人教版高中物理选修3-2第五章第4节变压器课件

输入功率为零．对有多个副线圈输出时，输
入功率等于副线圈上输出功率之和． （二）频率关系
P入=
P出
变压器不能改变交变电流的频率．
在原线圈中接上周期性变化的电流在副
线圈中激发出同频率的交流电．
三、电压关系
铁芯
1 理论条件
原
∽U1线 圈
n1 n2
副 线 U2 圈
因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以 理想变压器原副线圈中的磁通量，磁通 量的变化量 、磁通量的变化率都相同。
电压表的读数可能是( A )
A．2.0 V
B．9.0 V
C．12.7 V
D．144.0 V
解析：选
A.由U1＝U2得 n1 n2
U2＝nn2U1 1，其中
U1＝
51 2
V，
得 U2＝4512 V≈9.0 V，因此题中两线圈并非处于理
想状态，会出现漏磁，所以交流电压表的读数小于
9.0 V，故选项 A 正确．
C．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，
均为 0.2 V
D．原、副线圈电动势的瞬时值之比为 1∶2
即时应用
1．对理想变压器，下列说法中正确的是( AB ) A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增 大而增大 B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大 而增大 C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而 变化 D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
变压器的动态分析
如图所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦 交流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻R2,各交 流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，
各电表的示数变化情况是( A )
A．电流表A1示数变大 B．电流表A2示数变小 C．电压表V1示数变小 D．电压表V1示数变大
理想变压器特点： （1）变压器铁芯内无漏磁； （2）原、副线圈不计内阻； （3）忽略铁芯产生的热量。
理 想
磁通量全部集中在铁心内
n1
变 压 器
P入＝P出 原、副线圈电阻都为零
～ U1
n2 U2 ×
四、理想变压器的规律
（一）功率关系
理想变压器无能量损失，所以输入功率
等于输出功率．当副线圈为断路时，原线圈
变式训练 2 一理想变压器原、副
线圈的匝数比为 n1∶n2＝1∶2，电 源电压 u＝220 2sinωt V，原线圈
电路中接入一熔断电流 I0＝1 A 的 保险丝，副线圈中接入一可变电阻
R，如图所示，为了使保险丝不致
熔断，调节 R 时，其阻值最低不
能小于( C ) A．440 Ω
B．440 2 Ω
变压器基本规律的应用
【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝ 4：1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线
运动切割磁感线时，图中电流表A1的示数12mA ，则电流表A2的示数为————（ ） A．3mA B．0 C．48mA D．与负载R
的值有关
解析：变压器只能工作于交流电路， 不能工作在恒定电流和恒定电压的电 路，导体棒向左匀速切割磁感线时， 在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引 起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈 n2上无感应电动势出现，所以A2中无电
练习.如图是4种亮度可调的台灯的电路的示意图，它们所用的 灯泡相同，且都是“220V 40W”，当灯泡消耗的功率都调至 20W时，哪种台灯消耗的功率最小？
答案 C
解析 理想变压器的输入功率等于输出功率，在变压器上是没 有功率损失的，所以含有变压器的台灯消耗功率就等于灯泡消 耗的功率．而其余三种电路中有另外的变阻器，除灯泡消耗功 率外，在变阻器上有额外的功率损失．
各种用电器的额定电压
用电器 额定工作电压 用电器
额定工作电压
随身听 3V
机床上的照明灯 36V
扫描仪 12V
防身器
3000V
手机充电 器
录音机
4.2V 4.4V 5.3V 黑白电视机显像管 几万伏
6V 9V 12V
彩色电视机显像管 十几万伏
但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何 使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的 呢？
压的变压器？
P
自耦变压器的
U1 A B
U2 原副线圈共用一 个线圈
U1 n1 n2 U2
降压变压器
U1 n1 n2 U2
升压变压器
I1 U 2 n2 I2 U1 n1
2.互感器
V
电压互感器
使用时把原线圈与 电路并联，原线圈匝 数多于副线圈匝数
A
ห้องสมุดไป่ตู้电流互感器
使用时把原线圈与 电路串联，原线圈匝 数少于副线圈匝数
n1
～ U1
原线圈 接
交流电
原线圈 产生
感应电动势
在铁芯中 产生变化 的磁通量
在铁芯中 产生变化 的磁通量
n2
U2 ×
副线圈 产生
感应电动势
副线圈 有
交流电
二、变压器的工作原理 ——互感现象
铁芯
e
原 ∽U1线
圈
n1 n2
副 线 U2 圈
0
t1
t2 t3
t
t4
变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
答案 （1）电流互感器a侧两线圈完全相同，流过两 线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相 互抵消，b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产 生感应电流．
（2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电 厂，a侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流”在 铁芯中产生变化的“剩余磁通”，b侧线圈中磁通量 发生变化，线圈中产生感应电流．
解析：选 A.由UU21＝nn12可知，n1、n2、U1 不变， U2 不变，光敏电阻的阻值变小，I2＝UR2可得 I2 增大，I1 增大，故选 A.
重要题型的方法与技巧：由负载变化引起变压 器电压、电流变化的判断方法：
1、由U1/U2=n1/n2，判断U2变化情况 2、判断负载电阻变化的情况 3、由欧姆定律确定副线圈中电流I2的变化情况 4、最后由P出=P入判断原线圈中电流I1的变化情况
1.输入功率P1由输出功率P2决定
输出功率P2由负载决定
I1
2.U1由电源决定；
U1 n1
I2 n2U2 R
3.U2由U1和匝数比决定；U2＝n2/n1·U1 4.I2由U2和负载决定； I2＝U2／R 5.I1由I2和匝数比决定； I1＝n2/n1·I2
（七）几种常用变压器
1.自耦变压器
问题：有没有只用 一组线圈来实现变
2.推导过程
I1
I2
原、副线圈中产生的感应电动势分别是：
E1=n1/t E2=n2/t
U1 n1
则E1/n1= E2/n2
n2 U2
若不考虑原副线圈的内阻则
U1=E1；U2=E2 即：U1/U2= n1/n2
3.结论：理想变压器原副线圈的电 压跟它们的匝数成正比
U1 n1 U 2 n2
1、n2 >n1 U2>U1——升压变压器
I2=PU22
所以：I1
=
n2 n1
I2 =
n2 P2 n1 U2
=
180×11×60 1100×36
=3A
变式训练1 (2011年高考浙江理综卷)如图所示，
在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的 两个线圈，上线圈两端与u＝51sin 314t V的交流
电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流
n2I2/n1.而I2又取决于负载以及功率 即I2＝U2/R2 I2＝P2/U2
3. 变压器的输入功率是由输出功率决定的。因理想变压器始终
满足输入功率等于输出功率，即变压器将电能由原线圈传给副
线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多
少。P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；
小结：各量之间的动态关系
变电站的大型变压器
城乡变压器
各式变压器
可拆式变压器
一、变压器的构造
观察变压器结构
1.构造：
铁芯
（1）闭合铁芯 （2）原线圈(初级线圈)
（3）副线圈(次级线圈)
原线圈 副线圈
一、变压器的构造
2、示意图
原 ∽U线1
圈
铁芯
n1 n2
~
(1)闭合铁芯
(绝缘硅钢片叠合而成)
副 (2)原线圈(初级线圈)
线 圈
流通过。
即时应用
一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在 电压220V的交流电源上，当它对11只并联的
“36V，60w”的灯泡供电时，灯泡正常发光
由此可知副线圈的匝数n2=__1_8_0 _，通过原线
圈的电流
解：
I1
=____3_A_。
U1 U2
=
n1 n2
220 36
=
1100 n2
n2=180
例.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏 电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图．
问（1）电路正常工作时，b线圈是没有电流的，原因是什么？
（2）如果站在地上的人不小心接触火线时，b线圈为什么会产 生感应电流？
解析 发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结 构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的a侧有两个形 状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线 和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联 起来，220V交变电流在MNO、GRK与发电厂之间流过 ；铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图 中未画出）并联，室内电路正常工作时，b线圈没有电 流，J保持导通状态，当漏电时，b线圈便会产生感应 电流，推动电磁继电器J切断用电器的电路，从而防止 事故的发生．
（五）有多个副线圈的理想变压器的问题
一个原线圈多个副线圈的理想变压器，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：
n2
1.电压 U1 n1
U 2 n2
U1 n1 U 3 n3
n1 n3
2.功率 3.电流
P入= P出 或 I1U1 I2U 2I3U3
由
I1U1
I2
n2 n1
U1
I3
n3 n1
U
1
I1n1 I2n2 I3n3
（六）变压器工作 时的动态变化关系
I1 U1 n1
I2 n2U2 R
1． 输入电压U1取决于输入电源而与输出电压及负载、 匝数比 无关 ,而输出电压U2由输入电压U1匝数比决定， 即U2＝n2U1/n1 2．当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确 定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝
转化
电能 → 磁场能
转化
→ 电能
(U1、I1) (变化的磁场)
( U2、I2)
若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2=? 0
三、理想变压器
铁芯
1.实际中的变压器：
线圈有电阻、
原
铁芯内产生涡流、
∽U1线
铁芯导磁过程存在“漏磁”等 圈
n1 n2
副 线 U2 圈
~
2.理想变压器
建立 变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它 模型 损耗的情况下，称为理想变压器。
课堂互动讲练
对变压器原理的理解
例1 如图 5－4－3 所示的理想变
压器，原副线圈的匝数比 n1∶n2＝1∶
2，U1＝220 2sinωt V，n1＝1100 匝，
以下说法中正确的是( BC)
A．穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为 1∶2
B．穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相
图5－4－3
等，均为 0.2 2 V
2、n2 <n1 U2 <U1——降压变压器
注：此公式无论副线圈一端是空载还 是有负载，都是适用的。
（四）电流关系.
理想变压器输入功率等于输出功率
P入= P出 即: U1I1=U2I2 理想变压器原副线圈的电流跟它们 的匝数成反比
I1 U 2 n2 I 2 U1 n1
此公式只适用于一个副线圈的变压器
U2
其匝数用n1表示
与交变电源相连
(3)副线圈(次级线圈)
其匝数用n2表示 与负载相连
(4)输入电压U1 输出电压U2
3、符号
n1
n2
n1 n2
~
无铁芯
有铁芯
铁芯与线圈互相绝缘
问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？
变压器原副线圈不相通，那么在给原线
圈接交变电压U1后，副线圈如何产生电 压U2？
二、变压器的工作原理 ——互感现象
C．880 Ω
D．880 2 Ω
解析：选 C.当原线圈电流为 I1＝I0＝1 A 时，副线圈 中电流 I2＝nn12I1＝12 A. 原线圈两端电压为 U1＝U2m＝220 V.
则副线圈两端电压为 U2＝nn12U1＝21×220＝440 V. 因此负载电阻的最小值为：Rmin＝UI22＝880 Ω.故 C 正 确．