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(共34张PPT)
第3节 变压器
第三章
人教版 高中选择性必修第二册
理想变压器
02
理想变压器的动态分析
03
巩固提升
05
变压器的结构和工作原理
01
自耦变压器
04
新课导入
高压输电：U > 100 KV
家庭用电：U = 220 V
手机充电：U = 5 V
输电线输送的是大于100KV的高压，而家庭用电的电压是220V，如何将高压降为220V？在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同， 那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？
新课导入
街头变压器
各式变压器
可拆式变压器
变电站的大型变压器
形形色色的变压器
变压器是如何改变电压的呢？
变压器的结构和工作原理
PART 01
变压器的构造
01
原线圈
副线圈
①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成
②原线圈：
③副线圈：
与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈
与负载相连的线圈，也叫次级线圈
变压器的示意图及电路符号
02
副线圈
原线圈
U2
R
n1
n2
示意图
U1
铁芯
n1
n2
n1
n2
无铁芯
有铁芯
电路符号
变压器的工作原理
03
问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？
U1
U2　 ∽
n1
n2
∽
变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？
------互感现象
原线圈接交变电流
原线圈中产生交变磁场
副线圈产生感应电动势
铁芯构成磁回路
若给原线圈接恒定电压U1,副线圈电压U2=
变压器的变压规律
04
若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？
U2
R
B1 =Bmsinωt
B2 =Bmsinωt
铁芯可使绝大部分（可近似认为全部）磁感线集中在铁芯上，即：
e1 =Em sinωt
由法拉第电磁感应定律，得：
n1
n2
变压器的变压规律
04
不考虑原副线圈的电阻的原、副线圈的电压：
变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率。
n2 > n1 U2 > U1 ── 升压变压器
n2 < n1 U2 < U1 ── 降压变压器
此式无论副线圈一端是空载还是负载，都适用。
如何设计实验验证上述结论？
变压器的变压规律
04
以下是某个小组实验数据：
实验次数 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 n1/n2 U1/U2
1 800 400 8V 3.68V 2 2.2
2 800 100 8V 0.9V 8 8.9
3 200 100 8V 3.61V 2 2.2
4 1400 100 8V 0.5V 14 16
从实验数据来看，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数之比？
实验数据没有严格遵从这样的规律，是为什么？
在误差允许的范围内，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数。
变压器的变压规律
04
误差分析：
误差产生原因：能量损耗
①变压器线圈通过电流时会发热；
②铁芯在交变磁场的作用下也会发热；
③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯呢。
我们把没有能量损失的变压器叫做理想变压器，那么这样的变压器有什么规律？
理想变压器
PART 02
一个副线圈的理想变压器
01
理想变压器
功率制约：
P入 = P出
原线圈电能全部转化为副线圈电能
电压制约：
线圈两端电压之比等于匝数之比
“一原一副”
的电流制约：
U1 I1 = U2 I2
原副线圈的电流跟匝数成反比
I1
I2
U2
n1
n2
R
U1
此式只适用于一个副线圈的变压器
多副线圈的理想变压器
02
任意两线圈两端电压之比等于匝数之比
由 P入 =P出 得
原线圈电能全部转化为两副线圈电能
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
“一原多副”的理想变压器
理想变压器的规律
03
理想变压器的动态分析
PART 3
01
技巧总结
1．含有变压器动态电路问题的答题模型
(1)构建模型。
①确定原线圈电压U1
原线圈电压U1为定值
②确定副线圈电压U2
由 知，若n1、n2为定值，U2也为定值
③确定副线圈电流I2
由 知，R增大时I2减小
④确定副线圈功率P2
P2=I2U2知，I2减小时P2减小
⑤确定输入功率P1
由P1=P2知，P2减小时P1也减小
⑤确定原线圈电流I1
由P1=I1U1知，P1减小时I1也减小
01
技巧总结
(2)模型突破：解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。
①理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。
②可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。
2．负载变化的两种情况
(1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。
(2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。
02
典例精析
03
典例精析
答案：D
03
负载变化引起的动态变化问题的解题思路
变与不变结合，根据答题模型从副线圈向原线圈推进。如果原、副线圈的匝数不变，则副线圈电压不变，根据负载电阻的变化，判断出副线圈电流或功率的变化情况，然后根据输出功率决定输入功率的特点，分析原线圈电流或功率的变化。
变压器的结构还可以怎样设计？人们是怎样测量高压交变电流的电压和电流的呢？
解题思路:
U1
U2
I2
I1
输入电压U1决定输出电压U2
决定
输出功率P出 决定输入功率 P入
输出电流 I2 决定输入电流 I1
P入 = P出 （U1 I1 = U2 I2）
三类特殊变压器
PART 4
01
自耦变压器
如图所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。
U2
U1
A
B
P
自耦变压器
U1
U2
n1
n2
升压变压器
n1
n2
U1
U2
降压变压器
02
电压互感器
交流电压表的有一定的量度范围，不能直接并联到高压电测量其电压值。那么如何用交流电压表间接地测量出高压电的电压值？
V
地线
火线
n2
n1
U1
U2
电压互感器
03
电流互感器
交流电流表的有一定的量度范围，不能直接串联到在大电流电路中的电流值。那么如何用交流电流表间接地测量出大电流电路中的电流值？
电流互感器
地线
火线
A
n2
n1
I2
I1
钳形电流表是一种电流互感器
课堂总结
变压器
变压器的结构和工作原理
理想变压器的动态分析
理想变压器
三类特殊变压器
一个副线圈
多个副线圈
巩固提升
PART 4
巩固提升
1.(对变压器原理的理解)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1,当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时,电流表A1的示数是12 mA,则副线圈中电流表A2的示数是(　　)
A.3 mA B.48 mA
C.0 D.与R阻值有关
答案:C
解析:当导线在平行导轨上匀速运动时,产生的电流是恒定的电流,不会使副线圈的磁通量变化,因而副线圈中无感应电流,选项C正确。
巩固提升
2.(理想变压器基本规律的应用)如图所示,将额定电压为60 V的用电器,通过一理想变压器接在正弦式交流电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　)
A.变压器输入功率为484 W
B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A
C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A
D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=3∶11
答案:B
巩固提升
巩固提升
3.(理想变压器中的动态分析)(多选)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是
(　　)
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
答案:BD
巩固提升
第3节 变压器
人教版 高中选择性必修第二册

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