高中物理第五章交变电流.变压器课件人教版

知，R0的电功率减小，D错误． 【答案】 A
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6．如图5-4-7所示，T为理想变压器，A1、A2为交流电流表，R1、R2为定值电 阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑动变阻器的滑动触头向 下滑动时( )
【导学号：94530076】
A．A1的读数变大，A2的读数变大 B．A1的读数变大，A2的读数变小 C．A1的读数变小，A2的读数变大 D．A1的读数变小，A2的读数变小
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5．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变ห้องสมุดไป่ตู้分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进 行动态分析的顺序是 R→I2→P2→P1→I1. (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分 析的顺序是 n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
向上移动过程中，变压器负载电阻变大，由I2＝UR2知I2变小，故电压表示数不变，
电流表示数变小，由
I1 I2
＝
n2 n1
可知，原线圈中的电流I1也变小．而由P2＝U2I2，P1＝
I1U1可知P1、P2均变小．故变压器的输入、输出功率变小．
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3．负载制约 (1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…； (2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2； (3)总功率P入＝P线＋P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的． 4．频率关系 原、副线圈中电流的频率相同．
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3．电动势关系 由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的ΔΔΦt ，根 据法拉第电磁感应定律有E1＝n1ΔΔΦt ，E2＝n2ΔΔΦt ，所以EE12＝nn12. 4．电压关系 由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副线圈两端的 电压U2＝E2，所以UU12＝nn12. 当有多个副线圈时，则有：Un11＝Un22＝Un33＝…

• 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性 面时开始计时．
（2）电流按正弦规律变化 iImsint
（3）电路上的电压按正弦规 uUmsint
律变化
电流 iImsin t 通过R时：
ui R ， U mImR.
四、交流电的图像
从中性面开始计时
如果从乙图开始计时：交流电图像如何画？
eEmcost
从中性面开始计时磁通量变化图像如何？是正弦还是余弦图
1、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪 个方向流动？ 由B→A
2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪 个方向流动？ 由A→B
1．中性面：线圈平面与磁 感线垂直的位置叫做中性面． ．来自 Vrr L 2V
r
E1 BLVsin
BLLsint
2
BSsint
2
E总 E1 E2
所以
eNB L2si nt
交流发电机简介
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什么时刻磁通量变化率最大？什么时刻磁通量变化率最小
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的 磁通量最大，但磁通量的变化率为零
（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈
中的电动势为零
2）线圈经过中性面时，电流将改变 方向，线圈转动一周，两次经过中 性面，电流方向改变两次．
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0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。

B. L1的亮度减弱 D. L2亮度增强
•探究方法小结
原线圈电路中无分压电阻，分析各物理量随负载电阻 变化而变化的情况，顺序是
R→I2→P2→P1→I1
课后探究问题：如图所示，变压器为理想变压器，
交流电源电压恒定，灯泡L1串联在原线圈回路中，灯 泡L2，L3为副线圈的负载，开关S断开时，灯泡L1，L2 的亮度与断开前相比( )
A. L1亮度不变 C. L2亮度不变
思考问题：铁芯的作用是什么？ 为什么要做成彼此绝缘的层叠
硅钢片？
生活中的物理小常识：充电器 不拔耗电么？
实验结果
对于手机的充电器： 接负载时的功率为
6.59W 空载的功率降低为
0.27W
实验结果
对于电脑的充电器： 接负载时的功率为
49.44W 空载的功率降低为
0பைடு நூலகம்49W
探究：理想变压器的 电路动态分析
第五章 交变电流
4.变压器
Transformer
引言：
各种各样的变压器
本课目标
知识目标 1.了解变压器的结构和工作原理 2.知道理想变压器的变压、变流、功
率传输规律 能力目标
掌握变压器工作时的各项制约关系， 并会利用制约关系进行电路动态分析
1.变压器的原理： 雏形：法拉第的线圈
工作原理：互感 能量转化角度： 电能与磁能
Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻 器．V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示 ；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．
下列说法正确的是( )
A．I1和I2表示电流的瞬时值 B．U1和U2表示电压的最大值 C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小

2．交变电流图象的应用 从图象中可以解读到以下信息： (1)交变电流的最大值Im、Em、周期T. (2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通 量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻． (3)找出线圈平行于磁感线的时刻． (4)判断线圈中磁通量的变化情况． (5)分析判断e、i、u随时间的变化规律．
例1 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴 匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( )
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也 为零 C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向 就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
1．下列说法中正确的是( ) A．穿过线圈的磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动 势一定越大 B．穿过线圈的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一 定越大 C．穿过线圈的磁通量不变，线圈中产生的感应电动势恒 为定值 D．穿过线圈的磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动 势一定越大
【答案】D 【解析】穿过线圈的磁通量变化大，磁通量变化不一定 快，故线圈中产生的感应电动势不一定大，故A错误；穿过线 圈的磁通量大，磁通量变化不一定快，故线圈中产生的感应电 动势不一定大，故B错误；穿过线圈的磁通量不变，根据法拉 第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势为零，故C错误； 根据法拉第电磁感应定律，对于同一个线圈，穿过线圈的磁通 量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大，故D正确．
解析：由图象可知，0.01 s时，感应电流为零，则感应电 动势为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，故A正 确；由图象可知，0.02 s时，感应电流为零，则感应电动势为 零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，故B错误；由图 象可知，T＝0.02 s，故C错误；由图可知0.01 s电流方向改变一 次，所以1秒内线圈中感应电流的方向变化100次，故D错误．

电容不仅存在于成型的电容器中、也存在于电路
的导线、元件及机売同。有时候这种电容的影定很大 的当交流的频率很高时更是这样。
同样，电感也不仅存在于成型的线圏中。下面将
要讲到远距离输电、输电线的电感和电容都很大，它 们造成的损失常常比电阻造成的还要大。
电阻、感抗和容抗的比较
电阻：R = r L
S
对直流和交流均有阻碍作用
说一说
有些电源输出的电流既有交流成分又有直流成分，而我们
只需要稳定的直流，不希望其中混有太多的交流成分，这时可
以采用图53-3的电路。现在我们又知道，电容具有“隔直流、
通交流”的作用，如果同时使用电感器和电容器，是不是可以
使负載电阻R2上的交流成分更少?
试着在图5.3-3的基础上在右侧虚框中画出这样的电路图。
C
C
E
S
S u
现象：直流电，灯泡不亮；交流电，灯泡亮了。
电容对直流电有阻碍作用（阻直） 结论：电容对交流电没有阻碍作用（通交）
二、交变电流能够通过电容器
1、电容阻直流：是因为电容器的两个极板被绝缘介质 隔开了，故只有在通电的瞬间有短暂电流。
金属极流：实际上也并没有电 荷通过电容器的两个极板间的绝缘 介质，但当交流电压升高时，对电 容器充电，有充电电流，而当交流 电压降低时，电容器放电，有放电 电流。如此交替进行。
通直流、阻交流
感抗：
XL
2fL 通低频、阻高频
容抗： X C
1
2fC
通交流、隔直流 通高频、阻低频
课后习题解答：
1、交流电流表A1，A2，A3分列与电容器C、线圈L和电阻R事联后接在 同一个交流电源上，供电电压瞬时值为U1＝ Umsinw1t，三个电流表各有 不同的读数。现换另一个电源供电，供电电压眸时值为U2＝ Umsinw2t， w2＝2w1。改換电源后，三个电流表的读数是否变化?如果有变化，各是 增还是减小?为什么?

从理论知识推导结论：
原、副线圈中产生的感应电动势
分别是：
E1=n1/ t E2=n2/ t
E1 n1 E2 n2
若不考虑原副线圈的内阻，则：
人教版高中物理选修3—2第五章交变 电流第4 节：变 压器( 共18张P PT)【P PT优秀 课件】 -精美 版
U1=E1 U2=E2
U1 n1 U 2 n2
转化。
变压器的工作原理------互感现象
变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在 铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈， 由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在 不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 感应电动势。
Hale Waihona Puke 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上， 一个线圈连到电源的两端：
电流互感器
使用时把原线圈与 电路串联，原线圈匝数 少于副线圈匝数
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互感器的区分技巧
(1)电压互感器是降压变压器，据
U1 n1 U 2 n2
，知n1>n2。
电流互感器是升压变压器，据
I1 n2 I 2 n1
•
6.科学家在对 黄 化 豌 豆 幼苗 切 段 的 实 验研 究 中 发 现 ，低 浓 度 的 生 长素 促 进 细 胞 的伸 长 ， 但 生 长素 浓 度 增 高 到一 定 值 时 ， 就会 促 进 切 段 中乙 烯 的 合 成 ，而 乙 烯 含 量 的增 高 ， 反 过 来又 抑 制 了 生 长素 促 进 切 段 细胞 伸 长 的 作 用。
P入= P出 即: U2I2 = U1I1
I1 U2 n2 I2 U1 n1

从中性面开始计时（甲图）
A．磁通量和感应电动势都在变大
2、计算感应电动势有哪些基本表达式？
t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
结论：电流的大小是周期变化的
大小方向都不变的：恒定电流
第五页，共20页。
下列表示交变电流的有（ ）
i
u
i
0
t0
t0
t
(A)
(B)
(C)
i
e
0
t0
t
是否属于(D交) 变电流关键是看电(E流) 方向是否发生变化，而
B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小
e
Em
t
0 t1 t2
t3 t4
-Em
第十八页，共20页。
4、一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为
Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=100πrad/s ，试写出电动势瞬时
3、当线圈转Ａ到Ｂ什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置
时线圈中电流最大?
中性面甲丙， 乙丁
如何判断电流方向？
安培力阻碍运动
（左手定则）
磁感线垂直进入掌心
拇指力的方向
四指电流方向
第十一页，共20页。
线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，
当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情 况是( ) A．磁通量和感应电动势都在变大 B．磁通量和感应电动势都在变小
B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次
(2)示波器中的锯齿波扫描电压 C．磁通量在变小，感应电动势在变大
B．磁通量和感应电动势都在变小

(2)垂直中性面位置(S∥B位置)
此时e最大，i最大，Φ为0，
为最大．
t
3．正弦式交流电的峰值．
Em＝NBsω
4．正弦式交流电的瞬时值表达式
e＝Em sin ωt，u＝Um sin ωt，i＝Imsin ωt
第五页，共16页。
课堂(kètáng)讲 义
例1 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在 线框平面的轴匀速转动时产生了交变电 流，下列说法正确(zhèngquè)的是( ) A．当线框位于中性面时，线框中感应 电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框 中的感应电动势也为零 C．每当线框经过中性面时，感应电动 势或感应电流方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感 线的速度为零
交变电流
c
d
╳╳╳╳
╳╳╳╳
╳b ╳
╳╳ a
Em＝nBSω＝6.28 V Im＝ERm＝6.28 A
e＝Emsin 60°＝5.44 V
第十六页，共16页。
形状无关，与轴的位置无关．
如图所示的几种情况中，
如果n、B、ω、S均相同， 则感应电动势的峰值均为 Em＝nBSω.
2．对瞬时值表达式的理解
写瞬时值表达式时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直的位置计时．
(1)从中性面计时，e＝Em sin ωt
(2)从与中性面垂直位置计时，e＝Emcos ωt
() A．e′＝Emsinω2t B．e′＝2Emsinω2t C．e′＝Emsin2ωt D．e′＝E2msin2ωt
交变电流
Em＝NBωS
当ω加倍(jiā bèi)而S减半时，Em不变
第十五页，共16页。
对点练习 (liànxí)
峰值(fēnɡ zhí)和瞬时值问题

压与匝数成正比，可得n1∶n2＝U1∶U2＝11∶3，选项D正
确．理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出＝
60×2.2 W＝132 W，选项A错误．根据理想变压器的电流与匝
数成反比，即I1∶I2＝n2∶n1，可得通过原线圈的电流的有效 值为I1＝ I2＝0.6 A，选项B正确．通过变压器的是正弦交 流电，所以副线圈的电流的最大值为Im＝ I2＝2.2 A，
源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为 2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有 效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为( B )
A．380 V和5.3 A B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A 【审题指导】(1)当变压器输出电压调至最大时，副线圈匝数
化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果 副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它 也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起 感应电动势．由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈 间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线 圈．其能量转换方式为：
原线圈电能→磁场能→副线圈电能．
知识点二 理想变压器的规律
1．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． 注意：①因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此， 理想变压器的输入功率等于输出功率． ②实际变压器(特别是大型变压器)一般都可以看成是理想 变压器． 2．电动势关系．
知识点三 几种常用的变压器 1．自耦变压器． 特点：只有1个线圈，3个抽头，可升压，也可降压． 2．调压变压器． 特点：属于自耦变压器，但电压可连续调节． 3．互感器． 分类：电压互感器(如图左)和电流互感器(如图右)．

例1 理想(lǐxiǎng)变压器在正常工作时，原、副线 圈中一定相同的物理量是( ) A．每匝线圈中磁通量的变化率 B．交变电流的频率 C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率 D．原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势
UU12＝nn12
第五页，共16页。
课堂(kètáng)讲 义
二、理想(lǐxiǎng)变压器的功率关系和电流关系
正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的
理想(lǐxiǎng)变压器无漏磁
原副线圈通过磁场联系在一起
变压器
第十三页，共16页。
对点练习 (liànxí)
理想(lǐxiǎng)变压器基本规律的应用
变压器
2．理想变压器正常(zhèngcháng)工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为
U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )
P 入＝P 出＝UI＝110
0.05 V× 2
A ≈3.9
W
最大值是 110 2 A
n1:n2=U1:U2=2：1 i＝0.05sin(100πt)A
第八页，共16页。
课堂(kètáng)讲 义例3 如图所示，理想变压器
三个线圈的匝数之比为 n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中 n1接到220 V的交流电源上， n2和n3分别(fēnbié)与电阻R2 、R3组成闭合回路．已知通 过电阻R3的电流I3＝2 A，电 阻R2＝110 Ω，求通过电阻R2 的电流I2和通过原线圈的电流
2．电压(diànyā)互感 器 (1)构造：小型降压变压器，如图甲所示． (2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表； 为了安全，外壳和副线圈应接地． (3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压 ，计算出高压电路的电压．