2024-2025學(xué)年人教版高二物理選擇性必修二教學(xué)課件 第三章 4 變壓器

第三章變壓器2通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線(xiàn)圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。1了解變壓器的構(gòu)造及工作原理。重點(diǎn)重難點(diǎn)3掌握理想變壓器原、副線(xiàn)圈電壓、電流、功率的關(guān)系。4了解幾種常見(jiàn)的變壓器。重點(diǎn)重點(diǎn)變壓器的原理我們國(guó)家民用統(tǒng)一供電均為220V，如何使這些額定電壓不是220V的電器設(shè)備正常工作呢？家庭用電220V手機(jī)充電電壓5V副線(xiàn)圈原線(xiàn)圈U2

n1n2示意圖U1鐵芯n1n2電路符號(hào)1.變壓器的構(gòu)造如圖，變壓器是由

和繞在鐵芯上的兩個(gè)線(xiàn)圈組成的。一個(gè)線(xiàn)圈與交流電源連接，叫作

，也叫初級(jí)線(xiàn)圈；另一個(gè)線(xiàn)圈與負(fù)載連接，叫作

，也叫次級(jí)線(xiàn)圈。閉合鐵芯原線(xiàn)圈副線(xiàn)圈

現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。

通過(guò)原線(xiàn)圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng)。由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的

也在不斷變化。變化的磁場(chǎng)在副線(xiàn)圈中產(chǎn)生

，所以盡管兩個(gè)線(xiàn)圈之間沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)相連(彼此絕緣)，副線(xiàn)圈也能夠

。說(shuō)明：變壓器不改變交變電流的周期和頻率。2.變壓器的原理互感電流磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出電流3.變壓器中的能量轉(zhuǎn)化原線(xiàn)圈中電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)變成

的能量，通過(guò)鐵芯使變化的磁場(chǎng)幾乎全部穿過(guò)了副線(xiàn)圈，在副線(xiàn)圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化成了

的能量。磁場(chǎng)電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系交變電流通過(guò)原線(xiàn)圈時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，副線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其兩端有輸出電壓。線(xiàn)圈匝數(shù)不同時(shí)輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變?cè)?、副線(xiàn)圈匝數(shù)，探究原、副線(xiàn)圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。1.實(shí)驗(yàn)思路兩只多用電表、學(xué)生電源(低壓交流電源)、開(kāi)關(guān)、可拆變壓器、導(dǎo)線(xiàn)若干。原理如圖：2.實(shí)驗(yàn)器材3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個(gè)多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)。(2)接通學(xué)生電源，閉合開(kāi)關(guān)，讀出電壓值，并記錄在表格中。(3)保持原、副線(xiàn)圈匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線(xiàn)圈的電壓值。(4)保持輸入電壓、原線(xiàn)圈的匝數(shù)不變，多次改變副線(xiàn)圈的匝數(shù)，記錄每次的副線(xiàn)圈匝數(shù)和對(duì)應(yīng)的電壓值。在誤差允許的范圍內(nèi)，原、副線(xiàn)圈的電壓之比等于原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比，即_______。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論由于存在能量損耗，所以副線(xiàn)圈測(cè)量電壓值應(yīng)小于理論變壓值。5.誤差分析6.注意事項(xiàng)(1)在改變學(xué)生電源的電壓、線(xiàn)圈匝數(shù)前均要先

開(kāi)關(guān)，再進(jìn)行操作。(2)為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過(guò)

，通電時(shí)不能用手接觸裸露的導(dǎo)線(xiàn)和接線(xiàn)柱。(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用

擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量。斷開(kāi)12V最大量程概念：沒(méi)有

的變壓器叫作理想變壓器。(1)原、副線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無(wú)“漏磁”。(2)原、副線(xiàn)圈不計(jì)電阻，電流通過(guò)時(shí)不產(chǎn)生焦耳熱，即無(wú)“銅損”。(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無(wú)“鐵損”。7.理想變壓器理想化模型能量損耗1.(多選)關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說(shuō)法正確的是A.原、副線(xiàn)圈纏繞在一個(gè)閉合鐵芯上，是為了減少磁場(chǎng)能的損失，有效

地傳送電能B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止原、副線(xiàn)圈短路，造成危險(xiǎn)C.變壓器不改變交變電流的頻率，只改變電壓大小D.當(dāng)原線(xiàn)圈接入恒定電流時(shí)，副線(xiàn)圈也有電壓輸出√√2.(2023·浙江省寧波效實(shí)中學(xué)校考期中)在“探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)采用了如圖所示的可拆式變壓器(鐵芯不閉合)進(jìn)行研究。(1)實(shí)驗(yàn)還需下列器材中的____；AD(2)實(shí)驗(yàn)中，可拆式變壓器的原線(xiàn)圈接“0、4”接線(xiàn)柱，副線(xiàn)圈接“0、8”接線(xiàn)柱，當(dāng)副線(xiàn)圈所接電表的示數(shù)為24.0V，則原線(xiàn)圈所接電源電壓擋位可能為_(kāi)__。A.3.0V B.6.0VC.12.0V D.15.0VD理想變壓器的基本關(guān)系(1)如圖所示，當(dāng)原線(xiàn)圈接交流電源時(shí)，小燈泡是否發(fā)光？發(fā)光(2)如果原線(xiàn)圈接入的是恒定電流，燈泡會(huì)亮嗎？不會(huì)(3)若變壓器為理想變壓器，則小燈泡電功率與變壓器的輸入功率有什么關(guān)系？相等原線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：副線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：n1n2U1~U2~R交變電源電動(dòng)勢(shì)關(guān)系無(wú)漏磁：綜合得：當(dāng)n2>n1時(shí)，

，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器。當(dāng)n2<n1時(shí)，

，變壓器使電壓降低，是降壓變壓器。U2>U1U2<U11.電壓關(guān)系等于2.功率關(guān)系從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率

輸出功率，即

。P入=P出3.電流關(guān)系(2)當(dāng)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。3.(2021·廣東卷)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)充電裝置，如圖所示，假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)在螺線(xiàn)管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2s，電壓最大值為0.05V，理想變壓器原線(xiàn)圈接螺線(xiàn)管，副線(xiàn)圈接充電電路，原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為1∶60，下列說(shuō)法正確的是A.交流電的頻率為10HzB.副線(xiàn)圈兩端電壓最大值為3VC.變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)D.充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率√4.(2023·北京市大興區(qū)高二期末)如圖所示，一理想變壓器的原線(xiàn)圈匝數(shù)為n1＝1000匝，副線(xiàn)圈匝數(shù)為n2＝200匝，電阻R＝88Ω，原線(xiàn)圈接入電壓U1＝220V的交流電源，電壓表和電流表對(duì)電路的影響可忽略不計(jì)，則下列說(shuō)法正確的是A.通過(guò)原線(xiàn)圈和副線(xiàn)圈的交流電的頻率之比為5∶1B.電流表的示數(shù)為0.1AC.電壓表的示數(shù)為1100VD.電阻R的電功率為44W√1.變壓器的電動(dòng)勢(shì)關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系是有效值(或最大值)間的關(guān)系，對(duì)于某時(shí)刻的瞬時(shí)值，這些關(guān)系不成立。2.電流與匝數(shù)成反比只適用于有一個(gè)副線(xiàn)圈的情況，有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí)不成立。幾種常見(jiàn)的變壓器生活中的變壓器變電站的大型變壓器街頭變壓器充電器中的變壓器1.自耦變壓器U1U2n1n2n2

>n1

U2>U1升壓變壓器n1n2U1U2n2<n1

U2<U1降壓變壓器自耦變壓器的原副線(xiàn)圈共用一個(gè)線(xiàn)圈U2U1ABP應(yīng)用：可實(shí)現(xiàn)交變電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)、較大范圍變壓。2.互感器

A電流互感器電壓互感器V使用時(shí)把原線(xiàn)圈與電路并聯(lián)，原線(xiàn)圈匝數(shù)多于副線(xiàn)圈匝數(shù)使用時(shí)把原線(xiàn)圈與電路串聯(lián)，原線(xiàn)圈匝數(shù)少于副線(xiàn)圈匝數(shù)應(yīng)用：測(cè)高電壓應(yīng)用：測(cè)大電流5.一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線(xiàn)圈，將其接在a、b間作為原線(xiàn)圈。通過(guò)滑動(dòng)觸頭取該線(xiàn)圈的一部分，接在c、d間作為副線(xiàn)圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過(guò)程中A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高C.U2<U1，U2降低 D.U2<U1，U2升高√6.電壓互感器能將高電壓變成低電壓，電流互感器能將大電流變成小電流，用于測(cè)量或保護(hù)系統(tǒng)。如圖所示，T1、T2是監(jiān)測(cè)交流高壓輸電參數(shù)的互感器，a、b是交流電壓表或交流電流表，若高壓輸電線(xiàn)間電壓為220kV，T1的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為1∶100，交流電壓表的示數(shù)為200V，交流電流表的示數(shù)為2A，則A.a是交流電壓表，b是交流電流表B.T2的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為1000∶1C.高壓線(xiàn)路輸送的電流為200AD.高壓線(xiàn)路輸送的電功率為2.2×104kW√1.電壓互感器：用來(lái)把高電壓變成低電壓，副線(xiàn)圈比原線(xiàn)圈匝數(shù)少、電流大、導(dǎo)線(xiàn)粗。2.電流互感器：用來(lái)把大電流變成小電流，副線(xiàn)圈比原線(xiàn)圈匝數(shù)多、電流小、導(dǎo)線(xiàn)細(xì)。3.應(yīng)用時(shí)電壓互感器應(yīng)并聯(lián)在電路中，即接在零線(xiàn)和火線(xiàn)之間；電流互感器是用于測(cè)電流的，應(yīng)串聯(lián)在電路中。變壓器變壓器的原理理想變壓器的基本關(guān)系變壓器的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系理想變壓器

電功率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系電壓的關(guān)系電流的關(guān)系幾種常見(jiàn)的變壓器及應(yīng)用變壓器的原理原、副線(xiàn)圈纏繞在一個(gè)閉合鐵芯上，是為了減少磁場(chǎng)能的損失，有效地傳送電能，故A正確；鐵芯不用整塊金屬做成是為了防止渦流產(chǎn)生較多的熱量從而燒壞變壓器，故B錯(cuò)誤；變壓器不改變交變電流的頻率，只改變電壓大小，故C正確；變壓器對(duì)恒定電流不起作用，D錯(cuò)誤。(1)本實(shí)驗(yàn)中，變壓器的原線(xiàn)圈應(yīng)接在交流電源上；為了知道原、副線(xiàn)圈的電壓比和線(xiàn)圈匝數(shù)比之間的關(guān)系，需要測(cè)交流電壓，所以需要用到多用電表，故學(xué)生電源和多用電表兩個(gè)器材不能缺少，故選A、D。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，永磁鐵磁場(chǎng)越強(qiáng)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，變壓器的輸入電壓會(huì)越大，故C錯(cuò)誤；由理想變壓器原理可知，充電電路的輸入功率等于變壓器的輸入功率，故D錯(cuò)誤。變壓器并不會(huì)改變交流電的頻率，故A錯(cuò)誤；電阻R的功率為P2＝I22R＝22W，故D錯(cuò)誤。T1的原線(xiàn)圈串聯(lián)在電路中，因此a是交