交变电流课件4

440 2200
V＝44Βιβλιοθήκη V(电压表示数)，I2＝UR2＝14040 A＝0.44 A(电流表示数)。
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W。效率η＝100%。 [答案] (1)0 0 (2)44 0.44 19.36 100%
No.2 电压与匝数的关系
变压器能改变交变电流的电压、电流大小，能改变交 变电流的频率吗？
[变式训练2] (多选)如图，一理想变压器原副线圈匝数之 比为4∶1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R 为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表，下列结 论正确的是( )
两个线圈的匝数之比，即UU12＝nn12。
3．理想变压器电压与匝数关系的理论推导 (1)电动势关系 由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中的每一匝线圈
都具有相同的
ΔΦ Δt
，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1
ΔΦ Δt
，E2
＝n2ΔΔΦt ，所以EE12＝nn12。
(2)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
(3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定，且输 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＝nn2I12。
6．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，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→P出→P入→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→P出→P入→I1。
(4)副线圈接de接线柱，原线圈接bc接线柱，同样用多用电 表的交流电压挡测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。
(5)保持副线圈匝数不变，原线圈接ac接线柱，重复上步， 测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。
(6)根据记录的数据，得出实验结论。
实验结论：实验和理论分析表明，原、副线圈的电压之比 等于
第五章 交变电流
第4节 变压器
背核心语句 1．互感现象是变压器的工作基础，变压器工作时有能量损 失，变压器的输出功率与输入功率之比叫做变压器的效率。理 想变压器的效率为100%。 2．理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为UU12＝nn12。 3．如果理想变压器的副线圈只有一个，则P1＝P2，即U1I1 ＝U2I2，得出原、副线圈电流与匝数的关系为II12＝nn21。
A．P向下滑动时，灯L变亮 B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变 C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小 D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大 [思路点拨] 本题要明确以下三点： ①输入电压决定输出电压；②输出电流决定输入电流；③ 输出功率决定输入功率。
[解析] 由于U1保持不变，根据变压器的变压比可知，副
[特别提醒] (1)电压的制约关系反映了感应电动势的因果 关系；
(2)功率和电流的制约关系，体现了能量守恒的特点； (3)含有理想变压器的动态电路分析，变压器的副线圈可以 看做负载的无阻电源，与副线圈组成的电路可以参照直流电路 动态分析的方法。
典题研析 例2 [2014·广东高考](多选)如图所示的电路中，P为滑动 变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键 S，下列说法正确的是( )
[特别提醒] 理想变压器应具备的条件 (1)原副线圈没有电阻。 (2)无磁通量漏失。 (3)铁芯不发热。
典题研析 例1 [2012·课标全国卷]自耦变压器铁芯上只绕有一个线 圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变 压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总 匝数为1900匝，原线圈为1100匝，接在有效值为220 V的交流电 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( )
[解析] 由理想变压器原、副线圈中电压及功率关系可 得：UU12＝nn12，U1I1＝P2。所以，当变压器输出电压调至最大时， 副线圈的匝数也最大为n2＝1900匝，负载R上的功率也最大，为 2.0 kW，则U2＝nn21U1＝11190000×220 V＝380 V，I1＝UP21＝2.02×20103 A＝9.1 A，故选项B正确。
3. 作用 改变交变电流的 电压 。 [想一想] 如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输 出电压吗？
提示：不能。变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上 接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上 不会有感应电动势产生。
二、电压与匝数的关系 1. 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＝ nn12。 2. 两类变压器 副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫 降压 变压器；副 线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 升压 变压器。
课堂目标定位 1. 了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。 2. 理解变压器的变压规律和变流规律，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。
01课前新知预习
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，与电源连接的线 圈叫做 原线圈 ，与负载连接的线圈叫做 副线圈 。 2. 原理 互感现象 是变压器的工作基础。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 ，能够输出电压和电流。
重点诠释 1.理想变压器 (1)原、副线圈中的电流产生的磁场均束缚在闭合铁芯内， 即无漏磁。 (2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无 “铜损”。 (3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。
由此可看出，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。对于实际变压器(特别是 大型变压器)，一般都可以近似看成是理想变压器。
2．探究变压器两个线圈的电压关系 探究目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。 探究器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若 干。 电路设计：设计实验电路，画出实验电路图，如图所示。
实验过程：(1)画出记录数据的表格 (2)原线圈加U1＝10 V的电压，原线圈的匝数nab＝200匝， nbc＝400匝，副线圈的匝数nde＝100匝，nef＝150匝，原线圈接 ab接线柱，副线圈接de接线柱，连接电路后，用多用电表的交 流电压挡测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。 (3)保持原线圈匝数不变，副线圈接ef接线柱，连接电路 后，用多用电表的交流电压挡测出副线圈电压值并将数据填入 表格．
(2)有多组副线圈工作时，因为P出＝P入 P出＝U2I2＋U3I3＋…… P入＝U1I1 所以有U1I1＝U2I2＋U3I3＋…… 根据Un11＝Un22＝Un33＝…… 可得：n1I1＝n2I2＋n3I3＋……
(3)变压器的输入功率取决于输出功率，即用多少给多少。 同理输入电流取决于输出电流，若副线圈空载，输出电流为 零，输出功率为零，则输入电流为零，输入功率为零。
2．变压器的作用：改变交变电流的电压。 3．变压器的原理 (1)互感现象： 在原、副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象。 (2)工作原理：互感现象是变压器的工作基础。
当在原线圈两端加交流电压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的磁通量，在原、副线圈中 同样要引起感应电动势。由于存在这种互相感应的现象，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。
A。此时输入功率为
________ W，变压器效率为________。
[解析] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电
流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两
端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为
零。
(2)由
U2 U1
＝
n2 n1
得U2＝U1
n2 n1
＝220×
3. 理想变压器 没有 能量损失 的变压器。 4. 应用 可以满足各种不同电压要求的用电设备，让交流得到广泛的 应用。
[判一判] (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个 线圈的匝数之比。(√)
提示：实验和理论分析都表明，原、副线圈的电压之比等 于两个线圈的匝数之比，(1)对。
(2)理想变压器是一个理想化模型。(√) 提示：理想变压器和我们以前学过的质点、点电荷一样也 是一个理想化模型，(2)对。
几点说明：
①对于
U1 U2
＝
n1 n2
，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是
适用的。
②输出电压U2由输入电压U1和原、副线圈的匝数比共同决 定，由UU12＝nn12，得Un11＝Un22＝ΔΔΦt 。
③若变压器有两个副线圈，则有Un11＝Un22＝Un33＝ΔΔΦt ，所以有 UU12＝nn12，UU13＝nn13或UU23＝nn23。
(4)变压器的电流关系也是有效值(或最大值)间的关系。
[特别提醒] (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)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于 0。
5．变压器工作时的制约关系 (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定时，输 入电压U1决定输出电压U2，即U2＝nn2U1 1。 (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 减小，P出为0，P入为0。
[答案] B
[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。