人教版高二物理选修3-2 原创课件-5.4变压器20张PPT

(共20张PPT)
变压器
广东高中物理3-2
第二章
手机电压3～4.2V
洗衣机等家用
电器电压220V
收音机
电压不超过10V
电视机显像管却需要10KV以上电压
思考：如何将家庭用电220V的电压变成设备所需要的电压呢？
常见的变压器
思考：变压器是如何实现变压的呢？当中又遵循什么样的规律呢？
变压器的内部结构是怎么样的呢？
原(初级)线圈
副(次级)线圈
铁芯
思考：在理想的变压器中，原副线圈两端的电压、功率以及流过线圈的电流有什么关系？
忽略铜损、铁损和磁损
n1
n2
电路图
n1
n2
U1
U2
I1
I2
R
若在副线圈上加一负载(阻值为R)，则：
思考：若不在副线圈上加负载，原线圈会不会产生电流？原副线圈所在的电路会不会消耗功率？
由于能量不损耗，则：
即
……电流关系
……功率关系
由于穿过原副线圈的磁感线是相同的(集中在铁芯内)，故磁通量的变化量也相同。则：
若不考虑变压器的内阻，则：
所以
……电压关系
E1
E2
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
思考：如果一个原线圈和多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为
n1，两个副线圈的匝数分别为
n2
和
n3，相应的电压分别为
U1、U2
和
U3，相应的电流分别为
I1、I2
和
I3，它们的关系是否满足：
和
？说说你的理由。
例1：如图所示，理想变压器的交流输入电压
U1
=
220
V，有两组副线圈，其中
n2
=
36
匝，标有“6
V，9
W
”
“12
V，12
W
”
的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：
(1)
原线圈的匝数为
n1
和另一副线圈的匝数
n3；
(2)
原线圈的电流
I1。
n2
n1
n3
1.电压制约:
当匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1来决定。
2.电流制约:
当匝数比(n1/n2)一定时，输入电流I1由输出电流I2来决定。
3.功率制约：
变压器的输入功率P1是由输出功率P2决定的。
变压器的三大制约关系：
例2：如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。S
原来闭合，且
R1
=
R2，现将
S
断开，那么交流电压表的示数
U、交流电流表的示数
I
和用电器上
R1
的功率
P1
将分别是
(
)
A.
U
增大、I
增大、P1
增大
B.
U
不变、I
减小、P1
增大
C.
U
减小、I
减小、P1
减小
D.
U
不变、I
减小、P1
不变
A
V
R1
R2
S
例3：(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，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，其瞬时值表达式为u1=220sin
100πt(V)，则
(　　)
A.当开关与a连接时，电压表V1的示数为22
V
B.当t=1/600s时，电压表V0的读数为220
V
C.
开关与a连接，当滑片P向上移动的过程中，
电压表V1的示数增大，电流表示数变小
D.当开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小
1．匝数比不变的情况：
(1)
由于U1决定U2，不论负载电阻R如何变化，U2也不变；
(2)当负载电阻R发生变化时，I2变化，I2决定I1，故I1发生变化；
(3)I2变化引起P2变化，由P1＝P2知P1发生变化。
理想变压器的动态分析问题：
2．负载电阻不变的情况：
(1)匝数比发生变化，U2变化；
(2)R不变，U2变化，I2发生变化；
(3)
I2变化判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。
例4：如图所示，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻不计，绕OO′轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω做匀速转动，从图示位置开始计时．矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，副线圈接有可调电阻R，下列判断正确的是
(　　)
A．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值
表达式为e＝NBSωcos
ωt
B．矩形线圈从图示位置经过时间
时，
通过电流表的电荷量为0
C．当P不动、R增大时，电压表读数也增大
D．当P向上移动、R不变时，电流表读数减小
理想变压器
①无能量损失(铜损、铁损)
②无漏磁(磁感线全部集中在铁芯中)
基
本
关
系
功率
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率
电压
两组线圈之间的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关
电流
只有一个副线圈，电流和匝数成反比；多个副线圈，由输入功率和输出功率相等确定电流关系
频率
原、副线圈中电流的频率相等
制约关系
电压
原线圈电压U1制约副线圈电压U2
功率
副线圈的输出功率P2制约原线圈的输入功率P1
电流
副线圈电流I2制约原线圈电流I1
例5：(2012全国卷)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分，一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为(
)
R
A.380V和5.3A
B.380V和9.1A
C.240V和5.3A
D.240V和9.1A
例6：(2014全国卷Ⅱ，多选)如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表A接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端；假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大；用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则（
）
n1
n2
R
A
c
d
b
a
A.Uab:Ucd=n1:n2
B.增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd
越大
D.将二极管短路，电流表的读数加倍
例7：(2015全国I卷)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3:1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则
(
)
A.
C.
B.
D.
R
R
例8:
(2016江苏卷)
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点顺时针旋转到N点的过程中(　　)
U1
～
M
N
c
a
b
d
U2
～
A.U2>U1，U2降低
B.U2>U1，U2升高
C.U2D.U2例9:
(2016天津卷)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(
)
A
.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D
.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
A1
V
A2
S
R1
R2
R3
R
P
例10：(2016海南卷，多选)图(a)所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4:1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示。下列说法正确的是(
)
A.变压器输入、输出功率之比为4:1
B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1:4
C.u随t变化的规律为
(国际单位制)
D.若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大
~
R1
A
V
RT
图(a)
图(b)
u/V
t/10-2s
0
1
2
3
51
-51