資源簡介

(共27張PPT)
第三章　交變電流
5
變壓器(二)
2
會解決具有多個副線圈的變壓器問題.
1
會分析變壓器的動態變化問題，掌握解答此類問題的方法.
重點
重難點
3
會分析變壓器原線圈有負載的電路.
難點
理想變壓器的動態分析
1.理想變壓器各量的制約關系
觀察與思考
(2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入增大；P出減小，P入減小；P出為0，P入為0.
(3)電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數比 一定，且輸入電壓U1確定
時，副線圈中的輸出電流I2決定原線圈中的電流I1，即_______(只有一個
副線圈時).
2.理想變壓器兩類動態問題的處理方法
(1)匝數比不變的情況
①U1不變，根據 ，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負載電阻R如何變化，U2不變；當負載電阻發生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發生變化；I2變化引起P2變化，又P1＝P2，故P1變化.
②原、副線圈匝數比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態分析的順序是R→I2→P出→P入→I1.
(2)負載電阻不變的情況
①U1不變， 發生變化，故U2變化；R不變，U2變化，故I2變化；
根據P2＝ ，P2發生變化，又P1＝P2，故P1變化.又P1＝U1I1，U1不變，故
I1變化.
②負載電阻不變，分析各物理量隨匝數比的變化而變化的情況，進行動態分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.
1.(多選)(2022·瓊中縣高二期中)一理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈接入電路的匝數可以通過滑動觸頭Q調節，如圖所示，在副線圈兩輸出端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，在原線圈上加一電壓為U的交流電，則
A.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，
電流表的讀數變小
B.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，
電流表的讀數不變
C.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數變大
D.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數變小
√
√
在原、副線圈匝數比一定的情況下，變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定.因此，當Q位置不變時，輸出電壓U′不變，此時P向上滑動，負載電阻值R′增大，則輸出電流I′減小.根據輸入功率P1等于輸出功率P2，電流表的讀數I變小，故A正確，B錯誤；
保持P位置不變，將Q向上滑動，則輸出電壓U′變大，I′變大，電流表的讀數變大，故C正確，D錯誤.
2.如圖所示，理想變壓器的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V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A1示數變大
D.若閉合開關S，則電流表A1示數變大，A2示數變大
√
當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流變小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數變大，選項A錯誤，B正確；
當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，副線圈中的電流變小，則原線圈中的電流也變小，電流表A1示數變小，選項C錯誤；
若閉合開關S，副線圈電路中總電阻變小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓變小，電流表A2示數變小；原線圈中的電流也變大，電流表A1示數變大，選項D錯誤.
分析動態問題的一般思路
總結提升
有多個副線圈的變壓器
觀察與思考
2.S1、S2都閉合
(1)電壓關系： ＝___＝___.
(2)電流關系：n1I1＝n2I2＋n3I3.
(3)功率關系：P1＝P2＋P3.
3.(2021·朝陽區期中)如圖所示為理想變壓器，原線圈的匝數為n1＝1 000匝，兩個副線圈的匝數分別為n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6 V　2 W”的小燈泡，L2是“12 V　4 W”的小燈泡，當原線圈接上交變電壓時，L1、L2都正常發光，那么原線圈中的電流為
√
副線圈上總的輸出功率P出＝PL1＋PL2＝2 W＋4 W＝6 W，原線圈上輸入功率P入＝P出＝6 W，
4.(多選)如圖所示，理想變壓器有三個線圈A、B、C，其中B、C的匝數分別為n2、n3，電壓表的示數為U，電流表的示數為I，R1、R2是完全相同的電阻，電表均為理想電表，根據以上條件可以計算出的物理量是
A.線圈A的匝數
B.電阻R2兩端的電壓
C.變壓器的輸入功率
D.通過電阻R1的電流
√
√
√
根據線圈C的電流，可求出兩副線圈的消耗功率，由P出＝P入從而可求出變壓器的輸入功率，故C正確；
多個副線圈問題的分析方法
當有多個線圈時，電壓比等于匝數比仍然成立，但電流不再與匝數成反比，而要根據原、副線圈功率相等去推導.
總結提升
變壓器原線圈有負載的電路分析
觀察與思考
原線圈接有負載的理想變壓器問題分析方法
分析理想變壓器原線圈接有負載的問題時，要明確原線圈所在的電路結構，從而確定各物理量之間的關系.
(1)負載與原線圈串聯，如圖甲所示，
負載會分擔一部分電壓，原線圈兩端的電壓U1＝U－UR.流過負載的電流
等于原線圈中的電流，有______＝ ， ＝___.
(2)負載與原線圈并聯，如圖乙所示.
負載會分流，原線圈兩端的電壓U1＝U，流過原線圈的電流I1＝I－IR，有
___＝ ，_____＝ .
5.(多選)在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220 V，理想變壓器原、副線圈的匝數比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝20 Ω，R3＝10 Ω，各電表均為理想電表.已知電阻R2中電流I2隨時間t變化的正弦曲線如圖(b)所示.下列說法正確的是
A.所用交流電的頻率為2 Hz
B.電壓表的示數為20 V
C.電流表的示數為2.0 A
D.變壓器傳輸的電功率為20 W
√
√
通過R2電流的有效值為I＝ A＝1.0 A，R2兩端即副線圈兩端的電壓，根據歐姆定律可知U2＝IR2＝1.0×20 V＝20 V，
即UV＝U0－U1＝220 V－200 V＝20 V，故B正確；
副線圈中流過的總電流為I總＝I＋IA＝1.0 A＋2.0 A＝3.0 A，變壓器原、副線圈傳輸的功率為P＝I總U2＝3.0×20 W＝60 W，故D錯誤.
6.如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數比為1∶4.a、b兩端接到交流電源上，R1、R2為阻值相同的定值電阻，下列說法正確的是
A.副線圈兩端電壓是電源電壓的
B.流過R1的電流是流過R2電流的4倍
C.R1消耗的電功率是R2消耗電功率的
D.R1消耗的電功率是R2消耗電功率的16倍
√(共42張PPT)
4
第三章　交變電流
變壓器(一)
學習目標
2
通過實驗探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數的關系.
1
了解變壓器的構造及其工作原理.
重點
重難點
3
掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關系.
4
了解幾種特殊的變壓器.
變壓器的原理
用電器 額定工作電壓 用電器 額定工作電壓
隨身聽 3 V 機床上的照明燈 36 V
掃描儀 12 V 防身器 3000 V
手機充電器 4.2V 4.4V 5.3V 黑白電視機顯像管 1~2萬伏
錄音機 6V 9V 12V 彩色電視機顯像管 3~4萬伏
我們國家民用統一供電均為220V，如何使這些額定電壓不是220V的電器設備正常工作呢？
如圖所示，把兩個沒有導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈連到交流電源的兩端，另一個線圈連到小燈泡上.小燈泡可能發光嗎 說出你的道理；
如果把線圈與學生電源的直流輸出端相連，小燈泡可能發光嗎
當左邊線圈加上交流電壓時，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產生周期性變化的磁場，根據法拉第電磁感應定律知，在右邊線圈中會產生感應電動勢，右邊線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會發光. 當左邊線圈加上恒定電流時，恒定電流產生恒定磁場，右邊線圈不產生感應電動勢，故右邊線圈無感應電流，小燈泡不發光.
副線圈
原線圈
U2
n1
n2
示意圖
U1
鐵芯
n1
n2
電路符號
1.變壓器的構造
如圖，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.
互感現象是變壓器工作的基礎.電流通過原線圈時在鐵芯中激發磁場.由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化.變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，所以盡管兩個線圈之間沒有導線相連，副線圈也能夠輸出電流.
2.變壓器的原理
實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
交變電流通過原線圈時在鐵芯中產生變化的磁場，副線圈中產生感應電動勢，其兩端有輸出電壓.線圈匝數不同時輸出電壓不同，實驗通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓與匝數的關系.
1.實驗思路
兩只多用電表、學生電源(低壓交流電源)、開關、可拆變壓器、導線若干.原理如圖：
2.實驗器材
3.實驗步驟
(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數.
(2)接通學生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中.
(3)保持匝數不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值.
(4)保持輸入電壓、原線圈的匝數不變，多次改變副線圈的匝數，記錄下每次的副線圈匝數和對應的電壓值.
在誤差允許的范圍內，原、副線圈的電壓之比，等于原、副線圈的
匝數比：______
4.實驗結論
5.注意事項
(1)在改變學生電源的電壓、線圈匝數前要先斷開開關，再進行操作.
(2)為了保證人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V，通電時不能用手接觸裸露的導線和接線柱.
(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當的擋位進行測量.
從上面實驗中我們得出結論：在誤差允許的范圍內，原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的匝數比。但數據沒有嚴格遵從這樣的規律。為什么呢？
這是因為變壓器線圈通過電流時會發熱；
鐵芯在交變磁場的作用下也會發熱；
此外，交變電流產生的磁場也不可能完全局限在鐵芯內。
(1)概念：沒有能量損耗的變壓器叫作理想變壓器.
(2)理想變壓器特點：
①無銅損：原、副線圈不計電阻，電流通過時不產生焦耳熱.
②無鐵損：不計閉合鐵芯中的渦流.
③無磁損：原、副線圈中的電流產生的磁場完全束縛在閉合鐵芯內.
6.理想變壓器
理想化模型
1.在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗過程中，用到了什么物理方法？
2.理想變壓器原、副線圈感應電流的周期和頻率一定相同嗎
一定相同，變壓器不能改變交變電流的頻率。
控制變量法
1.關于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是
A.通有正弦交變電流的原線圈產生的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等
C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
√
通有正弦交變電流的原線圈產生的磁場是變化的，由于面積S不變，故磁通量變化，A錯誤；
因理想變壓器無漏磁，故穿過原、副線圈的磁通量相等，B錯誤；
由互感現象知，C正確；
原線圈中的電能轉化為磁場能又轉化為電能，原、副線圈通過磁場聯系在一起，電流不通過鐵芯，故D錯誤.
2.(1)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗中，下列器材在實驗中必需要用到的有哪兩個？ ；(填字母代號)
BD
實驗中不需要干電池和滑動變阻器，必須用到變壓器和多用電表，故選B、D.
(2)本實驗要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關系，實驗中需要運用下列哪種科學方法 ；(填字母代號)
A.類比法　　　B.等效替代法　　C.控制變量法
C
本實驗要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關系，實驗中需要運用控制變量法，故選C.
(3)實驗中原、副線圈的電壓之比與它們的匝數之比有微小差別.原因不可能為
A.原、副線圈上通過的電流發熱 B.鐵芯在交變磁場作用下發熱
C.變壓器鐵芯漏磁 D.原線圈輸入電壓發生變化
√
原、副線圈上通過的電流發熱，鐵芯在交變磁場作用下發熱，都會發生能量損耗，從而導致電壓比與匝數比有差別，選項A、B不符合題意；
變壓器鐵芯漏磁，從而導致電壓比與匝數比有差別，選項C不符合題意；
原線圈輸入電壓發生變化，不會影響電壓比和匝數比，選項D符合題意.
(4)組裝變壓器時，某同學沒有將鐵芯閉合，原線圈接12.0 V的學生交流電源，原、副線圈的匝數比為8∶1，副線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的實際讀數可能是 (填字母代號)
A.0 V B.1.5 V C.0.65 V D.96.0 V
C
若變壓器的原線圈接12 V交流電壓，原、副線圈的匝數比為8∶1，則副線圈電壓應該為1.5 V，
考慮到變壓器不是理想變壓器，有磁通量損失等因素，則交流電壓表示數應該小于1.5 V，故選C.
理想變壓器的基本關系
原線圈感應電動勢：
副線圈感應電動勢：
n1
n2
U1
~
U2
~
R
交變電源
綜合得：
無漏磁：
1.電動勢關系
=
n2>n1，則U2>U1，這種變壓器使電壓升高，是升壓變壓器.
n2理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數之比： ＝___.
2.電壓關系
3.功率關系
理想變壓器無能量損失，所以輸入功率等于輸出功率.
P入= P出
_______
_______
你能推導出理想變壓器原、副線圈中電流大小與它們的線圈匝數之間的關系嗎？
理想變壓器輸入功率等于輸出功率
即:
U1I1=U2I2
P入= P出
理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數成反比
3.如圖所示電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數之比n1∶n2＝22∶5，原線圈接在u1＝ sin 100πt (V)的交流電源上，電阻R＝25 Ω，A為理想電流表，則A的示數為
A.12.44 A B.8.80 A
C.2.00 A D.2.83 A
√
4.(多選)(2022·畢節市高二期末)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比為1∶2，原線圈的A、B端連接有效值為10 V的交流電壓，通過原線圈的電流為4 A，下列說法正確的是
A.燈泡L兩端的電壓為10 V
B.通過燈泡L的電流為2 A
C.燈泡L消耗的功率為40 W
D.該變壓器為降壓變壓器
√
√
燈泡L消耗的功率為P＝U2I2＝40 W，故C正確；
由于變壓器輸出端的匝數大于輸入端的匝數，故該變壓器為升壓變壓器，D錯誤.
1.變壓器的電動勢關系、電壓關系和電流關系是有效值(或最大值)間的關系，對于某時刻的瞬時值，這些關系不成立.
2.電流與匝數成反比只適用于有一個副線圈的情況，有多個副線圈時不成立.
總結提升
幾種常見的變壓器及應用
生活中的變壓器
變電站的大型變壓器
街頭變壓器
充電器中的變壓器
1.自耦變壓器
U1
U2
n1
n2
n2 >n1 U2>U1
升壓變壓器
n1
n2
U1
U2
n2 降壓變壓器
自耦變壓器的原副線圈共用一個線圈
U2
U1
A
B
P
應用：可實現交變電壓的連續調節、較大范圍變壓。
2.互感器
A
電流互感器
電壓互感器
V
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
應用：測高電壓
應用：測大電流
5.圖示為一自耦變壓器，環形鐵芯上只繞有一個線圈，將其作為原線圈，其兩端a、b間輸入電壓為U1的交變電流.現通過滑動觸頭取該線圈c、d間部分作為副線圈，c、d間的輸出電壓為U2.則在將滑動觸頭從M點順時針旋轉到N點的過程中
A.U2C.U2>U1, U2降低 D.U2>U1, U2升高
√
a、b間作為原線圈(匝數不變)，接電壓為U1的交變電流，在滑動觸頭由M點移動到N點的過程中，相當于副線圈匝數變少，由變壓器工作原理
知U26.電壓互感器能將高電壓變成低電壓、電流互感器能將大電流變成小電流，用于測量或保護系統.如圖所示，T1、T2是監測交流高壓輸電參數的互感器，a、b是交流電壓表或交流電流表，若高壓輸電線間電壓為220 kV，T1的原、副線圈匝數比為1∶100，交流電壓表的示數為200 V，交流電流表的示數為2 A，則
A.a是交流電壓表，b是交流電流表
B.T2的原、副線圈匝數比為1 000∶1
C.高壓線路輸送的電流為200 A
D.高壓線路輸送的電功率為2.2×104 kW
√
T1串聯在電路中，因此a是交流電流表，T2并聯在電路中，因此b是交流電壓表，故A錯誤；
變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數之比，所以T2原、副線圈匝數之比為220 000∶200＝1 100∶1，故B錯誤；
變壓器原、副線圈電流與匝數成反比，則高壓線路輸送的電流為200 A，故C正確；
由C選項可知高壓線路輸送的電功率為P＝UI＝220 kV×200 A＝4.4×104 kW，故D錯誤.
1.電壓互感器：用來把高電壓變成低電壓，副線圈比原線圈匝數少、電流大、導線粗。
2.電流互感器：用來把大電流變成小電流，副線圈比原線圈匝數多、電流小、導線細。
3.應用時電壓互感器應并聯在電路中，即接在零線和火線之間；
電流互感器是用于測電流的，應串聯在電路中。
變壓器（一）
變壓器的原理
理想變壓器的基本關系
變壓器的結構
實驗
電動勢的關系
理想變壓器
電功率的關系
實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
電壓的關系
電流的關系
幾種常見的變壓器及應用
變壓器的原理
示意圖 工作原理 應用
自耦變壓器 只有一個線圈，可升壓，也可降壓.通過自耦變壓，可以從零至最大值連續調節所需電壓，與分壓器比較相似 交變電壓的連續調節、較大范圍變壓的實現
電壓互感器 n1>n2，把高電壓變為低電壓，并聯在待測電路中，用電壓表測得低電壓U2，再根據 算出被測高電壓 實際測量高電壓的一種方法
目標四 導學答案
電流互感器 n1

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