人教版选修3-2　第五章第4节《变压器》（共68张PPT）

(共70张PPT)

变压器
n1
n2
原线圈
L
铁芯中产生交变的磁通量
原线圈每一匝：e1=△φ/△t
△φ/△t
∽
副线圈每一匝：e2=△φ/△t
e1= e2
长江三峡大坝是世界上第一高水坝
学习目标：
1. 知道变压器的构造．
2．理解变压器的工作原理．
3．理解变压器的原、副线圈中电压
与匝数的关系，能用它来分析解决基本问题
4．知道互感器的原理及用处．
重点难点：
1.变压器的工作原理．
2.推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系
U2
对理想变压器：
U1
= n1e1 =n1(△φ/△t)
= n2e2=n2(△φ/△t)
U2
所以：
互感现象1
在原、副线圈中由于有_________而发生的互相感应现象．
交变电流
互感现象2
原、副线圈之间没有用导线相连，灯为什么会亮呢？
交流电路中实现电压改变的重要设备。
2.示意图
一、变压器的构造
铁芯
原线圈
副线圈
3.电路图中符号
铁芯与线圈互相绝缘
1.构造：
（1）闭合铁芯
（2）原线圈(初级圈)——
与电源相连
（3）副线圈(次级圈)—
与负载相连
问题1：原、副线圈并没有直接连接，那么在
给原线圈接交变电压U后，副线圈电
压U是怎样产生的？
2.套在变压器铁芯上的两只线圈起什么作用？
3.根据分析，原、副线圈即使不套在闭合铁芯上，它们之间仍然存在电磁感应关系，那么为什么说铁芯是变压器的必要组成部分？
思考与讨论
没有铁芯但靠得很近的原、副线圈的确存在互感关系，但它传输电能的效率太差，因为大部分磁感线都流失在线圈外，漏失的磁感线不会在原、副线圈之间起传输电能作用。而铁芯由于被磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯上，大大增强了变压器传输电能的效率。
原、副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化时刻都相同，由于原、副线圈中有交变电流而发生了互感现象，使电能可以通过交变磁场从原线圈到达副线圈
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)
二、变压器的工作原理
思考：若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?
=0
～
～
——互感现象
无漏磁---
无铜损---r为零
无铁损---无涡流
理想变压器的特点：
理想变压器模型
——没有能量损失的变压器
实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%～99%，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有问题的。
思考：原、副线圈的电压与什么因素有关系？请你根据所学过的知识进行猜想。
三、变压器的变压规律
理论探究：探究变压器线圈两端电压与匝数的关系
原、副线圈中产生的
感应电动势分别是：
E1=n1??/ ?t
E2=n2??/ ?t
E1/n1= E2/n2
原线圈回路有：
U1? E1=I1r1≈ 0
则U1=E1
副线圈回路有：
E2=U2 +I2r2 ≈U2
则U2=E2
若不考虑原副线圈的内阻，则U1=E1；U2=E2
则：U1/U2= n1/n2
理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比
n2 >n1 U2>U1 -----升压变压器
n2 U1/U2= n1/n2
电压关系
从电流与匝数的关系可知，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，低压绕圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制．
电流关系
由于不存在各种能量损失，输入功率等于输出功率，即 ，也就是
所以有


(1)电压制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2U1/n1.
(2)电流制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.
(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1＋P负2＋…；
②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2；
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)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→I1→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.
特别提醒：
(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率．
(2)可以把理想变压器的副线圈看做给用户供电的无内阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．
U1
几个因果关系
1.输入功率P1由输出功率P2决定；
P1＝P2
2.U1由电源决定；
3.U2由U1和匝数比决定；
U2＝n2/n1·U1
4.I2由U2和负载决定；
I2＝U2／R
5.I1由I2和匝数比决定；
I1＝n2/n1·I2
2．输出电流I2决定输入电流I1.在输入电压U1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定．当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大．在使用变压器时，不能使变压器次级短路．
3．输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1.在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，则变压器输出功率P2＝I2U2减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1也将增大．
几种常用变压器
1.自耦变压器
升压变压器
降压变压器
学以致用，知识延伸
思考：交流电压表有一定的量度范围，它的绝缘能力也有限，不能直接测量过高的电压。如何测量高压线上的交流电压？
2.互感器
电流互感器
电压互感器
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
钳式电流仪
小结
理想变压的两个变：变电压、
变电流
理想变压器的两个不变：功率不变、
频率不变
原线圈对于电源而言，相当于用电器；
副线圈对于负载（用户）而言，相当于电源

理想变压器是一个既不消耗也不储存能量，
仅传输能量和信号


电压高的线圈匝数多，电流小，用较细导线绕制；
电压低的线圈匝数少，电流大，用较粗导线绕制

有一电子线路中使用的小变压器，变压比为220V/6V，由于使用时间长了分不清原、副线圈，其外形如图所示，现要作为降压变压器使用，则电源(220V)应接在
(　　)
A．ab两端　　　　　
B．cd两端
C．ac两端
D．bd两端
答案：B

关于理想变压器在使用中的判断，其正确的是
(　　)
A．当副线圈提供电能的用电器有一部分停止工作时，原线圈两端电压保持不变
B．当副线圈提供电能的电路中，并联更多的用电器，原线圈输入的电流随之增大
C．当副线圈与用电电路断开时，副线圈两端无电压
D．当副线圈与用电电路断开时，原线圈两端无电压
答案：AB
如图17－4－3所示，原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时(　　)





图17－4－3
A．原、副线圈磁通量之比为2∶1
B．原、副线圈电流之比为1∶2
C．输入功率和输出功率之比为1∶1
D．原、副线圈磁通量变化率之比为1∶1
【答案】　BCD
【点评】　对于“口”字形变压器，原、副线圈中磁通量变化率相等，因此每匝产生的电动势相等．对于其他形状的铁芯，要具体分析．
2.在图中，4个电灯的规格完全相同，而且都在正常发光，下述说法正确的有
A．n1∶n2=1∶3
B．n1∶n2=3∶1
C．电源电压的有效值为一个电灯额定电压的4倍
D．电源的输出能量与变压器的输出能量相等
3.图中为一与电源相接的理想变压器。原线圈中电流为，副线圈中的电流为。当副线圈中的负载电阻减小时：
A．200 V B．110 V
C．30 V D．220 V
如图所示，变压器初次级线圈匝数分别为n1＝1000匝，n2＝500匝，n3＝200匝，次级线圈n2、n3分别接一个电阻R＝55 Ω的灯泡，初级线圈上接入U＝220 V交流电，求：
(1)两次级线圈输出电功率之比．
(2)初级线圈中的电流．
【答案】　(1)25∶4　(2)1.16 A
变式训练2　
如图17－4－6所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则(　　)
中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，
I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)．下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是(　　)







图17－4－8
【答案】　BC
变式训练3　




图17－4－9
为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图17－4－9所示．当开关S闭合后(　　)
A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C. V2示数变小， V1与 V2示数的比值变大
D. V2示数不变， V1与 V2示数的比值不变
4．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.
特别提醒：理想变压器的副线圈可看做给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．对理想变压器，下列说法中正确的是(　　)
A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大
B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大
C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
AB
图5－4－3
BC
变式训练1　(2011年高考浙江理综卷)如图5－4－4所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin 314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是(　　)
A．2.0 V　　 B．9.0 V
C．12.7 V D．144.0 V
图5－4－4
A
如图5－4－5所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1100 匝．接入电压U1＝220 V的电路中．
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2，n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
图5－4－5
【思路点拨】　解题时应特别把握以下两点：
(1)原、副线圈的电压与匝数的关系．
(2)根据原、副线圈的功率关系确定电流关系．
【答案】　(1)30 匝　550匝　(2)0.36 A
【规律总结】　对于理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普通适用的规律，但对于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了．
图5－4－6
C
图5－4－7
A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
AD
【规律总结】　处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定．I1由I2和匝数比决定．
变式训练3　(2011年嘉兴高二检测)如图5－4－8所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，各电表的示数变化情况是(　　)
A．电流表A1示数变大 B．电流表A2示数变小
C．电压表V1示数变小 D．电压表V1示数变大
图5－4－8
A
如图所示，理想变压器原线圈通入交变电流 A，副线圈接有一电流表，与负载电阻串联，电流表的读数为0.1 A，在t=3T/8时，原线圈中电流的瞬时值为0.03 A。由此可知变压器的原副线圈的匝数比为

汽车等交通工具中用电火花点燃汽油混合气，如图所示，已知汽车蓄电池电压为12V，变压器匝数之比为1?100.当开关S闭合后，火花塞上电压为多少？当开关S从闭合到突然断开，可为火花塞提供瞬时高电压，产生电火花．蓄电池提供的是直流电，为什么变压器的副线圈也能得到高电压呢？
B
例10、
加在理想变压器上的的电源的电动势为E，
内阻为r，与副线圈相连的负载电阻为R，
如图所示，求：（1）原线圈中的电流I1
多大时，负载R上获得的功率最大？最大
功率多大？
（2）负载获得最大功率时，变压器的原、
副线圈匝数比多大？