U1 ③当n2 < n1时，U2 < U1 ②当n2 = n1时，U2 = U1 —— 升压变压器 —— 等压变压器 —— 降压变压器 升压变压器n2>n1 降压变压器n2<n1 变压器的分类 实验用可拆式变压器 城乡变压器 各式变压器 发电站的升压变压器 第三章 交变电流 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验五步曲 1. 实验目的 + 原理 2. 实验仪器 3. 实验步骤 + 注意事项 4. 数据处理 5. 误差 + 结论 一、实验目的：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 1. 实验目的 + 原理 二、实验原理：变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的，当交变电流通过原线圈 时，原线圈内的铁芯会产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中 产生感应电动势。利用控制变量法，通过改变原、副线圈匝数， 探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2. 实验仪器及电路 1. 先画出电路图，根据电路图连接实验电路。 3. 实验步骤 + 注意事项 3. 保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响，将测量结果记录到表3－2中。 2. 为了保证人身安全，实验中只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V；即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。 4. 数据处理 3. 实验步骤 + 注意事项 4. 保持副线圈的匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响，将测量结果记录到表3－3中。 4. 数据处理 产生误差的主要原因： 结论： 误差： 5. 误差 + 结论 通过对以上实验数据的分析，可粗略地得出结论： 同学们，下课！ 图中为稳压器 32 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $