人教版高中物理选择性必修第二册 第3章 第3节 变压器（第2课时）课件(共40张PPT)

(共40张PPT)
第三章
交变电流
变压器
第三节（第2课时）
第三章 交变电流
如左图示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，左边的线圈通过开关连接到学生电源的交流电源两端，右边线圈连接到小灯泡两端。闭合开关，接通电源小灯泡会发光吗？（仔细观察演示实验视频）
情境导入
(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？这种设备称为什么？
(2)如果将左边的线圈改接到学生电源的恒流电源上，小灯泡还会发光吗？为什么？由此说明什么问题？
变压器的原理
第一部分
变压器的原理
1.变压器的构造
任务一 认识变压器的构造
自己动手拆开桌上的可拆变压器，认真观察变压器的构造，你发现了哪些结构特点？
变压器的原理
1.变压器的构造
(2)示意图:
(3)电路图中符号:
铁芯与线圈互相绝缘
n1
n2
(1)构造：
闭合铁芯
原线圈(初级线圈)：连接交流电源
副线圈(次级线圈)：连接负载
铁芯
原线圈
副线圈
变压器的原理
2.变压器的工作原理
任务二 探究变压器的工作原理
观察思考1：实验中原、副线圈并没有连通，副线圈连接的发光二极管为何发光？
由法拉第电磁感应定律知，原线圈中交变电流在铁芯中产生变化的磁场，导致穿过闭合副线圈中产生（感应电动势）感应电流，二极管发光。同理副线圈中交变的电流产生的磁场也会在原线圈中产生（感应电动势）感应电流，这叫互感现象。
思考2：实验中原线圈中若接通交变电流，副线圈套在铁芯上不动，二极管会发光吗？
变压器的原理
2.变压器的工作原理
任务三 探究变压器铁芯的作用
铁芯用彼此绝缘的多层硅钢片制成
观察思考2：有无铁芯，灯泡亮度有何不同？
铁芯有何作用？
观察思考3：铁芯闭合、不闭合，灯泡亮度
有何不同？闭合铁芯有何作用？
铁芯有聚磁作用，闭合铁芯减少漏磁。
变压器的原理
2.变压器的工作原理
变压器的工作原理：互感现象
变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了： 电能 → 磁场能 → 电能 转化
(U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2)
交流电～
交流电～
变化的磁场
变压器的原理
3.变压器的作用
不能，因为恒定电流无法产生互感现象。
思考1：若给原线圈接稳恒直流电压U1，能否得到副线圈电压U2
思考2：变压器能否改变交流电的周期和频率？
变压器不改变交变电流的周期和频率
思考3：变压器能否把原线圈中的电能全部转化为副线圈中的电能？
不能：实际上线圈导线有电阻产热（铜损）、铁芯中产生涡流（铁损）、交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内（磁损）。
变压器的原理
4.理想变压器
我们将变压器输出功率与输入功率之比叫作变压器的效率。
大型变压器满负荷工作时效率可达95%，实际的变压器通过减小线圈导线的电阻率、减小铁芯的涡流热效应、减小铁芯漏磁等措施提高变压器的效率。为了研究问题方便引入：
我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。
理想化模型
思考：理想变压器需要满足什么条件？
没有“铜损”“磁损”“铁损”
变压器的原理
4.理想变压器
（1）理想变压器的特点
线圈不发热：原、副线圈的电阻为零，即没有“铜损”。
铁芯中没有漏磁：穿过原、副线圈及铁芯组成的回路中的磁通量及磁通量变化率均相同，即没有“磁损”。
铁芯不发热：铁芯中没有涡流发热，即没有“铁损”。
（2）工作原理
变压器的原理
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.变压器既能改变交变电流的电压大小，也能改变交变电流的频率
D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出
例1
解析：原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，可减少漏磁，从而减少磁场能的损失，故A正确；铁芯不用整块金属做成，是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，故B错误；变压器能改变交变电流的电压大小，但是不能改变交变电流的频率，故C错误；当变压器原线圈接入大小变化的直流电时，穿过原、副线圈的磁通量也变化，副线圈有电压输出，故D正确。故选AD。
变压器的原理
1
关于变压器，下列说法正确的是(　　)
A.变压器工作的基础是自感现象
B.在原线圈中，电能转化为磁场能
C.电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起
D.变压器对恒定电流也能变压
针对练1
解析：变压器工作的基础是互感现象，故A错误；在原线圈中电能转化为磁场能，在副线圈中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原线圈传递到副线圈的，故B正确，C错误；变压器只对变化的电流有变压作用，对恒定电流没有变压作用，故D错误。故选B。
电压与匝数的关系
第二部分
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
电压与匝数的关系
1.理想变压器原、副线圈的电压关系
探究一：请基于以下情景，推导理想变压器原、副线圈电压之比与原、副线圈匝数的关系？
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
U2
R
U1
n1
n2
线圈两端的电压：因理想变压器原副线圈无内阻
U1=E1
U2=E2
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
电压与匝数的关系
2.变压器的分类
升压变压器和降压变压器
(1)n2 >n1 U2>U1——升压变压器
(2)n2 原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因
电压与匝数的关系
探究二：如图为变压器的原理图，已知原线圈匝数为n1，副线圈匝数为n2，线圈的电阻均为零，铁芯无漏磁，工作中不生热，原线圈中接入正弦式交变电流，原线圈的电压为U1，副线圈的电压为U2。
任务1.因理想变压器无能量损失，所以P1=P2 ，即P入＝P出
任务1.根据能量守恒分析变压器的输入功率P1与输出功率P2间应该是什么关系？
任务2.如果只有一个副线圈，原线圈中的电流I1与副线圈中的电流I2间存在什么关系？
任务2.由P1＝P2，可知U1I1＝U2I2，则
在理想变压器匝数比确定的条件下，原线圈接入交流电源，U1决定U2，若U1不变，当负载R发生变化时，I2发生变化，P2发生变化，从而导致P1和I1也发生变化。所以P出决定P入
3.理想变压器的三个基本关系
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因
电压与匝数的关系
拓展思考：若有2个副线圈呢？功率关系？电流关系？尝试推导
3.理想变压器的三个基本关系
多个副线圈情况下的电压、功率和电流关系
电压关系：
n2
U2
I1
n1
U1
n3
U3
功率关系：
P入=P出
电流关系：
单个副线圈的变压器
2
如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，两个标有“12V　6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(均可视为理想电表)的示数分别是(　　)
A.120V，0.10A B.240V，0.025A
C.120V，0.05A D.240V，0.05A
例2
解析：灯泡正常发光，U2＝12V，根据U1/U2＝n1n2，代入数据解得U1＝240V；两个灯泡均正常发光，I2＝2P/U2＝1A，根据I1/I2＝n2/n1，代入数据解得I1＝0.05A。故选D。
单个副线圈的变压器
2
(2025·北京市朝阳区高二期末)如图1所示，黑光灯是一种利用发出的紫色光引诱害虫飞近高压电网来“击毙”害虫的环保型设备。图2是黑光灯高压电网的工作电路示意图，将最大值U1m＝311V的正弦交流电压通过理想变压器升为高压，变压器原线圈匝数为n1，副线圈匝数为n2。已知空气在通常情况下的击穿电场强度约为6220V/cm，杀灭害虫至少需要1000V电压。下列选项正确的是(　　)
A.电网相邻两极间产生的电场保持不变
B.电网相邻两极间距离需大于50/311cm
C.仅增大相邻两极间的距离，则两极间的电压也增大
D.若电网相邻两极间距为0.5cm，则n1/n2＜1/10
针对练2
多个副线圈的变压器
3
在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2∶n3＝6∶3∶1，电流表均为理想交流电流表，两电阻阻值相同。当在原线圈两端加上大小为U的交变电压时，三个电流表的示数之比I1∶I2∶I3为(　　)
A.1∶2∶3 B.1∶2∶1 C.1∶3∶6 D.5∶9∶3
例3
多个副线圈的变压器
3
如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1＝1000匝，两个副线圈的匝数分别为n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6V 2W”的小灯泡，L2是“12V　4W”的小灯泡，当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么原线圈中的电流为(　　)
A.160 A　　 B.130 A　　 C.120 A　　 D.110 A
针对练3
原线圈接有负载的变压器
4
(多选)(2025·山东潍坊高二月考)如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法中正确的是(　　)
A.原、副线圈匝数比为2∶1
B.原、副线圈匝数比为1∶3
C.AB端的输入电压为3U
D.AB端的输入电压为4U
例4
原线圈接有负载的变压器
4
(2025·河南省部分名校高二联考)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，当输入电压U＝12V时，额定电压为3V的灯泡L2正常发光，此时灯泡L1也刚好正常发光。下列说法正确的是(　　)
A.L1的额定电压是3V B.L1的额定电压是9V
C.L1 的额定功率是L2的3倍 D.L1的额定功率是L2的9倍
针对练4
两类非常规变压器
第三部分
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
两类非常规变压器
1.自耦变压器
（1）构造特点：如图甲、乙、丙都是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用：
（2）原理：自耦变压器只有一个线圈，每匝线圈产生的电动势E＝ΔΦ/Δt都相同，故U1/U2＝n1/n2成立。
思考：自耦降压变压器：把整个线圈作原线圈，副线圈只取原线圈的一部分，如图 甲、乙 所示；
自耦升压变压器：把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，如图 丙 所示。
自耦变压器
5
(多选)自耦变压器供电方式非常适用于大容量负荷的供电，对通信线路的干扰较小，因而被客运专线以及重载货运铁路广泛应用。如图所示，一自耦变压器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c、d间接定值电阻R。该变压器为理想变压器，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点顺时针旋转到N点的过程中，以下说法正确的是(　　)
A.U2＜U1，U2降低 B.变压器输入功率减小
C.变压器输出功率增大 D.流过R的电流增大
例5
解析：根据理想变压器的电压关系有U1/U2＝n1/n2，由于n2＜n1，所以U2＜U1，滑动触头从M点顺时针旋转到N点过程，n2减小，则U2降低，故A正确；U2降低，则流过R的电流减小，R消耗的电功率(变压器的输出功率)减小，由于是理想变压器，变压器的输入功率等于输出功率，故变压器输入功率也减小，故B正确，C、D错误。故选AB。
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
两类非常规变压器
2.电流互感器与电压互感器
电流互感器与电压互感器
6
(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，已知甲中原、副线圈匝数比为100∶1，乙中原、副线圈匝数比为1∶10，则(　　)
A.图甲中的电表是电压表，输电电压为22 000 V
B.图甲是电流互感器，输电电流是100 A
C.图乙中的电表是电压表，输电电压为22 000 V
D.图乙是电流互感器，输电电流是100 A
例6
理想变压器的动态分析
第四部分
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
理想变压器的动态分析
1.理想变压器各物理量间的制约关系
拓展思考：理想变压器的输入和输出端的电压、功率、电流分别有什么制约关系？请尝试推导。
原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁)，因此产生的感应电动势分别是：
理想变压器的动态分析
2.理想变压器动态分析的两种常见情况
合作讨论：
(1)原、副线圈匝数比不变，负载电阻变化：分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况的一般顺序？R→I2→P2→P1→I1
(2)负载电阻不变，原、副线圈的匝数比变化：分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况的一般顺序？n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1
原、副线圈匝数比不变，负载电阻变化
7
(多选)(2025·山东德州高二月考)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n，电源的输出电压有效值恒定，R1、R2、R4为定值电阻，R3为滑动变阻器，a、b为滑动变阻器的两个端点，所有电表均为理想电表，导线电阻不计。现将滑动变阻器滑片P由a向b缓慢滑动，下列判断正确的是(　　)
A.电流表示数一定增大
B.电压表示数一定减小
C.变压器的输出功率一定减小
D.电阻R2消耗的功率一定减小
例7
原、副线圈匝数比不变，负载电阻变化
7
如图所示，理想变压器原线圈接稳压交流电源，R1为定值电阻，小灯泡与电阻箱并联。现增大电阻箱的阻值，小灯泡可视为定值电阻。则下列说法正确的是(　　)
A.小灯泡的电功率减小
B.小灯泡的电功率增大
C.变压器的输出功率增大
D.变压器的输出功率先减小后增大
针对练5
解析：由题意可知，原线圈电压不变，原、副线圈匝数比不变，则副线圈电压U2不变；增大电阻箱R的阻值，副线圈总电阻R总增大，副线圈总电流I2＝U2/R总减小，R1两端的电压UR1＝I2R1减小，则小灯泡两端的电压UL＝U2－UR1增大，小灯泡的电功率增大，故A错误，B正确。由A、B项分析可知，副线圈电压U2不变，副线圈总电流I2减小，则变压器的输出功率减小，故C、D错误。故选B。
负载电阻不变，原、副线圈匝数比变化
8
(多选)(2024·全国甲卷)如图，理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头T调节，副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R0和R1、开关S。S处于闭合状态，在原线圈电压U0不变的情况下，为提高R1的热功率，可以(　　)
A.保持T不动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动
B.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片位置不变
C.将T向a端移动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动
D.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片向e端滑动
例8
课堂回眸