湖南省长郡中学高中物理第五章第四节变压器(第1课时)课件新人教版选修3-2

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3．理想变压器的基本关系 (1)输入功率等于输出功率，即 P 入＝P 出，U1I1＝U2I2。 (2)原、副线圈两端的电压跟匝数成正比，即UU12＝nn21。 (3)原、副线圈中的电流跟匝数成反比(仅限一个副线圈)，即II12＝nn21。 (4)原、副线圈的交变电流的周期 T 和频率 f 相同。
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[思路探究]
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[解析] 交流电压表、电流表测得的是交变电流的有效值，由灯泡正 常发光可知，变压器的输出电压为 220 V，而变压器的输入与输出电压之 比等于原、副线圈的匝数比，故变压器的输入电压为 110 V，电压表的示 数为 110 V；又因为变压器的输入功率等于输出功率，因此可知变压器的 输入电流为 0.2 A，A 正确。(3)来自想变压器电压、电流与匝数的关系
理想变压器特点 电压与匝数关系
铁芯 无漏磁 ，原、副线圈 无电阻 UU12＝nn12
电流与匝数关系 功率关系
II12＝nn21 P1＝P2
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为什么变压器不能变恒定电流？ 解析：要产生感应电动势，磁通量必须发生变化。若原线圈中通以恒 定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁 通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了。
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[典例 1] 如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为 1∶2；副 线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为 220 V，额定功率为 22 W；原 线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用 U 和 I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则( )
A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A C．U＝110 2 V，I＝0.2 A D．U＝110 2 V，I＝0.2 2 A

补充 1、一个原线圈多个副线圈的理想变压器的电压、电 流关系
（1）电压关系
U1 n1 U2 n2
U1 n1 U3 n3
U 2 n2 U 3 n3
（2）电流关系 根据P入=P出，I1U1=I2U2+I3U3 I1n1=I2n2+I3n3
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2.输入输出电压、电流、功率大小之间的
因果关系
1.输入功率P1由输出功率P2决定；P1＝P2 2.U1由电源决定； 3.U2由U1和匝数比决定；U2＝n2/n1·U1
4.I2由U2和负载决定； I2＝U2／R
5.I1由I2和匝数比决定；
I1
I2
I1＝n2/n1·I2
n1 U1
n2U2 R
3、互感器 分类：电压互感器和电流互感器
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例1.一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接 在电压220V的交流电源上，当它对11只并联 的“36V，60w”的灯泡供电时，灯泡正常 发光。由此可知副线圈的匝数n2=1_80____，通
次数 1 2 3 4 5 U1 U2
实验结论：
V1
V2
原副线圈两端电压之比等于 这两个线圈的匝数比。
三、理想变压器的变压规律
I1
I2
原、副线圈中产生的感应 电动势分别是：
U1 n1
n2 U2
E1=n1/ t E2=n2/ t E1/n1= E2/n2
原线圈回路有：U1− E1=I1r1≈ 0 则U1=E1 副线圈回路有：E2=U2 +I2r2 ≈U2 则U2=E2
二、变压器的工作原理 ------互感现象
变压器通过闭合铁
芯，利用互感现Βιβλιοθήκη 实现了电能（U1、I1）∽ U1

4 变压器
1.变压器 知道变压器的构造及几种常见的变压器,理解变压器的工作原理, 了解变压器在生活中的应用。 2.理想变压器的基本规律 通过实验,探究理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系,电 流与匝数的关系。了解理想化模型在物理学研究中的重要性。能 够运用理想变压器的基本规律分析、解决相关问题。
1
2
1.变压器的原理 (1)变压器的构造
1
2
(2)变压器的示意图及符号
1
2
(3)变压器的工作原理 互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不 断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中 产生感应电动势。 (4)变压器的作用 能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的周期和频率。(均 选填“能”或“不能”)
1
2
3
(2)电动势关系
由于互感现象中没有漏磁,原、副线圈中具有相同的磁通量的变 化率
Δ������ , 如图所示, 根据法拉第电磁感应定律 , 原线圈中������1 Δ������ Δ������ ������1 ������2 , 所以有 Δ������ ������2
= ������1
������ , ������
=
������2 ������1 ,由 ������1 ������2
=
������1 ������2
1
2
3
温馨提示 a.由
������1 ������2
=
������2 知 ,对于只有一个副线圈的变压器:电流与 ������1
匝数成反比。因此,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。 b.变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立, 而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器。若为多个副线圈 ,电 流关系要从功率关系(输入功率总等于输出功率 )得出 ,即 U1I1=U 2I2+U 3I3+… ,根据 n1I1=n2I2+n3I 3+…

D. U 不变、I 减小、P1 不变
A
~
S
V R1 R2
变压器输入输出电压、电流、功率大小之
间的因果关系
1.输入功率P1由输出功率P2决定；P1＝P2
2.U1由电源决定；
U2＝n2/n1·U1
3.U2由U1和匝数比决定；I2＝U2／R
4.I2由U2和负载决定；
I1
I2
5.I1由I2和匝数比决定； U1 n1
三、理想变压器的变压规律
I1
I2
原、副线圈中产生的感应 电动势分别是：
U1 n1
n2 U2
E1=n1/ t E2=n2/ t
E1 n1 E2 n2
若不考虑原副线圈的内阻有
U1=E1 U2=E2
U 1 n1 U 2 n2
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
U 1 n1 U 2 n2
I1＝n2/n1·I2
n2U2 R
六、有多个副线圈的理想变压器的问题
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：
U1 n11 U1 n12
U2 n2
U3 n3
由 （ 1） （ 2） 式 得 ：
5.4 变压器
用电器 额定工作电压 用电器
额定工作电压
随身听 3V
机床上的照明灯 36V
扫描仪 12V
防身器
3000V
手机充电 器
录音机
4.2V 4.4V 5.3V 黑白电视机显像管 几万伏
6V 9V 12V
彩色电视机显像管 十几万伏

�����1 ������2
=
������1 。 ������2
3.两类变压器 (1)降压变压器:副线圈电压比原线圈电压低的变压器。 (2)升压变压器:副线圈电压比原线圈电压高的变压器。 思考有的同学误认为通过原、 副线圈的电流与该线圈匝数一定 总成反比。 提示:只有当有一个副线圈时, 1 =
������ ������2 ������2 才成立。当有两个副线圈时,通过 ������1
原、副线圈的电流与该线圈的匝数不再成反比。
探究一
探究二
理想变压器基本关系的理解及应用 ●问题导引●
如图为一理想变压器结构示意图,请思考:
(1)穿过原、副线圈的磁通量的变化率有什么关系? (2)原、副线圈产生的感应电动势与线圈两端的电压有什么关系? 提示:(1)对于理想变压器,穿过原、副线圈的磁通量相等,所以磁通量的 变化率也相等。(2)线圈没有电阻,因此线圈两端的电压等于线圈产生的电 动势,即 U1=E1,U2=E2。
4 变压器
情境导入
课程目标 1.了解变压器的 构造,理解变压器的 工作原理 2.理解变压器的原副 线圈中电压、电流与 匝数的关系,并运用 此规律解决实际问 题 3.了解电压互感器和 电流互感器
一
二
一、变压器的原理
1.构造 由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成(如图所示)。
(1)原线圈:与交流电源相连的线圈。 (2)副线圈:与负载相连的线圈。 2.原理 变压器工作的基础是互感现象。 3.作用 改变交变电流的电压。
22W =0.1 220V
A。根据理想
变压器电压关系 U1∶U2=n1∶n2,得 U1=110V,电流关系 I1∶I2=n2∶n1,得 I1=0.2A, 则 U=U1=110 V,I=I1=0.2A。故选项 A 正确,选项 B、C、D 错误。 答案:A

当有几组副线圈时，有：
U1 U2 U3 n1 n2 n3
I1n1 I2n2 I3n3
谢谢！
原线圈 接交变 电流
e
t3
0
t1 t2
t4 t
原线圈 产生感 应电动势
在铁芯中 产生交变 的磁通
纽带
在铁芯中 产生交变 的磁通
互感现象
副线圈 产生感 应电动势
副线圈 有交变 电流
变压器对恒定电流不能变压！ 变压器的铁芯起什么作用？
四、理想变压器电压比的理论推导
若原、副线圈中通过的磁通量始终 相同(无漏磁)，根据法拉第电磁感应 定律，原副线圈的感应电动势为：
【课后思考答案】
Байду номын сангаас
1. 绕制原副线圈的导线粗细一样吗？
答：粗细不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细 的导线；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线。
2. 变压器会改变交变电流的频率吗？
答：不会。
3. 若变压器有多个副线圈，下面公式还成立吗？
U1 n1 U 2 n2
I1 n2 I2 n1
检测总用 电安全状 况
检测墙壁 电缆漏电 隐患
检测设备 运行安全 情况
检测接地 线漏电
问题:有没有只用一个线圈来实现变压的变压器?
3.自耦变压器
P
U1 n1 n2 U2
降压变压器
U1 n1 n2 U2
升压变压器
U1 A B
U2
自耦调压变压器
一、变压器的构造
课堂小结
二、变压器的工作原理： 1、互感现象； 2、理想变压器：
大型变电所
街头变压器
小型音频变压器
用电设备 电灯/电饭锅/洗衣机 感应电动机 机床照明 半导体收音机 电视机显像管 手机 笔记本电脑

几点说明： U 1 n1 ①对于 ＝ ，无论副线圈一端是空载还是有负载，都 U 2 n2 是适用的。 ②输出电压 U2 由输入电压 U1 和原、 副线圈的匝数比共 U 1 n1 U 1 U 2 ΔΦ 同决定，由 ＝ ，得 ＝ ＝ 。 U 2 n2 n1 n2 Δ t U 1 U 2 U 3 ΔΦ ③若变压器有两个副线圈，则有 ＝ ＝ ＝ ，所 n 1 n2 n 3 Δ t U 1 n1 U 1 n 1 U 2 n2 以有 ＝ ， ＝ 或 ＝ 。 U 2 n2 U 3 n 3 U 3 n3
(4)变压器的电流关系也是有效值(或最大值)间的关系。
(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定 电流不起作用； (2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个 线圈间是绝缘的； (3)变压器不能改变交变电流的周期和频率。
4．变压器工作时的制约关系
n 1 (1)电压制约： 当变压器原、 副线圈的匝数比 一定时， n2
关于理想变压器的四点说明 (1)变压器不能改变直流电压。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变 交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量。 (4)理想变压器基本关系中的 U1、U2、I1、I2 均为有效 值。
[变式训练1]
一台理想变压器，其原线圈 2200 匝，副
线圈 440 匝，并接一个 100 Ω 的负载电阻，如图所示。
[解析] 对于理想变压器，P 入＝P 出，所以输入功率 P P入 132 ＝ A＝0.6 A， 入＝60×2.2 W＝132 W，A 错误；I1＝ U1 220 B 正确；正弦式交流电电流的最大值 I2m＝ 2I2＝2.2 2 A， C 错误； 变压器原、 副线圈匝数比 n1∶n2＝U1∶U2＝11∶3， D 正确。

答案：A
B．3mA D．与 R 值大小无关
解析：当直导线 AB 在匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割 磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中产生 变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，A 正确。
二、变压器工作时的制约关系及动态分析 1．电压制约 当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压 U2 由输入电压决定，即 U2＝n2U1/n1 2．电流制约 当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压 U1 确定时，原线圈的电流 I1 由副线圈中的输出电流 I2 决定，即 I1＝n2I2/n1
压器可视为理想变压器，已知示波器显示的电压为U2＝
31.1sin(100πt)V，变压器原线圈与副线圈的匝数比
n1 n2
＝
10 1
，
若仪器可以看成纯电阻电路，其工作时的电阻R＝44Ω，下
列判断正确的是( )
A．原线圈两端电压为311V，原线圈中的电流为70.7mA B．原线圈两端电压为220V，原线圈中的电流为50mA C．原线圈所接交流电源的频率为100Hz D．原线圈所接交流电源的频率为50Hz
3．作用 改变交变电流的_电__压__，不改变交变电流的_周__期__和__频__率__。
知识点 2 电压与匝数的关系
1.理想变压器
没有_能__量__损__失__的变压器。
2．电压与匝数的关系
原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的_匝__数__之比，
即：UU12＝
n1 n2 。
3．两类变压器 (1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压__低__的变 压器。 (2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压_高 ___的变 压器。
课堂情景切入
采用交流供电的一个优点，是容易改变它的电压，如图 所示是常见的一种变压器，现在我们来探究它的工作原理。

图5-4-2
A．U＝66 V，k＝19
B．U＝22 V，k＝19
C．U＝66 V，k＝13
D．U＝22 V，k＝13
【解析】
设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则II21＝
n2 n1
＝
1 3
，故k＝
II2122RR＝
1 9
.
设原线圈两端的电压为U1，则
U1 U
＝
n1 n2
＝
3 1
，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电
【答案】 AD
2．(2015·全国卷Ⅰ)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1 ，在原、副 线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交 流电源上，如图5-4-2所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U.原、副线圈回路 中电阻消耗的功率的比值为k，则( )
【导学号：94530074】
[核心点击] 1．变压器的工作原理 原线圈上加交变电压时铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通 量，从而在副线圈中产生交变电动势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电 源向外界负载供电．从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁 场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化． 2．理想变压器的特点 (1)变压器铁芯内无漏磁． (2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热．
[合作探讨] 如图5-4-1所示，为一变压器结构示意图．
图5-4-1 探讨1：当在a、b端接入恒定电源时，接在副线圈上的灯泡能否发光？ 【提示】 当a、b接恒定电源时，原线圈中有恒定电流，穿过原、副线圈的 磁通量不变，所以副线圈中没有感应电流，灯泡不发光．
探讨2：变压器中闭合铁芯的作用是什么？ 【提示】 闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量的变 化与原线圈中磁通量电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即：UU12＝nn12.

[答案]
A
1． 如图所示， 理想变压器原线圈与一 10 V 的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡 a 和 b。小灯泡 a 的额定功率为 0.3 W，正常发光时 电阻为 30 Ω。已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为 0.09 A，可计 算出原、副线圈的匝数比为________。流过灯泡 b 的电流为________ A。
[思路探]
[解析]
交流电压表、电流表测得的是交变电流的有效值，由灯泡正
常发光可知，变压器的输出电压为 220 V，而变压器的输入与输出电压之 比等于原、副线圈的匝数比，故变压器的输入电压为 110 V，电压表的示 数为 110 V；又因为变压器的输入功率等于输出功率，因此可知变压器的 输入电流为 0.2 A，A 正确。
(3)理想变压器电压、电流与匝数的关系 理想变压器特点 铁芯 ，原、副线圈 无漏磁 无电阻 U1 n1 电压与匝数关系 ＝ U2 n2 电流与匝数关系 功率关系 I1 n2 ＝ I2 n1 P1 ＝ P2
为什么变压器不能变恒定电流？
解析：要产生感应电动势，磁通量必须发生变化。若原线圈中通以恒 定电流，则在铁芯中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁 通量不变化，因此副线圈中不能产生感应电动势，当然就不能变压了。
U2 解析： 根据 P＝ R 和 P＝I2R 得灯泡 a 两端的电压 U2＝ PR＝ 0.3×30 V ＝3 V，通过灯泡 a 的电流 Ia＝ P R＝ 0.3 U1 n1 A＝0.1 A，根据 ＝ 得原、 30 U2 n2
n1 U1 10 I1 n2 n1 10 副线圈匝数之比 ＝ ＝ ，根据 ＝ ，得副线圈上的电流 I2＝ I1＝ n2 U2 3 I2 n1 n2 3 ×0.09 A＝0.3 A， 根据 I2＝Ia＋Ib， 得流过灯泡 b 的电流为 Ib＝I2－Ia＝0.2 A。