高中物理 人教版（2019）选择性必修 第二册 3.3 变压器（31张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理 人教版（2019）选择性必修 第二册 3.3 变压器（31张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-12 11:45:45 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
第三章 交变电流
3.3 变压器
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 课堂小结
5 当堂小练
1.知道变压器的工作原理.
2.掌握理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系. （重点）
3.会用能量的观点理解变压器的工作原理.
4.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系过程，提高科学探究的能力.
学习目标
变电站的大型变压器
高压输电中的变压器
小型变压器
认识生活中的变压器
新课导入
一、观察变压器结构
1.构造
原线圈
副线圈
（1）铁芯：绝缘硅钢片叠合而成
（2）原线圈：与交流电源相连的线圈叫做原线圈也叫初级线圈
（3）副线圈：与负载相连的线圈叫做副线圈也叫次级线圈
新课讲解
~
(1)原线圈(初级线圈)
(2)副线圈(次级线圈)
其匝数用n1表示
原线圈两端的电压叫变压器
的输入电压U1
其匝数用n2表示
副线圈两端的电压叫变压器
的输出电压U2
2.示意图
思考：我们发现变压器原副线圈不相通，那么给原线圈接直变电源，副线圈接一个小灯泡，通电后，小灯泡会发光吗，为什么？如果将原线圈改接为交流电源，小灯泡会发光吗？
二、变压器的工作原理
原线圈
接
交流电
原线圈中的磁场发生改变
在铁芯中
产生变化
的磁通量
副线圈
产生感应
电动势
副线圈中的磁通量随之发生改变
副线圈
有
感应电流
U2
U1
×
～
1.互感现象中的能量传输关系
变压器能输送电能是利用了电磁感应。在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场，即电场的能量转变成磁场的能量；通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，于是在副线圈上产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量
三、理想变压器
现实中的变压器：
1．由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。
2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差。
3．铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。
理想变压器：
我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器也是一个理想化模型。本章涉及的习题不做特殊说明我们一般认为是理想变压器。
四、理想变压器规律
（一）线圈中铁芯的功能
如图，将变压器两线圈上下叠放，插入铁芯，原线圈接交流电，副线圈接一额定电压为3V灯泡，灯泡发光。将铁芯逐渐抽出，灯逐渐变暗。接近全部抽出时，灯熄灭。再将铁芯插回，灯又变亮。
可见，闭合铁芯可以将更多的磁感线限制在其内，形成一个闭合的磁路。尽量减小磁场能的散失。
（二）原副线圈中的功率关系
理想变压器无能量损失，所以副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率。
说明：
2.如果负载中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。
即：P入=P出1+P出2+.....
1.变压器的输入功率由输出功率决定。即：按需分配
（三）原副线圈中的频率关系
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。
f 1 = f 2
变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小
（四）电压关系 实验探究
1、实验目的
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
2、实验原理
如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈就存在输出电压。
3、实验器材
可变匝数的变压器(铁芯)、多用电表、220V交流电源、导线若干。
4、实验步骤
（1）要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。
（2）把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。
（3）改变副线圈的匝数用交流电压表测量输出电压。
U1=220V n1=1600匝
n2/匝 U2/V U1/U2 n1/ n2
100
400
10
20
30
12.4
53.2
1.34
2.70
4.05
17.7
4.1
164
81
54.3
16
4
160
80
53.3
4.实验结论：
误差允许范围内
思考：误差产生原因：能量在铁芯及原副线圈处有损耗
5、注意事项
（1）要事先推测副线圈两端电压的可能值。
（2）通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。
（3）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。
（五）电流关系
理想变压器输入功率等于输出功率
即:
U1I1=U2I2
P入= P出
理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比
此公式只适用于一个副线圈的变压器
五、几种常见的变压器
1.自耦变压器
U1
U2
n1
n2
升压变压器
n1
n2
U1
U2
降压变压器
自耦变压器的原副线圈共用一个线圈
U2
U1
A
B
P
2.互感器
A
电流互感器
电压互感器
V
使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数
使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数
对移动电话进行无线充电
科学漫步
无线充电器中的接收线圈
基本工作原理：
在初级线圈输入一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。
初级线圈装在充电基座上，次级线圈装在手机内部，对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收
器放在无线充电基座上来进行充电。
1.变压器原理：
2.理想变压器特点：
利用互感现象实现电能到磁场能到电能的转化和传递。
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
3.理想变压器规律：
①功率关系：
P入= P出
②频率关系：
f 1 = f 2
③电压关系：
④电流关系：
4.几种常见变压器
课堂小结
例1、如图所示，P是电压互感器，Q是电流互感器，如果两个互感器的变压比和变流比都是50，电压表的示数为220 V，电流表的示数为3 A，则输电线路中的电压和电流分别是( )
A．11000V,150A B．1100V,15A
C．4.4V,16.7A D．4.4V,0.06A
A
当堂小练
【解析】：由两个互感器的变压比和变流比可知输电线路中的电压为U＝220×50 V＝11 000 V，电流为I＝3×50 A＝150 A，故A正确。
例2、如图所示为一理想变压器，其原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表A1的示数是10 mA，那么电流表A2的示数是( )
A．40 mA B．0
C．10 mA D．2.5 mA
B
【解析】：由于直导线MN匀速运动，则MN切割磁场产生的电流恒定，线圈中产生的磁通量也是恒定的，所以不会引起副线圈的磁通量变化，所以副线圈中不会有感应电流产生，即电流表A2的示数为0，选项B正确。
例3、（单选）如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是( )
A．电压表V1示数增大
B．电压表V2、V3示数均增大
C．该变压器起升压作用
D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
D
B
第三章 交变电流
3.3 变压器
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 课堂小结
5 当堂小练
1.知道变压器的工作原理.
2.掌握理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系. （重点）
3.会用能量的观点理解变压器的工作原理.
4.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系过程，提高科学探究的能力.
学习目标
变电站的大型变压器
高压输电中的变压器
小型变压器
认识生活中的变压器
新课导入
一、观察变压器结构
1.构造
原线圈
副线圈
（1）铁芯：绝缘硅钢片叠合而成
（2）原线圈：与交流电源相连的线圈叫做原线圈也叫初级线圈
（3）副线圈：与负载相连的线圈叫做副线圈也叫次级线圈
新课讲解
~
(1)原线圈(初级线圈)
(2)副线圈(次级线圈)
其匝数用n1表示
原线圈两端的电压叫变压器
的输入电压U1
其匝数用n2表示
副线圈两端的电压叫变压器
的输出电压U2
2.示意图
思考：我们发现变压器原副线圈不相通，那么给原线圈接直变电源，副线圈接一个小灯泡，通电后，小灯泡会发光吗，为什么？如果将原线圈改接为交流电源，小灯泡会发光吗？
二、变压器的工作原理
原线圈
接
交流电
原线圈中的磁场发生改变
在铁芯中
产生变化
的磁通量
副线圈
产生感应
电动势
副线圈中的磁通量随之发生改变
副线圈
有
感应电流
U2
U1
×
～
1.互感现象中的能量传输关系
变压器能输送电能是利用了电磁感应。在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场，即电场的能量转变成磁场的能量；通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，于是在副线圈上产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量
三、理想变压器
现实中的变压器：
1．由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。
2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差。
3．铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。
理想变压器：
我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器也是一个理想化模型。本章涉及的习题不做特殊说明我们一般认为是理想变压器。
四、理想变压器规律
（一）线圈中铁芯的功能
如图，将变压器两线圈上下叠放，插入铁芯，原线圈接交流电，副线圈接一额定电压为3V灯泡，灯泡发光。将铁芯逐渐抽出，灯逐渐变暗。接近全部抽出时，灯熄灭。再将铁芯插回，灯又变亮。
可见，闭合铁芯可以将更多的磁感线限制在其内，形成一个闭合的磁路。尽量减小磁场能的散失。
（二）原副线圈中的功率关系
理想变压器无能量损失，所以副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率。
说明：
2.如果负载中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。
即：P入=P出1+P出2+.....
1.变压器的输入功率由输出功率决定。即：按需分配
（三）原副线圈中的频率关系
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。
f 1 = f 2
变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小
（四）电压关系 实验探究
1、实验目的
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
2、实验原理
如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈就存在输出电压。
3、实验器材
可变匝数的变压器(铁芯)、多用电表、220V交流电源、导线若干。
4、实验步骤
（1）要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。
（2）把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。
（3）改变副线圈的匝数用交流电压表测量输出电压。
U1=220V n1=1600匝
n2/匝 U2/V U1/U2 n1/ n2
100
400
10
20
30
12.4
53.2
1.34
2.70
4.05
17.7
4.1
164
81
54.3
16
4
160
80
53.3
4.实验结论：
误差允许范围内
思考：误差产生原因：能量在铁芯及原副线圈处有损耗
5、注意事项
（1）要事先推测副线圈两端电压的可能值。
（2）通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。
（3）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。
（五）电流关系
理想变压器输入功率等于输出功率
即:
U1I1=U2I2
P入= P出
理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比
此公式只适用于一个副线圈的变压器
五、几种常见的变压器
1.自耦变压器
U1
U2
n1
n2
升压变压器
n1
n2
U1
U2
降压变压器
自耦变压器的原副线圈共用一个线圈
U2
U1
A
B
P
2.互感器
A
电流互感器
电压互感器
V
使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数
使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数
对移动电话进行无线充电
科学漫步
无线充电器中的接收线圈
基本工作原理：
在初级线圈输入一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。
初级线圈装在充电基座上，次级线圈装在手机内部，对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收
器放在无线充电基座上来进行充电。
1.变压器原理：
2.理想变压器特点：
利用互感现象实现电能到磁场能到电能的转化和传递。
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
3.理想变压器规律：
①功率关系：
P入= P出
②频率关系：
f 1 = f 2
③电压关系：
④电流关系：
4.几种常见变压器
课堂小结
例1、如图所示，P是电压互感器，Q是电流互感器，如果两个互感器的变压比和变流比都是50，电压表的示数为220 V，电流表的示数为3 A，则输电线路中的电压和电流分别是( )
A．11000V,150A B．1100V,15A
C．4.4V,16.7A D．4.4V,0.06A
A
当堂小练
【解析】：由两个互感器的变压比和变流比可知输电线路中的电压为U＝220×50 V＝11 000 V，电流为I＝3×50 A＝150 A，故A正确。
例2、如图所示为一理想变压器，其原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表A1的示数是10 mA，那么电流表A2的示数是( )
A．40 mA B．0
C．10 mA D．2.5 mA
B
【解析】：由于直导线MN匀速运动，则MN切割磁场产生的电流恒定，线圈中产生的磁通量也是恒定的，所以不会引起副线圈的磁通量变化，所以副线圈中不会有感应电流产生，即电流表A2的示数为0，选项B正确。
例3、（单选）如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是( )
A．电压表V1示数增大
B．电压表V2、V3示数均增大
C．该变压器起升压作用
D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
D
B