人教版高中物理选修3-2 第五章 5.4变压器 (共45张PPT)

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同学们知道平时我们使用的市电的电压是多少吗？而我们的随身听，手机充电器的额定工作电压又是多少呢？
让我们看看下面的这张表吧。
在实际使用中，我们常常需要不同电压的交流电。如表所示：
用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压
随身听 3V 机床上的照明灯 36V
扫描仪 12V 防身器 3000V
手机充电器 4.2V 　4.4V　 5.3V 黑白电视机显像管 几万伏
录音机 6V 9V 　12V 彩色电视机显像管 十几万伏
可平常市电的电压是220伏，而平常使用的电压高低不一，那该怎么办呢？
我们需要变压器
这节课就让我们来学习变压器的相关知识吧！
第四节 变压器
（1）知识与技能
了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。
掌握变压器的变流比和变压比。
了解几种常见的变压器。

教学目标
（2）过程与方法
理解理想变压器的原、副线圈中电压与匝数关系，电流与匝数关系。
通过体验使学生们了解变压器在生活中的应用。
（3）情感态度与价值观
进行科学态度、科学方法的教育，了解理想化模型在物理学研究中的重要性。
激发学生对科学的兴趣和热情。
在自主实验和逐步探究的学习过程中，培养细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。
教学重、难点
教学重点
通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系。
教学难点
理想变压器电压与匝数关系的分析推导。
本 节 导 航
1.变压器的原理

2.电压与匝数的关系
1.变压器的原理
结构
(1)铁心
铁心由心柱和铁轭两部分组成。
心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。为减少铁心损耗，铁心用厚0.30-0.35mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。
按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两种。
心式变压器
壳式变压器
（2）绕组
定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。
一次绕组:输入电能的绕组。
二次绕组:输出电能的绕组。
高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。
同心式
结构：同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上。
特点：同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。
交迭式

结构：交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置。
特点：交迭式绕组用于特种变压器中。
（3）绝缘套管
将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。
（4）油箱
油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。
此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。
其他部件
器身
变压器油
散热器
分接开关
继电保护装置等部件

典型的油浸电力变压器
原理
原线圈：变压器是由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成的。变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈。
副线圈：另一个线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈 ，也叫次级线圈。
闭合铁芯:是由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成。防止涡流造成能量损失。
3

4

1

2










































1

2

3

4



铁芯

原线圈

副线圈









U1

U2

U2

U1

组成图
电路图中变压器符号














n1
n2














n1
n2
无铁芯
有铁芯
问题（1）:如果在原线圈上接上恒定电压,副线圈有无电流。为什么?接交变电压呢?
问题（2）：原、副线圈并没有直接连接，为什么副线圈两端的电压表会有读数？
问题（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？
解析（1）：无电流，因为恒定电压产生的磁场不发生变化。当接交变电压时能够产生。
解析（2）：因为电流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，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线连接，副线圈也能够输出电流。
解析（3）：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。
归纳
变压器电路
2.电压与匝数的关系
闭合铁芯实现了电能---磁场能---电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型------理想变压器。
探究电压器两个线圈上的电压关系
　　下面我们通过使用多用电表测量交流电压来定量分析理想变压器的变压规律。
次数 1 2 3 4 5 ···
U1
U2



























U1
U2
理想变压器特点：
　 （1）变压器铁芯内无漏磁。
　 （2）原、副线圈不计内阻。
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：
理论分析法:


原线圈　Ｅ1＝
副线圈　Ｅ2＝
所以：
原副线圈两端电压之比等这两个线圈的匝数比。
即：
而



























U1
U2

当n2 >n1 时，U2>U1
当n2 当n2 = n1时，U2=U1
—— 升压变压器
—— 等压变压器
—— 降压变压器
结论：理想变压器（这种忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器称为理想变压器）的原副、线圈的两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。从能量角度看，变压器不能产生电能，它只是通过交变磁场传输电能 。
变压器内部
电源用变压器
电源隔离变压器
自耦调压器
单相变压器
全密封配电变压器（10 kV）
S9 型配电变压器（10 kV）
树脂浇注干式变压器
大型电力油浸变压器
课 堂 小 结
（1）铁心由心柱和铁轭两部分组成。
（2）理想变压器特点：
　 变压器铁芯内无漏磁。
　 原、副线圈不计内阻。
（3）变压器原、副线圈两端电压之比等这两个线圈的匝数比。
课 堂 练 习
1.在某交流电路中,有一正在工作的变压器,原副线圈匝数分别为n1=600,n2=120,电源电压U1=220V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝,为了保证保险丝不被烧坏,则( )
A. 负载功率不超过44w
B. 副线圈电流最大值不能超过1A
C. 副线圈电流有效值不能超过1A
D. 副线圈电流有效值不能超过0.2A
A C
2.如图所示，在图甲中是两根不平行的导轨，图乙中是两根平行的导轨，其它物理条件都相同，当金属棒MN在导轨上向右匀速运动时，在棒的运动过程中，将观察到：（ ）
A. 两个小电珠都发光，只是亮度不同
B. 两个小电珠都不发光
C. L2发光，L1不发光
D. L1发光，L2不发光
D


















M
N


v
















甲


















M
N
v
















乙
L2
L1


3.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为3∶1，4个相同的好灯泡如图接入电路，已知副线圈一侧的3个灯泡均正常发光，则原线圈电路中串联的灯泡L的情况是（ ）
A. L将要烧毁
B. L比另外3个灯要暗些
C. L正常发光
D. 不知输入电压，无法判断
C