高中物理选修11人教版同步辅导与检测课件：3.4变压器

U=1Leabharlann 2U m = 0.707 U m
I=
1 2
I m = 0.707 I m
新课导入
世界第一高水坝——长江三峡大坝，巍然耸 立在湖北省宜昌市。三峡电厂的投产，改善了我 国一些地区的电力供应。远在几千千米之外的你 家，也许使用的就是三峡电。
照明灯电压-----220伏 机床上照明灯------36伏 半导体收音机电源电压不超过10伏 电视机显像管却需要10000伏以上电压 大型发电机交流电压------几万伏 远距离输电------几十万伏
理论分析法:
原线圈 副线圈
ΔФ Ｅ1＝ n1 Δt

E1 = E2
ΔΦ Ｅ2＝ n2 Δt
U1
U2
n1 n2
而 E1 =U1 E2 =U 2
U 1 n1 所以： = U 2 n2
即： 原、副线圈两端电压之比等这两个线圈的匝数比。
U 1 n1 U 2 n2
1．当n2 >n1 时，U2>U1
—— 升压变压器 2．当n2 = n1时，U2=U1 —— 等压变压器 3．当n2 <n1时，U2 <U1 —— 降压变压器
原线圈通以变化的电流时,会产生变化的磁场， 磁通量是全部集中在铁芯内，不管闭合铁芯上绕多少 匝线圈，穿过每组线圈的磁通量的变化率相同。 因此：在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪 个线圈的电压就高。 能的转换： 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了： 电能 (U1、I1) 磁场能 (变化的磁场) 电能 ( U2、I2)
变压器
原线圈
闭合铁芯
副线圈
电路图中变 压器符号：
n1
n2
n1
n2
无铁芯

也在不断变化感，应于电是动势副线圈(xiànquān)内产生了
．
相互串联
(2)线圈(xiànquān)整的个各线匝圈导线之间是
的，每匝的
感应电动势加在一起，就是
的 感 应 电 动就势高． 因
此，在同一个铁芯上，哪个线圈(xiànquān)的匝数多，哪个
第五页，共31页。
2．思考判断 (1)变压器的工作原理是电磁感应．(√) (2)变压器副线圈匝数多，则副线圈的电压高．(√) 3．探究交流 变压器为何不能改变恒定直流电压？ 【提示(tíshì)】 变压器的工作原理是电磁感应，产生 感产电动势的条件是磁通量发生变化，恒定直流电的磁场不 变，故变压器不能改变恒定直流电压．
数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220
V 60 W”灯泡(dēngpào)一只，且灯泡(dēngpào)正常发光，
则( ) A．电流表的示数为32202 A
B．电源输出功率为1 200 W
C．电流表的示数为2320 A D．原线圈端电压为11 V
图3－4－4
第二十一页，共31页。
第十五页，共31页。
【解析】 变压器的工作原理是电磁感应现象，只有当 电流为变化电流时，变压器才起作用，对于恒定电压，变压 器不发挥作用，A错，B对；变压器由绕在同一闭合铁芯上 的线圈构成，线圈至少有两个(liǎnɡ ɡè)，一为原线圈，一为 副线圈，C对；在有变压器构成的电路中，原线圈与电源相 连，起负载的作用，副线圈与用电器相连，起电源的作用， D对．
匝数．
【答案(dáàn)】 D
第二十七页，共31页。
4．(2013·清华附中(fùzhōng)检测)如图3－4－5所示，可 以将电压升高后供给家用电灯的变压器是( )

第七页，共28页。
特别(tèbié)提醒 (1)在变压器原副线圈中由于有交变电流而 发生互相感应的现象，叫做互感现象．
(2)互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合铁芯， 利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化．
(3)变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电 路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁 芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到 变压作用．
(2)由UU21＝nn21得： U2＝U1nn21＝220×2424000 V＝44 V(电压表读数)， I2＝UR2＝14040 A＝0.44 A(电流表读数)， P 入＝P 出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W.
第十七页，共28页。
答案(dáàn) (1)0 0 (2)44 0.44 19.36 借题发挥 (1)变压器只改变交流电的电压，不改变直流电 的电压． (2)理想变压器的输入功率等于输出功率．输出功率决定输 入功率大小．
第二十八页，共28页。
第五页，共28页。
一、变压器的工作(gōngzuò)原理
变压器的示意图 图3－4－2
第六页，共28页。
变压器的变压原理是电磁感应．如图3－4－2所示，当原线 圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产 生交变的磁通量，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 (zhuǎnhuàn)方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能．
第二十一页，共28页。
【答案】A 【解析】变压器可以改变交变电流的电压、电流，其工作 原理(yuánlǐ)是电磁感应现象．

的交变磁场相同,磁通量的变化率相同,因而每匝线圈产生的感应电
动势相等,才导致电压与匝数成正比;理想变压器可以忽略热损耗,故
输入功率等于输出功率.在本题中,由于交变磁场的变化在原、副线
圈中相等,故电压比等于匝数比,用此规律可由电压比求匝数比.故选
B、D.
答案:BD
方法规律
理想变压器有两个理想化处理:
组的机端电压是 2 000 V,通过 500 千伏超高压输送到远方(左图),到
达用电区后,我们的照明电路只用 220 V 的电压,而城市电车(右图)
却需要 750 V 的电压,你知道人们是如何实现不同电压之间的转换
的吗?
答案:通过变压器实现变压.
二、变压器为什么能改变电压
原线圈中通过电流时,铁芯中产生磁场,由于交变电流的大小和
=
典题例解
【例 2】 (双选)如图甲所示为我们常见的街头变压器,它们通常
是把变电站送来的正弦式交流电压转换为我们生活中常用的交流
电压.原线圈所接电源电压波形如图乙所示,原、副线圈匝数比 n1∶
n2=10∶1,串联在原线圈电路中的电流表示数为 1 A.下列说法中正
确的是(
)
A.变压器输出端所接交流电压表示数为 20 2 V
副线圈中产生很高的电压,这与变压器改变交变电流的作用并不矛
盾.
•11、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。
•12、首先是教师品格的陶冶，行为的教育，然后才是专门知识和技能的训练。
•13、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。2021/11/72021/11/7November 7, 2021
端连接光滑导轨,副线圈与电阻 R 相连组成闭合电路.当直导线 AB

2.再保持副线圈匝数不变，改变原线 圈匝数，研究其对副线圈电压影响。
变压器线圈两端的电压与匝数的关系
U1
n1

n2
U2
在误差允许的范围内， 理想变压器原、副线 圈两端的电压之比， 等于两个线圈的匝数 之比。
n1 U1 n2 U 2
变压器的种类
1.升压变压器：
n2 >n1 时，U2 U>1，变压器使电压升高，这种 变压器叫升压变压器。
高压电气设备、电气元件等。
2.降压变压器：
n2 <n1 时，U2 U<1，变压器使电压降低，这种 变压器叫降压变压器。
手机充电器
巩固练习
某机床上用的照明灯电压为36V。如果要 用220V的电压降压得到，机床上变压器的原 线圈匝数是1100，副线圈匝数应该比原线圈 多一些还是少一些？副线圈的匝数是多少？
课堂小结
一、变压器的构造 二、电路符号图 三、变压器的工作原理 四、基本关系式
课后思考题
变压器原线圈和副线圈之间是绝缘的。 如果副线圈多接了几个用电器使得电流增 大了，你认为原线圈中的电流会变化吗？ 说出你的道理。
谢谢
四、变压器
纪事报道
输电过程示意图
街头变压器
变电站的大型变压器
手机充电器
半导体收音机中的小型变压器
示教变压器
变压器的结构
初级线圈
次级线圈
变压器在电路中的符号
U1
n1
n2
U2
演示实验
变压器只适用于 交流电
实验目的 探究变压器两端电压与匝数的关系 实验器材 学生电源、变压器、电压表、导线
实验步骤 1.先保持原线圈匝数不变，改变副线 圈匝数，研究其对副线圈电压影响。

四变压器
一、变压器的结构
变压器由_______、_______和_________组成。
二、变压器的作用 1.变压器的原原理线:在圈变压器副原线线圈圈上加交闭变合电铁压芯U1后,原线圈 中就有交变电流通过,在闭合铁芯中产生交变的磁通量,这个
交变磁通量穿过副线圈,在副线圈上产生感应电动势。
2.变压器的电压、电流与线圈匝数的关系: (1)变压器原、副线圈两端电压U1、U2与原、副线圈的匝数
n1、n2的关系为_____U__1 _。n1 (2)变压器原、副线圈U两2 端n通2过的电流I1、I2与原、副线圈
的匝数n1、n2的关系为__________。
I1 n2 I2 n1
【名师点睛】对变压器的三点说明 (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频率。
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语 文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
⑤ 搁置问题抓住老师的思路。碰到自己还没有完全理解老师所讲内容的时候，最好是做个记号，姑且先把这个问题放在一边，继续听老师讲后面的 内容，以免顾此失彼。来自：学习方法网
入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的
电流I1，即
。
n1 n2
I1

n2I2 n1
编后语
老师上课都有一定的思路，抓住老师的思路就能取得良好的学习效果。在上一小节中已经提及听课中要跟随老师的思路，这里再进一步论述听课时如何 抓住老师的思路。

-8-
四、变压器 一二
2.电压关系: ������� 2
目标导航
Z Z D 知识梳理 HISHISHULI
重难聚焦
HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
由于理想变压器铁芯没有漏磁,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,
Rmin=
������2 ������2
=
440
1 2
Ω
=880
Ω
。
答案:C
题后反思常有人以为,保险丝的熔断电流I0就是原线圈中的最大 电流。这是错误的!因为交变电流的有效值是根据热效应定义的,
所以根据热效应而规定的保险丝的熔断电流也必须用有效值来衡
量,即I0是熔断时电流的有效值而不是峰值。
-16-
一二
3.电流关系: ������1 = ������2
������2 ������1
由于不存在各种能量损失,所以变压器的输出功率等于输入功
率,P2=P1,用
U、I
代换得
U2I2=U1I1,所以有
������1 ������2
=
������2 ������1
,
再由
������1 ������2
=
������ 1 ������ 2
-3-
四、变压器 一二三
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重难聚焦
HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
二、理想变压器两个线圈的电压、电流、电功率的关系
1.变压比公式:U1∶U2=n1∶n2。 2.变流比公式:I1∶I2=n2∶n1(只适用于一个副线圈)。

• 答案：BCD
• 【针对训练】 3.如下图，L1和L2是输电线，用
电压互感器和电流互感器测输电功率．假设甲 的两线圈匝数比为50∶1，乙的两线圈匝数比为 1∶20，并且加在电压表两端的电压为220 V， 通过电流表的电流为5 A，那么以下说法正确的 选项是( )
• A．甲是电压互感器，乙是电流互感器 • B．乙是电压互感器，甲是电流互感器 • C．输电线的输送功率为1.21×107 W • D．输电线的输送功率为1.1×106 W
• 解析：导线AB切割磁感线产生的感应电动势为
E感＝Blv.由于B、l、v三个量均不变，故感应电 动势为一定值．因此原线圈两端的电压恒定，
原线圈中电流恒为12 mA.变压器原、副线圈中
无法发生互感现象，副线圈输出电压应为零，
故电流表A2的读数为零，选A. • 答案：A
【误区警示】本题易错选 C.根据电流比II21＝nn21，所以电流 表 A2 的读数应为 I2＝In1n21＝12×4 mA＝48 mA，选 C.错解的原 因是忽视了变压器变压与交流的原理，即电磁互感现象．当原 线圈中电流为直线时，副线圈中无法产生感应电动势，故变压 器只能变交流，而无法变直流．
• A．线圈匝数n1＜n2，n3＜n4
• B．线圈匝数n1＞n2，n3＜n4
• C．甲图中的电表是电压表，输出端不可以短路
• D．乙图中的电表是电流表，输出端不可以断路
• 解析：题图甲中原线圈并联在电路中，应为电 压互感器，为降压变压器，n1＞n2，甲图中的 电表为电压表；乙图中原线圈串联在电路中， 为电流互感器，是升压变压器，n3＜n4，乙图 中电表为电流表，应选项B、C、D正确．
• 三、互感器
• 1．电压互感器：用来高把 电压低变成 电压并， 原线圈 在高压电路上．

【方法技巧】变压器工作时的制约关系
主干梳理
(1)电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比
经典考题
入电压U1决定输出电压U2，即 U2 减小，P出为0，P入为0。
知能训练
(2)功率制约:P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入 (3)电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比
n 2 I2 。 n1 n1 一定，且输 n2
主干梳理
经典考题
【名师点睛】对变压器的三点说明
知能训练
(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频率。
主干梳理
热点1
经典考题
变压器的作用
【例1】变压器是一件重要的电器设备,对变压器的认识正确 的是 ( )
【例2】(2013·东城区高二检测)如图所示,一理想变压器原 线圈两端所加的电压U1=1 100V时,副线圈两端的电压U2=220V。若
经典考题
此变压器副线圈的匝数n2=200,则原线圈的匝数n1为(
)
知能训练
A.2000
B.1000
C.200
D.100
主干梳理
经典考题
知能训练
【解析】选B。由公式U1:U2=n1:n2,可解得n1=1 000,故选B。
n 2 U1 。 n1
n1 一定时，输 n2
入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的 电流I1，即 I1
2.变压器的电压、电流与线圈匝数的关系:
主干梳理 经典考题
(1)变压器原、副线圈两端电压U1、U2与原、副线圈的匝数
U1 n1 n1、n2的关系为________ U2 n 2 。

由UU12＝nn12可知，原线圈电压 U1＝20×220 V＝4 400 V，选 项 D 错；又因输入功率等于输出功率，P1＝P2＝60 W，
故选项 B 错；电流表读数为有效值，原线圈中电流 I1＝UP11
＝4
60 400
A＝2320
A，故选项
A
错，选项
C一个理想变压器原线圈和副线圈的匝 数分别为 n1 和 n2，正常工作时输入和输出的电压、功率 分别为 U1 和 U2、P1 和 P2，已知 n1＞n2，则( )
•
二、变压器的变压规律
1．电压关系． 理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成_正_ 比，即UU12＝nn12. 2．功率关系． 对于理想变压器，由于不考虑能量损失，由能量守恒 可知 P 入_＝_____P 出，即 P1__＝___P2.
拓展 理想变压器原、副线圈基本量的关系
基本 功率关系
P 入＝P 出
答案：D
电压关系 UU12＝nn12，与负载、副
关系
线圈的多少无关
频率关系 f1＝f2(变压器不改变 交流电的频率)
(1)由 U2＝nn21U1 可知 U1 决定 U2，即 因果关系 原线圈两端电压决定副线圈两端的 (n1 和 n2 不 电压
变时) (2)由 P 入＝P 出可知输出功率决定输
入功率，功率按需分配
[典例] 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比 为 20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )
A．电流表的示数为32202 A B．电流输出功率为 1 200 W C．电流表的示数为2320 A D．原线圈端电压为 11 V
解析：由灯泡正常发光可知，副线圈电压为 220 V，