3.3 变压器 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

第三章 交变电流 第三节　变压器 了解变压器的构造及工作原理。 重点 掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。 03 重难点 通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。 02 重点 01 发电站的大型发电机输出电压一般在10kV左右，工厂里电动机的工作电压为380V，家庭电路电压为220V，家用电器里各部分器件的工作电压一般也不相同. 家庭用电 220V 手机充电电压5V 超超临界发电机输出电压27kV 公司logo 公司logo 情境导入 在实际应用中，人们经常需要改变交变电流的电压以适应不同需求. 变电站大型变压器 城区中小型变压器 实验室的可拆变压器 公司logo 公司logo 情境导入 认识变压器 1 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？ 实验现象　 当左边线圈加上交流电压时，如果电压合适，小灯泡就会发光。 当左边线圈加上直流电压，小灯泡不发光。 公司logo 公司logo 观察与思考 1.变压器的功能：用于改变交流电压的设备。 2.变压器的构造： 副线圈 原线圈 n1 n2 原理图 U1 铁芯 n1 n2 电路符号 U2 ↓ 接电源 ↓ 获得输出 公司logo 公司logo 核心知识 3.变压器的原理 基本原理：互感现象 解释：如果原线圈通直流电，铁芯中磁场B不变，副线圈无电压输出 说明：变压器不改变交变电流的周期和频率。 副线圈 原线圈 n1 n2 U1 铁芯 U2 ↓ 接交流电源 ↓ 获得交流输出 B原变化 B感变化 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 √ √ 例题 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，故A正确； 铁芯不用整块金属做成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，故B错误； 变压器原、副线圈交变电流的频率相同，故C正确； 变压器对恒定电流不起作用，故D错误。 实验：探究变压器原、 副线圈电压与匝数的关系 2 公司logo 公司logo 观察与思考 1.实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2.实验器材 两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。原理如图： 3.实验步骤 (1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 (2)接通学生电源，闭合开关，读出电压值，并记录在表格中。 (3)保持原、副线圈匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。 (4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4.实验结论 在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数比， 即=。 5.误差分析 由于存在能量损耗以及漏磁，所以副线圈测量电压值应小于理论变压值。 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。 7.理想变压器： 没有能量损耗的变压器称为理想变压器，它是一个理想化模型。 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”。 (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。 (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。 2. (2024·清远市高二期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 例题 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，电源应使用交流电源，同时多用电表用交流电压挡，故选D。 (1)组装好可拆式变压器后，使用学生电源给原线圈供电，用多用电表测量副线圈两端的电压，下列操作正确的是　　。  A.原线圈接直流电压，电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压，电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压，电表用直流电压挡 D.原线圈接交流电压，电表用交流电压挡 D 例题 对于理想变压器有＝，整理有U2＝U1或U2＝U1n2·或U2＝·n2， 结合题图可知，乙同学的图像是错误的。 (2)在正确组装变压器后，甲乙丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1和副线圈的匝数n2的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，哪个同学的实验结果有误　 (填“甲”“乙”或“丙”)；  乙 例题 (3)小明同学正确组装变压器后，把12 V的学生交流电源接到原线圈“2”“14”接线柱，副线圈接“0”“4”接线柱，原、副线圈的匝数比为　　 ，在确认电路连接无误的情况下，接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是　　。  A.6.0 V　　　　B.4.0 V C.3.8 V　　　　D.0 3∶1 C 例题 由题意可知，原线圈的匝数n1＝(14－2)×100＝1 200 副线圈的匝数n2＝(4－0)×100＝400，所以变压器原、副线圈匝数比为，设副线圈的电压为U2，有，解得U2＝4 V，由于变压器不是理想变压器，会有“漏磁”的情况出现，所以副线圈的电压表读数应该小于4 V，即有可能是3.8 V，故选C。 (4)从实验数据分析原、副线圈上的电压之比并不等于它们的匝数之比，分析下列可能的原因，你认为正确的是　　　。 BCD 实验 次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 200 100 8.2 4.0 2 200 100 6.1 2.9 3 200 100 4.0 1.9 A.原、副线圈的电压不同步 B.变压器线圈中有电流通过时会发热 C.铁芯在交变磁场的作用下会发热 D.穿过副线圈的磁通量小于原线圈的 　磁通量  例题 从实验数据分析，原、副线圈上的电压之比并不等于它们的匝数之比，其变压器并不是理想变压器，能量损失主要来源三个方面，分别是变压器线圈中有电流通过时会发热(铜损)、铁芯在交变磁场的作用下产生涡流发热(铁损)和穿过副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量(磁损)。故选B、C、D。 (5)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计　　。  D 例题 根据题意可知，由于变压器工作时会在铁芯Q中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯Q中不产生较大的涡流，如图所示，应通过相互绝缘的硅钢片使平行于efgh的各平面和平行于abfe的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照平行于adhe平面的形式设计。故选D。 理想变压器的基本关系 3 原线圈感应电动势E1= U1 = n1 副线圈感应电动势E2= U2 = n2 无漏磁 综合得 副线圈 原线圈 n1 n2 U1 铁芯 U2 公司logo 公司logo 观察与思考 变压器的计算关系 1.电压关系 (1)原副线圈电压与匝数成正比，即 。 (2)当n2>n1时，U2 > U1，变压器使电压升高，是升压变压器。 当n2<n1时，U2 < U1，变压器使电压降低，是降压变压器。 (3)有多个副线圈时，＝…。 公司logo 公司logo 核心知识 2.功率关系 从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出。 3.电流关系 (1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或 。 (2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2+I3U3+…或n1I1＝n2I2+n3I3+…。 公司logo 公司logo 核心知识 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 √ 例题 由题图乙知，理想变压器原线圈电压最大值为Um＝24 V，则有效值 为U1＝＝24 V，故A错误； 灯泡正常发光，由P＝UI得，副线圈中电流有效值为I＝＝0.5 A， 故B正确； 由理想变压器原、副线圈电压与匝数关系可知＝4，故C错误； 理想变压器没有能量损失，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，则原线圈的输入功率P1＝PL＝3 W，故D错误。 (2021·广东卷)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 √ 公司logo 公司logo 针对训练 周期为T＝0.2 s，频率为f＝＝5 Hz，故A错误； 由理想变压器原理可知， 解得副线圈两端的最大电压为U2＝U1＝3 V，故B正确； 根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场越强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误； 由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误。 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 √ √ 例题 根据理想变压器的电压比等于匝数比可得n1∶n2＝U1∶U2＝5∶1，n1∶n3＝U1∶U3＝5∶1，故A正确，B错误； 根据能量守恒可知变压器的输入功率等于总的输出功率，故P输入＝P输出＝7.0 kW+3.5 kW＝10.5 kW，故C正确； 输出电压为交流电的有效值，根据正弦交流电的最大值与有效值的关系可知，两副线圈输出电压最大值均为Um＝220 V，故D错误。 电压关系： 功能：改变交流电压 基本原理：互感 功率关系： P入＝P出 变压器的关系 变压器的原理 结构：原 副线圈、铁芯 电流关系： 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $