3.3 变压器 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共26张PPT)

(共26张PPT)
第3节 变压器
第三章 交变电流
生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压，变压器是如何改变电压的呢
1.知道变压器的构造及理解变压器的工作原理、变压器的匝数与线圈两端的电压的关系;
2.会推导变压器的匝数与线圈电流的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。
3.通过探究原、副线圈电压与匝数的关系，知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型。
知识点一：变压器的原理
1. 变压器的构造
变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
2.原线圈和副线圈
U2
原线圈
副线圈
铁芯
AC
U1
n1
n2
n1
n2
U1
U2
（1）原线圈：一个线圈与交流电源连接，叫作原线圈 ，也叫初级线圈；
其匝数用n1表示，两端的电压叫变压器的输入电压U1。
（2）副线圈：另一个线圈与负载连接，叫作副线圈，也叫次级线圈。其匝数用n2表示，两端的电压叫变压器的输出电压U2。
输入电压
输出电压
3.变压器的工作原理
（1）原线圈内通直流电，副线圈内无感应电流。
（2）原线圈内通交流电，副线圈内有感应电流。
U2
原线圈
副线圈
铁芯
AC
U1
n1
n2
（3）变压器的工作原理是依据电磁感应原理工作的，在原线圈两端接交流电压，线圈中形成交变电流，产生变化的磁场。变化的磁场经闭合铁芯穿过原线圈的同时也穿过副线圈，形成一个闭合的磁路，变化的磁场使副线圈中产生感应电动势。
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.实验思路
（1）观察可拆变压器零部件
两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
变压器铁芯
线圈
变压器铁芯
线圈
螺丝
可拆变压器结构视频
（2）利用教学用的可拆变压器进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。运用控制变量法，保持原线圈电压U1和匝数n1不变，改变副线圈的匝数n2。
组装后的变压器
2.实验步骤
（1）把原线圈连接学生电源的交流输出端电压12V，副线圈连接小灯泡的两端。
（2）保持原线圈的匝数200匝不变，让副线圈的匝数分别为100匝和400匝，测量小灯泡两端的电压。
（3）保持副线圈的匝数100匝不变，让原线圈分别为800匝和1400匝，测量小灯泡两端的电压。
（4）分析实验数据，得出实验结论。
3.注意事项
（1）要用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。
（2）为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测。
（3） 连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。只有这时才能接通电源。
U1/V 原线圈n1/匝 副线圈n2/匝 U2/V U1/U2 n1/n2
12 200 100 5.8
400 23.4
12
12 800 100 1.22
12 1400 0.84
4.实验数据
5.实验结论：在误差允许范围内原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即：
2.068
0.513
9.83
14.28
2
0.5
8
14
思考讨论：为什么数据没有严格遵从原、副线圈上的电压之比等于它们的匝数之比这样的规律呢？
变压器工作时有能量损失。
①铜损：变压器线圈通过电流时会发热；
②铁损： 铁芯在交变磁场的作用下会发热即：涡流现象发热；
③漏损：交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内即：漏磁损失能量。
知识点二：理想变压器的变压规律和变流规律
1.理想变压器
有些变压器的能量损失很小，可以忽略。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。
2.电压与匝数关系
（1）实验和理论分析都表明，理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比。
（2）若有一个副线圈时
n1
n2
U1
U2
（3）若有多个副线圈时
n1
U1
n2
U2
n3
U3
n4
U4
3.升压变压器和降压变压器
①当n2 > n1时，U2 > U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；
②当n2U1
AC
U2
n1
n2
U2
AC
U1
n1
n2
升压变压器
降压变压器
思考讨论：你能利用法拉第电磁感应定律推导出理想变压器
原、副线圈中电压大小与它们的线圈匝数之间的关系吗？
U2
AC
U1
n1
n2
由于为理想变压器，所以为穿过原、副线圈磁通量相同，根据法拉第电磁感应定律:
不考虑原副线圈的内阻则：U1=E1，U2=E2 所以，
4.理想变压器的变流规律
（1）理想变压器的变流规律
由理想变压器输入功率等于输出功率：P入= P出
得：U1I1=U2I2
—— 电流关系
对于只有一个副线圈的理想变压器，电流和匝数成反比。
注意：
①电流关系只适用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈的变压器，电流和匝数的关系要从P入= P出 导出。
I1U1= I2U2+ I3U3+ ……，可得， I1n1=I2n2 + I3n3+ ……
②对于只有一个副线圈的理想变压器，电流和匝数成反比。因此，变压器中高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制。
5.变压器的应用
实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏，而远距离输电却需要几十万伏以上的电压。
各种用电设备所需的电压也不相同。电灯、电饭锅、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V或24 V的安全电压。由于有了变压器，交流的电压容易改变，所以交流得到了广泛的应用。
思考与讨论:我们知道导线可以输送电能，变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的？
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，实现了电能 → 磁场能 → 电能的转变。
无线充电技术
科学漫步
对移动电话进行无线充电
无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。如果移动电话中有无线充电装置，那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电。
无线充电接收器中的线圈
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。打开无线充电接收器，就可以看到其内部有一个接收线圈。
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
练一练
A
2.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
3.如图所示，一理想变压器的原线圈接在电压为220V 的正弦交流电源上，副线圈通过电流表与一阻值为40V的电阻连接。已知理想电流表的示数为1.1A ，则下列说法正确的是（　　）
A．变压器的输入功率为24.2W
B．电阻两端电压的最大值为44V
C．变压器原、副线圈的匝数比为11:2
D．通过原线圈电流的有效值为0.22A
D
变压器
变压器的构造
闭合铁芯
原理以及
能量传输
原理：互感现象
能量传输：电能 → 磁场能 → 电能
理想变压器
及规律
电压关系:
功率关系：P入= P出
电流关系：
副线圈
原线圈