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第三节 变压器
粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册
第三章 交变电流
新课引入
认识变压器
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
在生产和生活中，最常用的是交流电，但不同的设备电压却不同。
设备
电压
设备
电压
大型发电机
10kV
机床上的照明灯
36V
家庭电路
220V
手机充电器
5.0V
工厂的电动机
380V
防身器
3000V
在生活用电时，电压必须进行调整。调整电压要用什么设备呢？
新课引入
认识变压器
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
变压器是一种用于改变交流电压的设备
变电站大型变压器
城乡街头的变压
实验室用的可拆变压器
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认识变压器
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
1.构造：
(1)闭合铁芯：由绝缘硅钢片叠合而成；
(2)原线圈：连接交流电源，也叫初级线圈；
(3)副线圈：连接负载，也叫次级线圈。
铁芯
2.表示：
原线圈
副线圈
变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成。
变压器原理图
变压器的符号
n1
n2
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
3.原理：
原线圈
接入
交流电
在铁芯中
产生变化
的磁通量
副线圈
产生
感应电动势
副线圈
产生
感应电流
变压器是利用＿＿现象，对交变电流实现升压或降压的。
交
流
电
互感
交
流
电
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认识变压器
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
【讨论交流】
在如图所示的电路中，闭合开关S后，灯泡中是否有电流通过?为什么?
新课引入
认识变压器
n1
n2
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
新课引入
认识变压器
1.实验探究：变压器原线圈接在学生电源上，
原线圈电压U1为学生电源输出电压，
副线圈电压U2通过交流电压表测得。
初步发现，变压器原、副线圈上的电压之比＿＿＿＿它们的匝数之比。
近似等于
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
新课引入
认识变压器
2.理论推导：
根据法拉第电磁感应定律，得在原、副线圈中产生的电动势分别为
????????=?????????????????? ， ????????=??????????????????
所以有 ????????????????=????????????????????????????????????=????????????????
忽略线圈中的电阻，有 U1 =e1 ， U2 =e2
由此可得
?
当 时， 变压器使电压升高，变压器为升压变压器
当 时， 变压器使电压降低，变压器为降压变压器
理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器。
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
新课引入
认识变压器
理想变压器忽略能量损失，故 P1=P2
即 I1 U1=I2 U2
又
可得
(1)当变压器只有一个副线圈工作时，有
U1I1＝U2I2， I1∶I2＝ n2∶n1 ；
(2)当变压器有多个副线圈时，
由能量守恒关系，有 U1I1＝U2I2+ U3I3+ U4I4+ …
且 ????????＝???????????????????????? ， ????????＝???????????????????????? ， ????????＝???????????????????????? ， …
可得 n1I1＝n2I2+ n3I3+ n4I4+ …
【说明】当变压器有多个副线圈时，电流与匝数的反比关系不再成立。
?
【特别提醒】
电压与匝数比
电流与匝数比
动态问题
新课引入
认识变压器
I1
U2
U1
n1
n2
I2
R
~
类比自来水的水压和水流
【例题】有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380 V的电圧降圧后得到的。如果変圧器的原线圏是1440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220V，则输出电压是多少？
解：U1=380V、U2=36V、n1=1440
（1）由 ，可求的n2=136
（2）若U1=220V ，由 ，可求的U2=20.8V
【例题】无线充电技术已经逐渐应用于智能手机手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示。已知发射、接收线圈匝数比 n1∶n2＝ =5∶1，AB 端输入电流为i=0.28sin200πt (A)。
(1)请结合模型解释手机无线充电的基本原理；
(2)求接收线圈输出电流的有效值。
解：(1) 手机无线充电器的原理类似于变压器，主要是利用了互感现象。 交变电流流过发射线圈产生变化的磁通量，这个变化的磁通量同时也穿过接收线圈，在接收线圈中产生感应电流，该感应电流经过一定的处理后转为直流电流再给手机充电。
解：(2)AB输入端的电流有效值 ????????＝????????????????=????.????????????????=????.????????
将充电器看成是理想变压器，原、副线圈电流的关系 ????????????????＝????????????????
可得接收线圈输出电流的有效值为 ????????＝?????????????????????????=????.????×????????=????????
?
【例题】无线充电技术已经逐渐应用于智能手机手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示。已知发射、接收线圈匝数比 n1∶n2＝ =5∶1，AB 端输入电流为i=0.28sin200πt (A)。
(1)请结合模型解释手机无线充电的基本原理；
(2)求接收线圈输出电流的有效值。
【例题】如图所示，某理想变压器原、副线圈的匝数比为 2 ：1，副线圈上接一只“220 V 40 W”的灯泡。原线圈所接电源电压随时间的变化规律如图 3-22 所示。若灯泡的灯丝电阻保持不变，灯泡的实际功率是多少？
1、关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈

C
课堂练习
2、一个理想变压器，正常工作时，在原、副线圈上，下列物理量中可能不相等的是(　　)
A.交流的频率 B.电流的有效值
C.电功率 D.磁通量的变化率
B
课堂练习
课堂练习
B
课堂练习
4、如图所示，理想变压器原线圈匝数为n1＝1 000匝，两个副线圈匝数分别为n2＝50匝和n3＝100匝，L1是“6 V　2 W”的灯泡，L2是“12 V　4 W”的灯泡，当原线圈接正弦交变电流时，两灯泡均正常发光，那么原线圈中的电流为(　　)
C
课堂练习
5、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点顺时针转到N点的过程中(　　)
A.U2>U1，U2降低
B.U2>U1，U2升高
C.U2 D.U2C
6、(多选)如图所示，L1、L2是高输电线，图中两电表示分别是220V和10A，已知甲图中原、副线圈匝数比为
100:1，乙图中原、副线圈匝数比为 1:10，
则( )
A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22000V
B.甲图是电流互感器，输电电流是100A
C.乙图中的电表是电压表，输电电压为22000V
D.乙图是电流互感器，输电电流是100A
AD
课堂练习
课堂练习
7、如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为(　　)
C
A.2.2×103 W B.2.2×10－2 W
C.2.2×108 W D.2.2×104 W
电压互感器与电流互感器
8、如图所示，理想变压器原线圈 I 接到 220V的交流电源上，副线圈 II 的匝数为30，与一标有“12 V ，12 W”的灯泡连接，灯泡正常发光，副线圈 III 的输出电压为 110 V，电流为 0.4 A。求：
(1)副线圈III的匝数；
(2)原线圈I的匝数以及通过原线圈的电流。
解:(1)根据已知，有
U2=12V，n2=30，U3=110V
由
,得
(2)因U1=220V，根据
得
由P1= P2+P3=P2+I3U3= 56W，
得
课堂练习

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