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

第三章 交流电 High school physics 3 变压器 掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。 通过实验探究变压器的电压与匝数的关系。 02 了解变压器的构造及工作原理。 01 重难点 03 重点 重点 在我们的日常生活中，高压电线上的电压可以高达100kv，家用的电路电压为220v，而手机充电电压则一般不能高于4.2v。我们是如何完成手机充电的？ 变压器是如何改变电压的呢？ 输入电压≠输出电压 公司logo 公司logo 情景导入 01 变压器的结构与原理 把两个线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，小灯泡能发光。 (1)闭合铁芯的作用是什么？ 形成一个闭合磁路，使穿过原、副线圈的磁通量变化情况基本相同 (2)两个线圈并没有直接接触，小灯泡为什么能发光？ 原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场， 变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，进而有感应电流 最简单的变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成 变压器的构造 铁芯 原线圈 副线圈 n1 n2 无铁芯 n1 n2 有铁芯 与负载连接 也叫次级线圈 与交流电源连接 也叫初级线圈 公司logo 公司logo 核心知识 变压器副线圈和原线圈电路是否相通？ 给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？ 不相通 铁芯 原线圈 副线圈 变压器的原理——互感 铁芯 原线圈 副线圈 I1 I2 原线圈加交变电压 原线圈产生 交变磁场 原、副线圈中都产生感应电动势 副线圈产生感应电动势 产生交流电 副线圈与负载连接组成 闭合回路 公司logo 公司logo 核心知识 1.(多选)(2025·宜宾六中高二检测)关于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 √ √ √ 例题 当原、副线圈绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场的磁通量几乎全部沿铁芯通过副线圈，因此可以有效地将电能从原线圈传递给副线圈，故选项A正确； 若用整块金属做成铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生涡流，导致铁芯发热，可能烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误； 变压器不改变交变电流的频率，故选项C正确； 由法拉第电磁感应定律可知，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故选项D正确。 02 变压器的电压与 匝数的关系 (1)若给原线圈接交变电动势 U1 ，则副线圈电动势U2 多大？ U2 R n1 n2 由法拉第电磁感应定律，得： 铁芯两边磁场变化一样，即相同（忽略磁场能的损失） 变压器只改变U，不改变 T 和 f (2)如何设计实验验证上述结论？ 通过改变原、副线圈匝数，探究电压与匝数的关系 实验步骤： (1)连接电路，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 探究变压器的电压与匝数的关系 实验器材： 两只多用电表、学生电源(低压交流)、开关、可拆变压器、导线 公司logo 公司logo 核心知识 实验步骤： (3)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 探究变压器的电压与匝数的关系 实验结论： 在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比 公司logo 公司logo 核心知识 实验步骤： (4)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 探究变压器的电压与匝数的关系 实验结论： 在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比 公司logo 公司logo 核心知识 1.实验数据为什么会存在误差，来源是？ 存在能量损耗 2.为了减小误差，实验时应注意些什么？ (1)先断开开关，再改变电压、线圈匝数 (2)为保证人身安全，学生电源应为较低的交流电压(10~16 V) 通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱 (3)为保证多用电表的安全，测电压时，先用最大量程挡试测 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 无能量损耗 ①无铜损 ②无铁损 ③无磁损 原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热 闭合铁芯中的涡流为零 原、副线圈中的电流产生的磁场的磁感线完全束缚在闭合铁芯内 理想变压器——理想化模型 3.如果一个变压器没有能量损耗，那么它将符合怎样的特点？ 有能量损耗 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 4.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，学生电源的电压应为较低的交流电压(如10~16 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。 2.(2024·眉山市高二检测)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是 A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 √ 例题 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是变化的，A错误； 因理想变压器无漏磁，穿过原、副线圈的磁通量相等，故B错误； 由互感现象知，C正确； 原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，电流不通过铁芯，故D错误。 3.物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。乙图中线圈上标的数字“×100”为该接线柱到“0”接线柱间的线圈匝数。 (1)观察变压器的铁芯，它的结构和材料是　　　　。  A.整块硅钢铁芯 B.整块不锈钢铁芯 C.绝缘的铜片叠成 D.绝缘的硅钢片叠成 D (2)如图乙，当左侧线圈“0”“2”间接入6 V交流电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是　　　。  A.3 V B.11.2 V C.12.4 V B (3)第(2)问测得结果中电压比不等于 匝数比的原因可能是________________________________。  不是理想变压器，有漏磁等现象 (1)观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，故选D。 (2)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数成正比的关系，若变压器的原线圈接0和2两个接线柱，副线圈接0和4两个接线柱，可知原、副线圈的匝数比为1∶2，则副线圈的电压为12 V，考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则输出电压可能小于12 V，但一定大于原线圈的6 V，故选B。 (3)不是理想变压器，有漏磁等现象导致电压比不等于匝数比。 03 理想变压器的基本关系 (1)对于“口”字形理想变压器，，根据此关系，怎样使电压升高或降低？ n2>n1，U2>U1——升压变压器 n2<n1，U2<U1——降压变压器 U2 R n1 n2 U1 (2)有多个副线圈时，电压与匝数有怎样的关系？ ＝… I2 n2 U2 I1 n1 U1 I3 n3 U3 高压线圈匝数多而导线细 低压线圈匝数少而导线粗 (3)讨论单个和多个副线圈时，电流与匝数有怎样的关系？ (4)功率有怎样的关系？ 因能量守恒，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出 多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋… 一个副线圈时，U1I1＝U2I2 n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 有多个副线圈时，电压比等于匝数比仍然成立，但电流不再与匝数成反比，而要根据原、副线圈功率相等去推导 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，为减少产生的热量，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。 公司logo 公司logo 讨论交流 4.(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。 5.(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 √ √ 根据理想变压器原、副线圈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，根据正弦式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。 副线圈：与负载连接，也叫次级线圈 变压器的 结构与原理 变压器的原理——互感 变压器 实验器材 最简单的变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成 原线圈：与交流电源连接，也叫初级线圈 理想变压器——理想化模型 理想变压器 的基本关系 变压器的电压与匝数的关系 实验步骤 实验结论 误差分析与注意事项 ＝… n1I1＝n2I2＋n3I3＋… P入＝P出 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $