變壓器高二下物理人教版（2019）選擇性必修第二

3.3變壓器問題導(dǎo)入

生產(chǎn)生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓。變壓器是如何改變電壓的呢?副線圈原線圈U2

Rn1n2示意圖可拆式變壓器閉合鐵芯：絕緣硅鋼片疊合而成（由涂有絕緣漆的硅鋼薄片疊合而成）原線圈n1

(初級(jí)線圈)：接交流電源副線圈n2(次級(jí)線圈)：接用電器（負(fù)載）變壓器U1鐵芯U1：輸入電壓U2：輸出電壓一、變壓器的結(jié)構(gòu)電路圖中變壓器符號(hào)：U2

R1.原副線圈不相通，給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是如何產(chǎn)生的？2.若給原線圈接直流電，副線圈還能否產(chǎn)生電壓？B感變化B原變化I工作原理：互感現(xiàn)象（電磁感應(yīng)）U1n1n2二、變壓器的工作原理——互感現(xiàn)象工作原理——互感現(xiàn)象

n1n2鐵芯U1U2原線圈接交變電流原線圈中的磁場(chǎng)發(fā)生改變副線圈中的磁通量發(fā)生改變副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)副線圈有感應(yīng)電流原線圈副線圈I1電流的磁效應(yīng)鐵芯傳遞如果電路閉合I2

總之變壓器的基本原理就是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，或者說是原線圈和副線圈之間的互感現(xiàn)象來工作的。思考：原、副線圈電壓與什么因素有關(guān)系？三、變壓器的變壓規(guī)律實(shí)驗(yàn)：探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系

猜想：交流電壓、原線圈匝數(shù)、副線圈匝數(shù)實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)思路：控制變量法，保持原線圈電壓U1和匝數(shù)n1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2。

物理量的測(cè)量：副線圈的輸出電壓U2。U1/Vn1/匝n2/匝U2/V122001005.82.06821220040023.40.5130.5128001001.229.838128004005.42.2221214001000.8414.2814121400400343.5數(shù)據(jù)分析：

發(fā)現(xiàn)

的數(shù)值和

數(shù)值總是相差那么一點(diǎn)，這是為什么呢？實(shí)驗(yàn)結(jié)論：誤差允許范圍內(nèi)～～誤差產(chǎn)生原因：能量損耗思考：實(shí)際的變壓器在運(yùn)行時(shí)，哪些地方有能量損耗呢？思考：實(shí)際的變壓器在運(yùn)行時(shí)，哪些地方有能量損耗呢？若不計(jì)能量損耗，變壓器原副線圈中能量如何轉(zhuǎn)化？U2

RU1n1n2原線圈電能副線圈電能磁場(chǎng)能理想變壓器的能量轉(zhuǎn)化：不計(jì)能量損耗，線圈電阻磁損：漏磁損失能量鐵損：

渦流現(xiàn)象發(fā)熱銅損：線圈電阻發(fā)熱能量損耗主要(U1、I1)(變化的磁場(chǎng))(U2、I2)分析：若無鐵芯或鐵芯不閉合，原線圈中的磁通量只有一小部分貫穿副線圏，大部分漏失在外。有了閉合鐵芯，由于鐵芯被磁化，形成磁路，絕大部分磁通量集中在鐵芯內(nèi)部，貫穿副線圈，大大增強(qiáng)了變壓器傳輸電能的效率。變壓器中能量轉(zhuǎn)換的過程是：電能→磁能→電能。鐵芯起到了能量轉(zhuǎn)換的作用。U1U2思考：實(shí)驗(yàn)中為什么鐵芯是閉合的？在變壓器通過交變磁場(chǎng)傳輸電能的過程中，閉合鐵芯起什么作用？理想變壓器特點(diǎn)

如果在能量轉(zhuǎn)化的過程中能量無損失（1）無銅損：原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，不產(chǎn)生熱量。（2）無鐵損：忽略鐵芯產(chǎn)生的熱量。（3）無磁損：變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，原、副線圈磁通量無差別。

原、副線圈中通過的磁通量始終相同(無漏磁),因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是：若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有

U1=E1

U2=E2

理想變壓器的變壓規(guī)律I1U2U1n1n2I2R~原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽電壓是有效值1、n2

>n1

U2>U1——升壓變壓器2、n2<n1

U2<U1——降壓變壓器實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明：理想變壓器原、副線圈的電壓跟它們的匝數(shù)成正比。此式無論副線圈一端是空載還是負(fù)載，都適用。理想變壓器

功率制約：P入=

P出原線圈電能全部轉(zhuǎn)化為副線圈電能電壓制約：線圈兩端電壓之比等于匝數(shù)之比“一原一副”的電流制約：

U1I1

=U2I2原副線圈的電流跟匝數(shù)成反比I1I2U2

n1n2RU1此式只適用于一個(gè)副線圈的變壓器四、理想變壓器的電流規(guī)律I2n2U2

I1n1U1I3n3U3

“一原多副”的理想變壓器任意兩線圈兩端電壓之比等于匝數(shù)之比由

P入

=P出

得原線圈電能全部轉(zhuǎn)化為兩副線圈電能多副線圈的理想變壓器注意：（1）理想變壓器只傳輸能量，本身不是用電器。

（2）變壓器只能改變交變電流電壓和電流，不會(huì)改變交變電流原線圈中的頻率大小若初級(jí)線圈加直流電壓，則次級(jí)線圈輸出電壓為0.2.變壓器的應(yīng)用變電站的大型變壓器小家電中的變壓器

實(shí)際應(yīng)用中需要改變交流電壓的場(chǎng)合是很多的。大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流，電壓為幾萬伏。而用電器使用電壓不一樣。由于有了變壓器，交流的電壓容易改變，所以交流得到了廣泛的應(yīng)用。初級(jí)線圈次級(jí)線圈輸入交流電手機(jī)開始充電時(shí)，底座同時(shí)亮起了一圈呼吸燈，互感。輸出感應(yīng)電流科學(xué)漫步無線充電技術(shù)如果把整個(gè)線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個(gè)線圈作副線圈，就可以升高電壓。U2U1ABP自耦變壓器U1U2n1n2升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器五、幾種常用變壓器1.自耦變壓器自耦變壓器的原副線圈共用一個(gè)線圈電流互感器地線火線

An2n1I2I1串聯(lián)接地V地線火線n2n1U1U2電壓互感器并聯(lián)接地2.互感器使用時(shí)把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)U1U2I2I1電源六、理想變壓器的制約關(guān)系①U1由電源決定②U2由U1和匝數(shù)比決定：

③I2由U2和負(fù)載決定：

④I1由I2和匝數(shù)比決定：⑤輸入功率P1由輸出功率P2決定：P1＝P2理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的關(guān)鍵:分清變量和不變量，弄清U1，U2，I1，I2，R，n1，n2，P1，P2

等物理量間的制約關(guān)系例1:如圖所示，負(fù)載變化時(shí)理想變壓器的輸入電壓不會(huì)有大的波動(dòng)，分析下列情況中，各表的讀數(shù)變化情況(填“變大”、“變小”或“不變”)（1）S斷開，R1變大:①V1

;②V2

;③A1

;④A2

。（2）S閉合

:①V1

;②V2

;③A1

;④A2

。動(dòng)態(tài)問題的分析思路:U1U2I2I1輸入電壓U1決定輸出電壓U2決定輸出功率P出決定輸入功率P入輸出電流I2決定輸入電流I1

P入=

P出

（U1I1

=U2I2）不變不變變小變小不變不變變大變大V2

R1

R2

S

A1

V1

A2

e例2：如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)為n1=1000匝，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6V

2W”的小燈泡，L2是“12V

4W”的小燈泡。當(dāng)原線圈接上交變電壓時(shí)，L1、L2都正常發(fā)光，那么，原線圈中的電流為（）C例3(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有完全相同的幾個(gè)燈泡。結(jié)果都可以正常發(fā)光。下列說法正確的是(

)A.原、副線圈匝數(shù)比為9∶1B.原、副線圈匝數(shù)比為3∶1C.此時(shí)a和b的電功率之比為1∶9D.此時(shí)a和b的電功率之比為1∶1cdBD課堂小結(jié)1.變壓器原理：2.理想變壓器特點(diǎn)：利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)電能→磁場(chǎng)能→電能的轉(zhuǎn)化和傳遞。3.理想變壓器規(guī)律：①功率關(guān)系：②頻率關(guān)系：③電壓關(guān)系：④電流關(guān)系：磁通量全部集中在鐵心內(nèi)P1＝P2Φ1=Φ2電能沒有發(fā)熱損耗P1＝P2f1=f24.電壓、電流、功率之間的因果關(guān)系①U1由電源決定②U2由U1和匝數(shù)比決定③I2由U2和負(fù)載決定④I1由I2和匝數(shù)比決定⑤輸入功率P1由輸出功率P2決定1．如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比n1:n2=4:1，當(dāng)導(dǎo)線在平行導(dǎo)軌上勻速切割磁感線時(shí)，電流表A1的示數(shù)是12mA，則副線圈中電流表A2的示數(shù)是()A．3mA B．48mAC．零 D．與R阻值有關(guān)C2:(多選)為保證用戶電壓穩(wěn)定在220V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，圖甲為調(diào)壓變壓器示意圖。保證輸入電壓u1不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓。某次檢測(cè)得到用戶電壓u2隨時(shí)間t變化的曲線如圖乙所示。以下正確的是（）A．B．C．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)下移D．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)上移BD3:(多選)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為10∶1，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表，從某時(shí)刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為，則（）

A.當(dāng)開關(guān)與a連接時(shí)，電壓表V1的示數(shù)為22VB.當(dāng)t=1/600s時(shí)，電壓表V0的讀數(shù)為220VC.開關(guān)與a連接，當(dāng)滑片P向上移動(dòng)的過程中，電壓表V1的示數(shù)增大，電流表示數(shù)變小D.當(dāng)開關(guān)由a扳向b時(shí)，電壓表V1和電流表的示數(shù)均變小BC4:如圖所示，有一矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為N，電阻不計(jì)，繞OO′軸在水平方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)．矩形線圈通過滑環(huán)接一理想變壓器，滑動(dòng)觸頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓，副線圈接有可調(diào)電阻R，下列判斷正確的是

（）A．矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝NBSωsinωtB．矩形線圈從圖示位置經(jīng)過時(shí)間

時(shí)，通過電流表的電荷量為0C．當(dāng)P不動(dòng)