高中物理课件 第4章 第2节 变压器

电磁感应是变压器的工作原理，即 互感现象 是变压器
工作的基础。
3．理想变压器电压(电流)与匝数的关系
理想变压器特点 电压与匝数关系 电流与匝数关系 功率关系 铁芯 无漏磁 、原副线圈 无电阻 U1 n1 ＝ U2 n2 I1 n 2 ＝ I2 n 1 P1＝P2
[关键一点]
I1 n 2 当次级线圈有 2 个(或 2 个以上)时， ≠ ， I2 n 1
线圈Ⅱ的匝数为30，与一标有“12 V
12 W”的灯泡连接，灯泡正常发光。副 线圈Ⅲ的输出电压为110 V，电流为0.4 A。求：
(1)副线圈Ⅲ的匝数； (2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流。 [审题指导] 解此题明确两点：
(1)多个副线圈同时存在时，电压比仍满足等于匝数比。
(2)电流比不再满足与匝数成反比，但原、副线圈功率相等。
[解析]
(1)根据已知，
U2＝12 V，n2＝30，U3＝110 V。 U2 n2 U3 由于 ＝ ，得 n3＝ n2＝275 匝。 U3 n3 U2 U1 n1 (2)由 U1＝220 V，根据 ＝ ， U2 n2 U1 得 n1＝ n2＝550 匝； U2 由 P1＝P2＋P3＝P2＋I3U3＝56 W， P1 得 I1＝ ＝0.25 A。 U1 [答案] (1)275匝 (2)550匝
根据U2及负 由功率及电流 U1 n1 由 ＝ ， U2 n2 → 载的变化确定 → 的决定关系判 确定U2的变化 I2的变化 断I1的变化
U1 n1 [解析] S 由 a 合到 b 时，n1 减小，由 ＝ 可知 U2 增大， U2 n2 U2 2 P2＝ R ，P2 随之增大，而 P2＝P1，又 P1＝U1I1，从而 I1 增大，故 A 正确；S 由 b 合到 a 时，与上述情况相反，P2 应减小，所以 B 正确； U2 2 P 上滑时，R 增大，因 P2＝ R ，所以 P2 减小，又 P1＝P2，P1＝U1I1， U1 n1 从而 I1 减少，C 错误；U1 增大，由 ＝ 可知 U2 增大，所以 P2 增 U2 n2 I1 n 2 大，因而 I2 增加，由 ＝ ，所以 I1 也增大，D 正确。 I2 n 1
新知预习〃巧设计
要点一
第 4 章 第 2 节
名师课堂 〃一点通
要点二 要点三
随堂检测归纳小结 课下作业综合提升
创新演练 〃大冲关
1.了解变压器的构造及几种常见的变 压器，理解变压器的工作原理。
2．通过实验探究得出理想变压器的
原、副线圈中电压与匝数的关系。 3．明确理想变压器的输入与输出功 率之间的关系，并由此推导原、 副线圈中的电流关系。
A．保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大
B．保持P的位置及U1不变，S由b合到a时，R消耗
的功率将减小
C．保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大 D．保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1 将增大
[思路点拨]
此类问题首先要根据题意分清变量和
不变量，其次要明确变量之间的相互制约的关系——电 压：输入决定输出；电流和功率：输出决定输入。思路 流程图如下：
[名师点睛]
变压器原、副线圈功率制约关系、电流
制约关系实质上体现了能量守恒特点，(不计变压器能量 损失)消耗了多少能量，必定提供了多少能量，反过来提
供了不消耗，提供的多消耗的少，显然是不符合能量守
恒定律的。
2．如图4－2－3所示，为一理想变
压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻 器触头，U1为加在原线圈两端的电压， I1为原线圈中的电流强度，则以下说法 错误的是 ( ) 图4－2－3
次级线圈
2．________是变压器工作的基础。电流通过原线圈时在铁
芯中激发_______，由于电流的大小、方向在不断变化， 铁芯中的磁场也在不断_______。变化的磁场在副线圈中 产生________，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副 线圈中也能够输出________。当输入电压一定时，原线圈、
答案：1 650∶1
1．工作原理
(1)原理：由于原、副线圈的互感现象，穿过理想变压
器原、副线圈的磁通量始终相同，因而这两个线圈中每匝 有相同的磁通量的变化率，即在原、副线圈上每匝产生的 感应电动势相等。
(2)电压关系：原、副线圈中产生的感应电动势 E1 、E2 ΔΦ ΔΦ E1 n 1 跟其匝数 n1、n2 成正比。E1＝n1 ，E2＝n2 ，所以 ＝ 。 Δt Δt E2 n 2 在原线圈中，E1 起着阻碍电流变化的作用，跟加在原线 圈两端的电压 U1 作用相反，不考虑线圈内阻，则 U1＝E1，副 线圈相当于新电源，不考虑线圈内阻，副线圈两端电压 U2＝ U1 n1 E2，于是有 ＝ 。 U2 n2
1．如图4－2－2所示，一理想变压器原、副线圈的匝 数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为 220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电
流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此
时电压表和电流表的读数，则 ( )
图4－2－2
A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A
副线圈取不同匝数，副线圈输出的_______不同。
答案：互感现象 磁场 变化 感应电动势 电流 电压
3．如图4－2－1所示，加在理想变压器原线圈上的交变 电压为3 300 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数
为2 V，则原、副线圈的匝数比为________。
图4－2－1
解析：设输入电压为 U1、原线圈匝数为 n1，输出电压 为 U2、副线圈匝数为 n2，由题知 n2＝1，则原、副线圈电压 U1 n1 比等于变压器的变压比： ＝ ， U2 n2 n1 1 650 把数值代入，得： ＝ 。 n2 1
②负载不变，上述物理量随原、副线圈匝数比的变化而 变化的情况：一般情况下，我们认为原线圈输入电压 U1 和匝 数 n1 不变，当副线圈匝数 n2 增大时，副线圈两端电压 U2(U2 n2 U2 ＝ U1)增大， 流过副线圈的电流 I2(I2＝ R )增大， 变压器输出 n1 功率 P2(P2＝U2I2)增大，则理想变压器的输入功率 P1 增大， 流过原线圈的电流 I1 增大。
0.25 A
对于有多组副线圈的变压器，不论副线圈是否闭合， 每一副线圈的电压分别与其匝数成正比的关系不变；而当
副线圈中有不闭合的情况时，则此线圈中没有电流通过，
不消耗电能或功率。则有电流的其他副线圈的功率之和等 于原线圈的功率。
1．(对应要点一)如图4－2－6所示，理想变压器原、副线
圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨， 副线圈与电阻R相连组成闭合回路。当直导线AB在匀 强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安 培表A1的读数为12 mA，那么安培表A2的读数为( )
而是 n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 三、常见的变压器 1．升压、降压变压器 n2＞n1， U2＞U1 ，是升压变压器。 n2＜n1，U2＜U1，是降压变压器。 2．自耦变压器
只有一个 绕组的变压器为自耦变压器。
[试身手·夯基础] 1．变压器是由________和绕在铁芯上的两个________组成 的，一个线圈与交流电源连接，叫做________，也叫 ________；另一个线圈与负载连接，叫做________，也 叫________。 答案：闭合铁芯 线圈 原线圈 初级线圈 副线圈
(3)理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流。 原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大。 (4)变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本 规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循欧姆定律。首
先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律
判定，具体问题具体分析。
n1 ①原、副线圈匝数比( )不变，分析原、副线圈的电压 U1、U2， n2 电流 I1、I2，输出和输入功率 P1、P2 随负载电阻变化而变化的情况。 将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为 U1，副线圈两端的 n2 n1 电压 U2(U2＝ U1)为定值， 流过副线圈的电流 I2(I2＝ I1)随负载电阻 n1 n2 的减小而增大，变压器的输出功率 P2(P2＝U2I2)也随着增大，不计变 压器的能量损失，则变压器的输入功率 P1(P1＝P2)也增大，流过原线 P1 圈 的 电 流 I1(I1 ＝ )也增大。进行动态分析的顺序是 U1 U1→U2→I2→P2→P1→I1。
2．理想变压器 理想变压器是实际变压器的近似。理想变压器有三个 特点：
(1)铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈
两绕组每匝的磁通量Φ都一样，每匝线圈中所产生感应电 动势相等。 (2)线圈绕组的电阻不计，无能损现象。 (3)铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象。
3．能量转换 变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置。 4．理想变压器的基本关系 (1)输入功率等于输出功率 P 入＝P 出，U1I1＝U2I2。 U1 n1 (2)原、副线圈两端的电压跟匝数成正比： ＝ 。 U2 n2 I1 n 2 (3)原、副线圈中的电流跟匝数成反比(仅限一个副线圈)， ＝ 。 I2 n 1 (4)原、副线圈的交变电流的周期 T 和频率 f 相同。
图4－2－6
A．0 C．48 mA
B．3 mA D．与R大小有关
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，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，故安培表A2的读数为0。 答案：A
2．(对应要点二)对于理想变压器，下列说法错误的是(
[读教材·填要点]
一、变压器的结构 1．结构组成 由两个(或两个以上)线圈和铁芯组成。 2．结构特点 原线圈与 交流电源 相连，副线圈与 负载 相连，铁 芯由涂有绝缘漆的 硅钢片叠合 而成。
二、变压器工作原理及变压规律 1．互感
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交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交变磁场
在副线圈中产生感应电动势，当副线圈闭合时，副线圈中有电 流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过 原线圈，在原线圈中产生 互相感应 的现象。 2．工作原理
C．U＝110 V，I＝0.2 A
D．U＝110 V，I＝0.2 A [思路点拔] 解答本题需掌握以下两点：
(1)电流表、电压表的读数是指交变电流的有效值； (2)变压器中原、副线圈的电压、电流分别与匝数的关系。
[解析]
交流电压表、电流表测得的是交变电流的有
效值，由灯泡正常发光可知，变压器的输出电压为220 V， 而变压器的输入与输出电压之比等于原、副线圈的匝数比， 故变压器的输入电压为110 V，电压表的示数为110 V。又 因为变压器的输入功率等于输出功率，因此可知变压器的 输入电流为0.2 A。故选项A正确。 [答案] A
U2 n2 由①②式解得： ＝ U3 n3 根据 P 入＝P 出得：I1U1＝I2U2＋I3U3 n1 n3 将①③式代入④式得：I1U2 ＝I2U2＋I3U2 n2 n2 整理得：I1n1＝I2n2＋I3n3
③ ④
⑤
以上①②③⑤式即为多个副线圈理想变压器的电压与匝 数的关系和电流与匝数的关系。
3．如图4－2－5所示，理想变压器 原线圈Ⅰ接到220 V的交流电源上，副
[答案] C
对理想变压器进行动态分析的两种情况：(1)分析 电压，原线圈→副线圈；(2)分析电流功率，副线圈 →原线圈。
一个原线圈、多个副线圈的理想变压器，如图 4－2－4 所 示，原线圈匝数为 n1，两个副线圈的匝数分别为 n2 和 n3，相 应的电压分别为 U1、U2 和 U3，相应的电流分别为 I1、I2 和 I3。 根据变压器的工作原理可得 U1 n1 ＝ U2 n2 U1 n1 ＝ U3 n3 ① ②
(1)理想变压器输出功率决定输入功率。 当副线圈空载时， 变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随 着负载的变化而变化。 (2)理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数 比决定。无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副 U1 U2 U3 线圈两端电压与原线圈两端电压都满足： ＝ ＝ 。 n1 n2 n3