資源簡介

(共38張PPT)
3.3變壓器
人教版（2019）物理選擇性必修第二冊
學習目標
1．了解變壓器的構造及幾種常見的變壓器，理解互感現象和變壓器的工作原理。
2．理解理想變壓器的匝數與電壓和電流的關系，并能用其解決基本問題。
3．理解理想變壓器的功率關系，并能推導出原、副線圈的電流關系。
問題？
生產生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓。變壓器是如何改變電壓的呢？
我們知道導線可以傳輸電能，變壓器上的原、副線圈之間并沒有導線直接連接，卻將電能從原線圈的電路輸送到副線圈的電路。在變壓器中能量是如何轉化的？
思考與討論：
變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現象實現了：
電能 → 磁場能 → 電能轉化
(U1、I1) (變化的磁場) ( U2、I2)
城鄉變壓器
各式變壓器
可拆式變壓器
生活中常見的變壓器
無線充電技術原理
初級線圈
次級線圈
輸入
交流電
手機開始充電時，底座同時亮起了一圈呼吸燈，互感。
輸出
感應電流
一、變壓器的構造
1.變壓器的結構：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的，一個線圈與交流電源連接，叫作原線圈，，也叫初級線圈；另一個線圈與負載連接，叫作副線圈，，也叫次級線圈。
2.工作原理：互感現象是變壓器工作的原理
3.適用條件：交流電，不能改變直流電
探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
實驗思路：控制變量法，保持原線圈電壓U1和匝數n1不變，改變副線圈的匝數n2。
物理量的測量：副線圈的輸出電壓U2。
探究變壓器原副線圈電壓與匝數的關系。
1.輸入電壓不變，原線圈的匝數不變。
原線圈匝數n1 副線圈匝數n2 輸入電壓U1（V） 輸出電壓U2（V）
400 4.25
400 4.25
400 4.25
200
800
1400
1.99
7.88
13.78
U2與n2成正比
U1與n1一定，
２.輸入電壓不變，副線圈的匝數不變。
U2與n1成反比
U1與n2一定，
200 6.6
200 6.6
100
12.9
400
3.1
探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
變壓器的能量損耗
①銅損
②鐵損
③磁損
線圈電阻發熱
渦流現象發熱
漏磁損失能量
理想變壓器
磁通量全部集中在鐵心內
P1＝P2
Φ1=Φ2
電能沒有發熱損耗
二、理想變壓器的變壓規律
三、壓器電壓壓與線圈匝數的關系
設穿過原線圈磁通量為Φ1，穿過副線圈磁通量為Φ2。
Φ1=Φ2
理想變壓器，不考慮原副線圈的內阻，則：
U1=E1
U2=E2
ΔΦ1=ΔΦ2
電壓是有效值
1、當n2 >n1 時，U2>U1
3、當n2 2、當n2 = n1時，U2=U1
—— 升壓變壓器
—— 等壓變壓器
—— 降壓變壓器
不同的變壓需要
理想變壓器：輸出功率等于輸入功率
U1I1=U2I2
（次級只有一個線圈！）
P1＝P2
P=UI
原副線圈中的電流之比等于線圈匝數的反比
變壓器高壓線圈匝數多而通過的電流小,可用較細的導線繞制,低壓線圈匝數少而通過的電流大,應用較粗的導線繞制。
若有多個副線圈
則電流與匝數關系為 n1I1=n2I2+n3I3+…
三、壓器電流與線圈匝數的關系
多個副線圈情況下的電壓、功率和電流關系
①電壓關系：
②功率關系：
P入=P出
③電流關系：
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
U1
U2
I2
I1
電源
電壓、電流、功率之間的因果關系
①U1由電源決定
②U2由U1和匝數比決定：
③I2由U2和負載決定：
④I1由I2和匝數比決定：
⑤輸入功率P1由輸出功率P2決定：
P1＝P2
原副線圈中的頻率關系
在原線圈中接上周期性變化的電流在副線圈中激發出同頻率的交流電。
f1=f2
變壓器不會改變交變電流原線圈中的頻率大小。
以上的所有結論都是只適用于一個副線圈的變壓器。
四、幾種常用變壓器
1.自耦變壓器：
U2
U1
A
B
P
U1
U2
n1
n2
升壓變壓器
n1
n2
U1
U2
降壓變壓器
問題:有沒有只用一組線圈來實現變壓的變壓器
原副線圈共用一個線圈
2、調壓變壓器：
３.互感器
電流互感器
零線
火線
零線
火線
V
電壓互感器
A
使用時把原線圈與電路并聯，原線圈匝數多于副線圈匝數
使用時把原線圈與電路串聯，
原線圈匝數少于副線圈匝數
電流互感器
四、幾種常用變壓器
科學漫步
無線充電技術
基本工作原理：在初級線圈輸入一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。
例1、理想變壓器在正常工作時，原、副線圈中不相同的物理量是（　　）
A．每匝線圈中磁通量的變化率
B．交變電流的頻率
C．原線圈的輸入功率，副線圈的輸出功率
D．原、副線圈中的感應電動勢
n1
n2
D
課堂訓練
例2、如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比n1：n2=4：1，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數是12mA，則電流表A2的示數為（ ）
A、2mA
B、0mA
C、48mA
D、與負載R的值有關
B
例3、在圖甲所示的電路中，理想變壓器原線圈兩端的正弦交變電壓變化規律如圖乙所示。已知變壓器原、副線圈的匝數比n1：n2=10：1，串聯在原線圈電路中電流表A1的示數為1A，下列說法正確的是（　　）
A．電壓表V的示數為200 V
B．變壓器的輸出功率為200 W
C．變壓器輸出端交流電的頻率為100 Hz
D．電流表A2的示數為0.1 A
B
例4.(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的兩個燈泡。當輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時，兩個燈泡正常發光。下列說法正確的是(　　)
A.原、副線圈匝數比為9∶1
B.原、副線圈匝數比為3∶1
C.此時a和b的電功率之比為1∶9
D.此時a和b的電功率之比為1∶1
AC
例5、(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有完全相同的幾個燈泡。結果都可以正常發光。下列說法正確的是(　　)
A.原、副線圈匝數比為9∶1 B.原、副線圈匝數比為3∶1C.此時a和b的電功率之比為1∶9 D.此時a和b的電功率之比為1∶1
c
d
BD
A. U 增大、I 增大、P1 增大
C. U 減小、I 減小、P1 減小
D. U 不變、I 減小、P1 不變
B. U 不變、I 減小、P1 增大
例6、如圖所示：理想變壓器的原線圈接高電壓，變壓后接用電器，線路電阻不計。S原來閉合，且R1=R2，現將S斷開，那么交流電壓表的示數U、交流電流表的示數I 和用電器上R1的功率P1將分別是( )
D
例7、 如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是(　　)
A.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大
B.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表 示數變大
C.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表 示數變大
D.若閉合開關S，則電流表 示數變大， 示數變大
B
例8 (多選)如圖6所示為遠距離輸電示意圖，其中T1、T2為理想變壓器，輸電線總電阻可等效為電阻r，燈L1、L2相同且阻值不變。現保持變壓器T1的輸入電壓不變，滑片P位置不變，當開關S斷開時，燈L1正常發光。則下列說法正確的是( 　　)
A.僅閉合開關S，燈L1會變亮
B.僅閉合開關S，
r消耗的功率會變大
C.僅將滑片P下移，電流表的示數會變大
D.僅將滑片P下移，r消耗的功率會變小
BC
例9、鉗形電流表的外形和結構如圖(a)所示。圖(a)中電流表的讀數為1.2A 。圖(b)中用同一電纜線繞了3匝，則( )
A.這種電流表能測直流電流,圖(b)的讀數為2.4A
B.這種電流表能測交流電流,圖(b)的讀數為0.4A
C.這種電流表能測交流電流,圖(b)的讀數為3.6A
D.這種電流表既能測直流電流,又能測交流電流，圖(b)的讀數為3.6A
C
例10、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數比為n1：n2=3：1，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡L2、L3、L4均能正常發光，則燈泡L1 （ ）
A、也能正常發光
B、較另三個燈暗些
C、將會燒壞L1
D、不能確定
A
L2
L3
L4
n1
n2
~
L1
例11.一個原線圈多個副線圈的理想變壓器,原線圈匝數為n1,兩個副線圈的匝數分別為n2和n3,相應的電壓分別為U1、U2和U3,相應的電流分別為I1、I2和I3,根據變壓器的工作原理可得:
n1
n2
n3
U1
U2
U3
例12、某理想變壓器原、副線圈匝數之比為55∶9，原線圈所接電源電壓的變化規律如圖所示，副線圈接有負載。下列判斷正確的是 (　　)
A．輸出電壓的最大值為36 V.
B．原、副線圈中電流之比為55∶9
C．該理想變壓器的輸入、輸出功率之比為55∶9
D．原線圈兩端電壓有效值為220 V，頻率為50 Hz
D
例13、如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數為n1，副線圈的匝數為n2，原線圈的兩端a、b接正弦式交流電源，電壓表V的示數為220 V，負載電阻R＝44 Ω，電流表A1的示數為0.2 A．電表均為理想電表，下列判斷正確的是(　　)
A．原線圈和副線圈的匝數比為2∶1
B．原線圈和副線圈的匝數比為5∶1
C．電流表A2的示數為0.8 A
D．電流表A2的示數為0.4 A
B
例14、. 理想變壓器正常工作時，原、副線圈中一定相同的物理量是（ ）
A．每匝線圈中磁通量的變化率
B．交變電流的頻率
C．原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
D．原線圈的感應電動勢和副線圈的感應電動勢
ABC
例15、如圖所示的理想變壓器，原、副線圈的匝數比n1∶n2＝1∶2，U1＝220 sin ωt (V)，n1＝1 100 匝，以下說法中正確的是（ ）
A．穿過原、副線圈磁通量的變化率之比為1∶2
B．穿過原、副線圈磁通量的變化率的最大值相等，均為
C．原、副線圈每一匝產生的電動勢有效值相等，均為0.2 V
D．原、副線圈電壓的最大值之比為1∶2
BCD
課堂小結
1.變壓器原理：
2.理想變壓器特點：
利用互感現象實現電能→磁場能→電能的轉化和傳遞。
3.理想變壓器規律：
①功率關系：
②頻率關系：
③電壓關系：
④電流關系：
磁通量全部集中在鐵心內
P1＝P2
Φ1=Φ2
電能沒有發熱損耗
P1＝P2
f1=f2
4.電壓、電流、功率之間的因果關系
①U1由電源決定
②U2由U1和匝數比決定
③I2由U2和負載決定
④I1由I2和匝數比決定
⑤輸入功率P1由輸出功率P2決定
課后作業
課本練習與應用
謝謝聆聽

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