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35张）

(共35张PPT)
第三章　交变电流
变压器
2
通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。
1
了解变压器的构造及工作原理。
重点
重难点
3
掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。
4
了解几种常见的变压器。
重点
重点
变压器的原理
我们国家民用统一供电均为220V，如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作呢？
家庭用电 220V
手机充电电压5V
副线圈
原线圈
U2
n1
n2
示意图
U1
铁芯
n1
n2
电路符号
1.变压器的构造
如图，变压器是由 和绕在铁芯上的两个线圈组成的。一个线圈与交流电源连接，叫作 ，也叫初级线圈；另一个线圈与负载连接，叫作 ，也叫次级线圈。
闭合铁芯
原线圈
副线圈
现象是变压器工作的基础。 通过原线圈时在铁芯中激发磁场。由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的 也在不断变化。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(彼此绝缘)，副线圈也能够 。
说明：变压器不改变交变电流的周期和频率。
2.变压器的原理
互感
电流
磁场
感应电动势
输出电流
3.变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成 的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了 的能量。
磁场
电场
实验：探究变压器原、副线圈
电压与匝数的关系
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
1.实验思路
两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。原理如图：
2.实验器材
3.实验步骤
(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。
(2)接通学生电源，闭合开关，读出电压值，并记录在表格中。
(3)保持原、副线圈匝数不变，多次改变输入电压，
记录每次改变后原、副线圈的电压值。
(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，
多次改变副线圈的匝数，记录每次的
副线圈匝数和对应的电压值。
在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比，
即_______。
4.实验结论
由于存在能量损耗，所以副线圈测量电压值应小于理论变压值。
5.误差分析
6.注意事项
(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先 开关，再进行操作。
(2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过 ，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。
(3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用 挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
断开
12 V
最大量程
概念：没有 的变压器叫作理想变压器。
(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，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”。
7.理想变压器
理想化模型
能量损耗
1.(多选)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是
A.原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效
地传送电能
B.铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险
C.变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小
D.当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出
√
√
2.(2023·浙江省宁波效实中学校考期中)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，某同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。
(1)实验还需下列器材中的____；
AD
(2)实验中，可拆式变压器的原线圈接“0、4”接线柱，副线圈接“0、8”接线柱，当副线圈所接电表的示数为24.0 V，则原线圈所接电源电压挡位可能为___。
A.3.0 V B.6.0 V
C.12.0 V D.15.0 V
D
理想变压器的基本关系
(1)如图所示，当原线圈接交流电源时，小灯泡是否发光？
发光
(2)如果原线圈接入的是恒定电流，灯泡会亮吗？
不会
(3)若变压器为理想变压器，则小灯泡电功率与变压器的输入功率有什么关系？
相等
原线圈感应电动势：
副线圈感应电动势：
n1
n2
U1
~
U2
~
R
交变电源
电动势关系
无漏磁：
综合得：
当n2>n1时， ，变压器使电压升高，是升压变压器。
当n2U2>U1
U21.电压关系
等于
2.功率关系
从能量守恒看，理想变压器的输入功率 输出功率，即 。
P入= P出
3.电流关系
(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。
3.(2021·广东卷)某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
√
4.(2023·北京市大兴区高二期末)如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1＝1 000匝，副线圈匝数为n2＝200匝，电阻R＝88 Ω，原线圈接入电压U1＝220 V的交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则下列说法正确的是
A.通过原线圈和副线圈的交流电的频率之比为5∶1
B.电流表的示数为0.1 A
C.电压表的示数为1 100 V
D.电阻R的电功率为44 W
√
1.变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系，对于某时刻的瞬时值，这些关系不成立。
2.电流与匝数成反比只适用于有一个副线圈的情况，有多个副线圈时不成立。
几种常见的变压器
生活中的变压器
变电站的大型变压器
街头变压器
充电器中的变压器
1.自耦变压器
U1
U2
n1
n2
n2 >n1 U2>U1
升压变压器
n1
n2
U1
U2
n2 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
应用：可实现交变电压的连续调节、较大范围变压。
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
应用：测高电压
应用：测大电流
5.一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中
A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高
C.U2√
6.电压互感器能将高电压变成低电压，电流互感器能将大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为200 V，交流电流表的示数为2 A，则
A.a是交流电压表，b是交流电流表
B.T2的原、副线圈匝数比为1 000∶1
C.高压线路输送的电流为200 A
D.高压线路输送的电功率为2.2×104 kW
√
1.电压互感器：用来把高电压变成低电压，副线圈比原线圈匝数少、电流大、导线粗。
2.电流互感器：用来把大电流变成小电流，副线圈比原线圈匝数多、电流小、导线细。
3.应用时电压互感器应并联在电路中，即接在零线和火线之间；
电流互感器是用于测电流的，应串联在电路中。
变压器
变压器的原理
理想变压器的基本关系
变压器的结构
实验
电动势的关系
理想变压器
电功率的关系
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
电压的关系
电流的关系
几种常见的变压器及应用
变压器的原理