3.3 变压器 课件 -2025-2026学年高二下学期人教版物理选择性必修第二册

3.3 变压器 第三章 交变电流 高压输电：U > 100 KV 家庭用电：U = 220 V 手机充电：U = 5 V 输电线输送的是大于100KV的高压，而家庭用电的电压是220V，如何将高压降为220V？在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同， 那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？ 导入新知 街头变压器 各式变压器 可拆式变压器 变电站的大型变压器 形形色色的变压器 变压器是如何改变电压的呢？ 导入新知 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）。 1、了解变压器的构造及工作原理（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）。 素养目标 实验：把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上，如图所示。小灯泡可能发光吗？写出你的理由；如果把线圈与学生电源的直流输出端相连，小灯泡可能发光吗？ 当左边线圈加上交流电压时，左边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，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，如果小灯泡两端电压合适，小灯泡就会发光。如果线圈与学生电源的直流输出端相连，小灯泡不发光。 一、变压器的结构和工作原理 1.变压器的构造 原线圈 副线圈 ①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成 ②原线圈： ③副线圈： 与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈 与负载相连的线圈，也叫次级线圈 2.变压器的示意图 一、变压器的结构和工作原理 3.变压原理 n1 n2 铁芯 U1 U2 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 原线圈 副线圈 I1 铁芯构成磁回路 I2 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 问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？ 原理是什么？ 说明：变压器不改变交变电流的周期和频率 一、变压器的结构和工作原理 变压器的能量损耗 ①铜损 ②铁损 ③磁损 线圈电阻发热 涡流现象发热 漏磁损失能量 理想变压器 磁通量全部集中在铁心内 P1＝P2 Φ1=Φ2 电能没有发热损耗 4.理想变压器 一、变压器的结构和工作原理 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? n1 n2 铁芯 U1 U2 原线圈 副线圈 I1 I2 原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场 铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈 副线圈上产生了感应电流 电场能 磁场能 电场能 磁场能 5、变压器中的能量转化 一、变压器的结构和工作原理 1.(多选)关于理想变压器的工作原理，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.当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出 AC 例题精选 在输入交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不一样。 变压器原、副线圈两端的电压与线圈的匝数有什么关系呢？ 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 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： e1 =Em sinωt 由法拉第电磁感应定律，得： n1 n2 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验思路： 利用可拆变压器进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。 实验方法： 控制变量法 保持原线圈输入的电压一定，改变原、副线圈的匝数，测量副线圈上的电压。 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 数据分析： 在误差允许的范围内，原副线圈电压之比是等于它们的匝数。 实验结论： 发现的数值和 的数值总是相差那么一点，这是为什么？ 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 误差分析： 误差产生原因： ①变压器线圈通过电流时会发热（铜损）； ②铁芯在交变磁场的作用下也会发热（铁损） ； ③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯呢（磁损） 。 我们把没有能量损失的变压器叫做理想变压器，那么这样的变压器有什么规律？ 能量损耗 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 6.注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。  (3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程 挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 二、实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 2.小南同学为验证变压器线圈两端电压与匝数的关系，将两个线圈套在一闭合的回形铁芯上，其连接的实验电路如图所示。 回答下列问题： (1)左边铁芯上的线圈应连到学生电源的　　(选填“直流”或“交流”)输出端。  交流 (2)仅减少右边铁芯上的线圈匝数，灯泡相比于减少匝数前，将　　 (选填“变亮”或“变暗”)，这说明灯泡两端的电压　 　 (选填“变大”或“变小”)。  变暗 变小 (3)在某次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为1 600和400，测得原线圈两端的电压为36 V，则副线圈两端的电压可能是　　。  A.144 B.101.5 V C.25.4 V D.8.8 V D 例题精选 理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比 ①n2 >n1 U2>U1——升压变压器 ②n2 <n1 U2 <U1——降压变压器 1.电压关系 若变压器有多个副线圈,其电压与匝数的关系依然成正比： 三、理想变压器的基本关系 理想变压器功率关系：输出功率等于输入功率 U1I1=U2I2 次级只有一个线圈 P1＝P2 P=UI 原副线圈中的电流之比等于线圈匝数的反比 2.电流关系 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,应用较粗的导线绕制。 若有多个副线圈 n1I1=n2I2+n3I3+… I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 三、理想变压器的基本关系 U1 U2 I2 I1 3.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： P1＝P2 P1 三、理想变压器的基本关系 (来自教材)变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？ 答案　降压变压器的副线圈两端电压低，匝数少，通过的电流大，为减小产生的热量，减小线圈导线的电阻，应该用较粗的导线。 说明　变压器高压线圈匝数多而导线细，低压线圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的方法之一。 例题精选 3.(2024·北京卷)如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6 V，3 W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是 （ ） A.原线圈两端电压的有效值为24 V B.副线圈中电流的有效值为0.5 A C.原、副线圈匝数之比为1∶4 D.原线圈的输入功率为12 W B 例题精选 4.(多选)(2025·云南卷)电动汽车充电桩的供电变压器(视为理想变压器)示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1，输入电压U1＝1.1 kV；两副线圈的匝数分别为n2和n3，输出电压U2＝U3＝220 V。当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW，下列说法正确的是 ( ) A.n1∶n2＝5∶1 B.n1∶n3＝1∶5 C.变压器的输入功率为10.5 kW D.两副线圈输出电压最大值均为220 V AC 例题精选 变压器 互感现象 变压器的规律 1.变压器不改变交变电流的周期和频率。 2.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。 变压器的原理 U2 R U1 n1 n2 理想变压器特点：没有能量损耗 P入= P出 几种常用变压器: 升压变压器、降压变压器、互感器、自耦变压器 课堂小结 复习巩固 Lavf58.29.100 理想变压器 ①无铜损 　②无铁损 ③无磁损 基 本 关 系 功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入＝P出 电压关系 ①只有一个副线圈时：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2) ②有多个副线圈时：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝… 电流关系 ①只有一个副线圈时：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1) ②有多个副线圈时：由P入＝P出得n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 频率关系 f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率) $