《学霸笔记 同步精讲》第3章 交流电 3.变压器（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共42张PPT)
3.变压器
第三章
2026
课 标 定 位
1.了解变压器的构造与工作原理。
2.知道理想变压器以及电压和匝数、电流和匝数之间的关系。
3.掌握电压互感器和电流互感器的相关知识。
4.能够应用理想变压器解决实际问题。
素 养 阐 释
1.通过理解变压器的工作原理和应用电压和匝数、电流和匝数之间的关系,形成科学思维。
2.通过对电压互感器和电流互感器的分析,形成科学态度与价值观。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、变压器的结构与原理
1.变压器的结构
变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,变压器的示意图与符号如图所示。
(1)原线圈:与交流电电源相连接的线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:与负载相连接的线圈,也叫次级线圈。
2.变压器的原理
当变压器的原线圈加上交变电压时,原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁场,交变的磁感线穿过原线圈也穿过副线圈,在原、副线圈中都产生感应电动势。
三、电压互感器和电流互感器
1.电压互感器
是一种降压变压器,它的初级并联在高压交流线路上,次级则与交流电压表相连,如图(a)所示。只要根据电压表测出的电压值和铭牌上的变压比,就可以算出高压线两端的电压值。
2.电流互感器
用来将大电流变成小电流,是一种升压变压器。它的原线圈串联在被测交流电路中,副线圈与交流电流表相连,如图(b)所示,根据已测得电流和铭牌上标注的变流比可以计算出被测电路中的电流。
(a)
(b)
说明:交流互感器使用时必须确保副线圈接地,此外,电流互感器在使用时绝对不许将副线圈开路。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。 (　　)
(2)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损耗。 ( 　　)
(3)电压互感器的原线圈应串联在被测电路中。 ( 　　)
(4)理想变压器不能改变交变电流的频率。 ( 　　)
√
×
√
×
2.如果将变压器的原线圈接到直流电源上,在副线圈上还能输出电压吗
提示:不能。变压器的工作原理是互感现象,在原线圈上接直流电源,在铁芯中不会形成变化的磁场,所以在副线圈上不会有感应电动势产生。
3.为什么电流互感器的副线圈不允许安装保险丝 为什么电压互感器的副线圈要装保险丝
提示:电流互感器副线圈决不允许断路,当然不允许安装保险丝。电压互感器在运行时应严防短路,因短路时副线圈电路阻抗大大减小,会出现很大短路电流,使副线圈严重发热而烧毁,所以在电压互感器低压侧要安装保险丝。
合作探究·释疑解惑
知识点一
理想变压器的规律
【问题引领】
右图为钳形电流测量仪的结构图,在捏紧扳手时其铁芯会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,请思考下面的问题:
(1)载流导线中电流I0与内置线圈中的电流值I的关系是什么
(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流大于还是小于实际电流
(3)将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数如何变化
提示:(1)载流导线、铁芯和内置线圈可看成理想变压器,载流导线为1匝的原线圈,由电流跟匝数成反比可知载流导线中电流大小I0=nI。
(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,则通过内置线圈中的磁通量变小,磁通量的变化率也变小,故产生的感应电流变小,测量出的电流将小于实际电流。
(3)若将载流导线在铁芯上多绕几匝,设匝数为n',由得I=I0,即钳形电流测量仪的示数将变大。
【归纳提升】
1.理想变压器的特点
(1)变压器铁芯内无漏磁;无发热损失。
(2)原、副线圈不计内阻,即也无能量损失。
2.理想变压器的功率关系
从能量守恒看,理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入=P出。
3.变压器的变压关系
(1)只有一个副线圈:。
(2)有多个副线圈:=…=。
4.电流关系
(1)只有一个副线圈时,由U1I1=U2I2,得n1I1=n2I2,即。
(2)当有多个副线圈时,由I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn,得n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn。　
【典型例题】
【例题1】 如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1, 和 均为理想电表,灯泡电阻RL=6 Ω,AB两端电压u1=12sin 100πt V。下列说法正确的是 (　　)
A.电流的频率为100 Hz
B. 的读数为24 V
C. 的读数为0.5 A
D.变压器的输入功率为6 W
D
解析:根据u1=12sin 100πt V及U=知U1=12 V,f==50 Hz,选项A错误。根据得U2=U1=×12 V=6 V,即 的读数为6 V,选项B错误。又I2= A=1 A,即 的读数为1 A,选项C错误。根据P1=P2及P2= W=6 W,选项D正确。
科学思维
关于变压器关系式的两点说明
(1)对于公式,无论副线圈一端是空载还是有负载,都是适用的。
(2)由知,对于只有一个副线圈的变压器,电流与匝数成反比。因此,变压器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。
【变式训练1】 如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12 V　6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两小灯泡都正常工作时,原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是(　　)
A.120 V,0.10 A　
B.240 V,0.025 A
C.120 V,0.05 A
D.240 V,0.05 A
D
解析:小灯泡正常工作,副线圈两端的电压U2=12 V,副线圈中的电流I2=2× A=1 A,根据匝数比得原线圈中的电流I1=I2=0.05 A,原线圈两端的电压U1=20U2=240 V,选项D正确。
【问题引领】
知识点二
变压器工作时的制约关系及动态分析
下图为理想变压器,b是原线圈的中心触头,电压表和电流表均为理想电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压。保持滑动变阻器滑片P的位置不变,当单刀双掷开关由a扳向b时,电压表和电流表的示数如何变化 变压器的输出功率如何变化
提示:理想变压器副线圈输出电压变大,通过负载电阻的电流增大,电压表和电流表的示数均变大,变压器的输出功率变大。
【归纳提升】
3.负载制约
(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负载1+P负载2+…+P负载n。
(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2=。
(3)总功率P入=P线+P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。
4.频率关系
原、副线圈中电流的频率相同。
5.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。
(2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。
【典型例题】
【例题2】 (多选)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是(　　)
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
BD
科学思维
理想变压器动态问题的处理方法
(1)首先抓住三个决定原则:输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率P2决定输入功率P1。
(2)把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻变化。
(3)根据闭合电路的欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化。
【变式训练2】 如图所示,T为理想变压器,A1、A2为交流电流表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,原线圈两端接恒压交流电源,当滑动变阻器的滑片向下滑时(　　)
A
【问题引领】
知识点三
电压互感器和电流互感器
普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接。图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,cd一侧线圈的匝数较多,为了使电流表能正常工作,ab和cd应分别接何处
提示:ab接MN、cd接PQ。
【归纳提升】
1.两种互感器的连接方式:电压互感器原线圈并联在被测的高压线路上,电流互感器原线圈串联在被测的电路中。
2.两种互感器的特点:电压互感器是一种降压变压器,原线圈匝数多;电流互感器是一种升压变压器,副线圈匝数多。
3.使用互感器时,一定要将互感器的外壳和副线圈接地。此外,电流互感器在使用时绝对不允许副线圈开路。
【典型例题】
【例题3】 (多选)图(a)、(b)是配电房中的互感器和电表的接线图,下列说法正确的是(　　)
(a)
(b)
A.线圈匝数n1B.线圈匝数n1>n2,n3>n4
C.图(a)中的电表是电压表
D.图(b)中的电表是电流表
CD
解析:题图(a)中的原线圈并联在电路中,为电压互感器,是降压变压器,n1>n2,题图(a)中的电表为电压表;题图(b)中的原线圈串联在电路中,为电流互感器,是升压变压器,n3科学思维
(1)电压互感器U1>U2,n1>n2。
(2)电流互感器I1>I2,n1(3)电压互感器应并联接入电路,电流互感器应串联接入电路。
【变式训练3】 如图所示,L1和L2是高压输电线,甲、乙是两只互感器,若已知n1∶n2=1 000∶1,n3∶n4=1∶100,图中电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则高压输电线的送电功率为(　　)
A.2.2×103 W B.2.2×10-2 W
C.2.2×108 W D.2.2×104 W
C
解析:由电流互感器知高压输电线中电流I=1 000 A,由电压互感器知高压输电线的电压U=220×103 V,则高压输电线的送电功率P=UI=2.2×108 W。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(变压器的原理)(多选)关于变压器,下列说法正确的是 (　　)
A.变压器的工作原理是电磁感应
B.所有变压器的工作基础都是互感现象
C.各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作
D.只有交变电流接入变压器的原线圈中,变压器才能持续正常工作
AD
解析:变压器之所以能变压,是因为原线圈接交流电源时,有交变电流流过原线圈,引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,选项A正确。有一种变压器叫自耦变压器,它只有一个线圈绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变压器的工作基础是自感,也就是说,当变压器是利用两个线圈变压时,其工作基础是互感,当变压器是利用一个线圈变压时,其工作基础是自感,所以选项B错误。变压器要想持续正常工作,原线圈必须接入交变电流,若接入直流电,原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势,变压器不能持续正常工作,所以选项C错误,D正确。
2.(理想变压器基本规律)某电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为
(　　)
A.200 B.400 C.1 600 D.3 200
B
解析:根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系,得n2==400,选项B正确。
3.(互感器的应用)(多选)如图所示,L1、L2是高压输电线,图中两电表示数分别是220 V和10 A,已知甲电路中原、副线圈匝数比为100∶1,乙电路中原、副线圈匝数比为1∶10,则(　　)
A.甲电路中的电表是电压表,输电电压为22 000 V
B.甲电路是电流互感器,输电电流是100 A
C.乙电路中的电表是电压表,输电电压为22 000 V
D.乙电路是电流互感器,输电电流是100 A
AD
4.(理想变压器中的动态分析)(多选)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是
(　　)
BD
A.P向下滑动时,灯泡L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
解析:由于U1保持不变,由可知,副线圈的输出电压U2不变,B正确;P向下滑动时,灯泡L两端的电压为U2,保持不变,灯泡的亮度不变,A错误;P向上滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,副线圈电路的总电阻R总变小,根据P2=可知,变压器的输出功率变大,D正确;由P1=U1I1=P2可知,变压器的输入电流变大,C错误。