高中物理選修《變壓器》

關(guān)于高中物理選修《變壓器》第1頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六

但我們國家民用統(tǒng)一供電均為220V，那么如何使這些額定電壓不是220V的電器設(shè)備正常工作的呢？

變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備第2頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六幾種常見的變壓器第3頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六一、變壓器的構(gòu)造1.示意圖

U1U2

∽n1n2∽原線圈副線圈鐵芯2.構(gòu)造：（1）閉合鐵芯（絕緣硅鋼片疊合而成）（2）原線圈（初級線圈）：跟電源相連，用絕緣線繞成的,其匝數(shù)用n1表示（3）副線圈（次級線圈）：副線圈（次級線圈）：跟負(fù)載相連，用絕緣線繞成的,其匝數(shù)用n2表示閉合鐵芯是由涂有絕緣漆的硅鋼薄片疊合而成。（4）輸入電壓：U1;輸出電壓：U2.注意：線圈必須繞在鐵芯上，鐵芯必須是閉合的。第4頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六3.電路圖中符號n1n2問題：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產(chǎn)生的？鐵芯與線圈互相絕緣

U1U2

∽n1n2∽第5頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六原線圈接交流電在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢副線圈中如有電流在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量原線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢二、變壓器的工作原理——互感互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)∽

U1U2n1n2∽若給原線圈接直流電壓，U副線圈電壓U2

=？第6頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六

如果在能量轉(zhuǎn)化的過程中能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。這是物理學(xué)中又一種理想化模型。理想變壓器

實際上變壓器的效率都是比較高的，特別是電力設(shè)備中的巨大變壓器，在滿負(fù)荷工作時效率可以達(dá)到97%~99%，所以理論研究時我們把它當(dāng)成100%（理想變壓器）是沒有問題的。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六實驗結(jié)論：原副線圈兩端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)比。

次數(shù)12345U1U2V1V2研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實驗第8頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六三、理想變壓器的變壓規(guī)律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別是：原線圈回路有：E1=U1

+I1r1≈U1

則U1=E1副線圈回路有：

E2=U2

+I2r2≈U2則U2=E2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U1=E1；U2=E2則：第9頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比n2>n1U2>U1-----升壓變壓器n2<n1U2<U1-----降壓變壓器第10頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六四、理想變壓器的變流規(guī)律問題：原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？1.理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率即:U1I1=U2I2P出=P入第11頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六2.理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比變壓器工作時，高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。此公式只適用于一個副線圈的變壓器第12頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六U1I1I2n1n2U2R輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系1.輸入功率P1由輸出功率P2決定；P1＝P22.U1由電源決定；3.U2由U1和匝數(shù)比決定；

4.I2由U2和負(fù)載決定；I2＝U2／R5.I1由I2和匝數(shù)比決定；

第13頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六【例1】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2＝4：1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，圖中電流表A1的示數(shù)12mA，則電流表A2的示數(shù)為————（）A．3mAB．0C．48mAD．與負(fù)載R的值有關(guān)解析：變壓器只能工作于交流電路，不能工作在恒定電流和恒定電壓的電路，導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應(yīng)電動勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過。

第14頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六【例2】一理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個100Ω的負(fù)載電阻，如圖所示。（1）當(dāng)原線圈接在44V直流電源電源上時，電壓表示數(shù)為________V,電流表示數(shù)為______A.（2）當(dāng)原線圈接在220V交變電源上時，電壓表示數(shù)為________V，電流表示數(shù)為_______A,此時輸入功率為_______W.00440.4419.36第15頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六U1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A練習(xí)1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1=1100，接在電壓220V的交流電源上，當(dāng)它對11只并聯(lián)的“36V，60w”的燈泡供電時，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n2=_____，通過原線圈的電流I1=______。第16頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六AV~R1R2SA.U增大、I增大、PR1增大C.U減小、I減小、PR1減小D.U不變、I減小、PR1不變B.U不變、I減小、PR1

增大

練習(xí)3、如圖所示：理想變壓器的原線圈接高電壓，變壓后接用電器，線路電阻不計。S原來閉合，且R1=R2，現(xiàn)將S斷開，那么交流電壓表的示數(shù)U、交流電流表的示數(shù)I和用電器上R1的功率PR1將分別（）D

思考：變壓器輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系是怎樣的？第17頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六五、幾種常用變壓器1.自耦變壓器U2U1ABPU1U2n1n2升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器問題：有沒有只用一組線圈來實現(xiàn)變壓的變壓器？

自耦變壓器的原副線圈共用一個線圈第18頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六2.互感器

A電流互感器電壓互感器V

使用時把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)

使用時把原線圈與電路串聯(lián)，原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)第19頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六例4.為了保證用電安全，家庭居室的室內(nèi)電路前端一般都安裝漏電保護(hù)開關(guān)，如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡圖．問：（1）電路正常工作時，b線圈是沒有電流的，原因是什么？（2）如果站在地上的人不小心接觸火線時，b線圈為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流？第20頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六解析發(fā)電廠的零線是接地的，漏電保護(hù)開關(guān)有一個結(jié)構(gòu)和變壓器相似的電流互感器，其鐵芯的a側(cè)有兩個形狀、繞向和匝數(shù)都完全相同的線圈（圖中分別用實線和虛線表示），它們分別將用電器和火線、零線串聯(lián)起來，220V交變電流在MNO、GRK與發(fā)電廠之間流過；鐵芯的b側(cè)有另一個線圈與電磁繼電器J的線圈（圖中未畫出）并聯(lián)，室內(nèi)電路正常工作時，b線圈沒有電流，J保持導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)漏電時，b線圈便會產(chǎn)生感應(yīng)電流，推動電磁繼電器J切斷用電器的電路，從而防止事故的發(fā)生．第21頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六答案（1）電流互感器a側(cè)兩線圈完全相同，流過兩線圈的電流大小相等，方向相反，它們產(chǎn)生的磁場相互抵消，b側(cè)線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流．（2）火線的電流有一部分流經(jīng)人體，經(jīng)大地流回發(fā)電廠，a側(cè)兩線圈電流大小不等，產(chǎn)生“剩余電流”在鐵芯中產(chǎn)生變化的“剩余磁通”，b側(cè)線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．第22頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六六、解決有多個副線圈的理想變壓器的問題

一個原線圈多個副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)為n1，兩個副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3，相應(yīng)的電壓分別為U1、U2和U3，相應(yīng)的電流分別為I1、I2和I3，根據(jù)變壓器的工作原理可得：第23頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六第24頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六【例5】一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝1100匝，兩個副線圈的匝數(shù)分別是n2＝60匝，n3＝600匝。若通過兩個副線圈中的電流分別為I2＝1A，I3＝4A，求原線圈中的電流。

解析：對于理想變壓器，輸入功率與輸出功率相等，則有I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3I1＝（I2n2＋I(xiàn)3n3）／n1＝（1×60＋4×600）／1100＝2.24A第25頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六例6、如圖所示：理想變壓器的交流輸入電壓U1=220V，有兩組副線圈，其中n2=36匝，標(biāo)有“6V，9W”、“12V，12W”的燈泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：（1）原線圈的匝數(shù)為n1和另一副線圈的匝數(shù)n3.（2）原線圈的電流I1。n3n2n1解：（1）由于兩燈均正常發(fā)光，所以有：U2=6V，U3=12V 根據(jù)原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，有：U1/U2=n1/n2n1=U1n2/U2=1320匝。U3/U2=n3/n2，n3=U3n2/U2=72匝。（2）根據(jù)能量守恒，有P入=P出。即I1U1=P2+P3，則I1=（P2+P3）/U1=0.095A第26頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六〖練習(xí)4〗如圖所示，理想變壓器的原線圈接上220V交流電壓，副線圈有A、B兩組，A組接4Ω的電阻，B組接規(guī)格為“10V24W”的燈泡。已知A組的線圈匝數(shù)為30匝，兩端電壓為6V，燈泡正常發(fā)光，求原線圈的匝數(shù)和電流。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六【例7】在繞制變壓器時，某學(xué)生誤將兩個線圈繞在如圖所示變壓器左右兩臂上，當(dāng)通以交變電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中部的臂，已知線圈的匝數(shù)之比n1:n2＝2：1.在不接負(fù)載的情況下，則----------（）A．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時，線圈2輸出電壓為110VB．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時，線圈2輸出電壓為55VC．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時，線圈1輸出電壓為220VD．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時，線圈1輸出電壓為110V第28頁，共32頁，2022年，5月20日，17點31分，星期六

解析：當(dāng)線圈1接220V的交流電壓時，設(shè)穿過線圈1的磁通量為Ф，根據(jù)題意則穿過線圈2的磁通量為Ф／2.設(shè)線圈1、2的匝數(shù)分別為2n、n，則：220＝2n·ΔФ／ΔtU2＝n·ΔФ／Δt×1／2兩式相比得U2＝55V

當(dāng)線圈2接110V的交流電壓時，設(shè)穿過線圈2的磁通量為Ф’，根據(jù)題意則穿過線圈1的磁通量為Ф’／2.110＝n·ΔФ’／ΔtU1’＝2n·ΔФ’／Δt×1／2兩式相比得U1’＝