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(共21张PPT)
第3节 变压器
第三章
人教版（2019）选择性必修二
CONTENTS
目录
变压器的结构和工作原理
01
理想变压器
02
理想变压器的动态分析
03
三类特殊变压器
04
高压输电：U > 10 kV
家庭用电：U = 220 V
用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压
随身听 3V 机床上的照明灯 36V
扫描仪 12V 防身器 3000V
手机充电 5V 黑白电视机显像管 1~2万伏
录音机 6V 9V 12V 彩色电视机显像管 3~4万伏
我国居民用电为220V交流电，但生活中很多用电器所使用的电压并不是220V，那这些电器在日常生活中如何实现正常工作的？
变压器
新课导入
知识讲解
课堂小结
随堂练习
布置作业
变电站的大型变压器
居民街区变压器
可拆式变压器
小型电器充电变压器
各类变压器展示
问题：变压器是如何改变电压的呢？
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知识讲解
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课堂小结
布置作业
一、变压器的结构和工作原理
①闭合铁芯：绝缘硅钢片叠合而成
②原线圈(初级线圈)：与交流电源相连的线圈叫做原线圈也叫初级线圈
③副线圈(次级线圈)：与负载相连的线圈叫做副线圈也叫次级线圈
1.变压器的构造：
副线圈
原线圈
铁芯
2.变压器的示意图及电路符号：
铁芯
原线圈
副线圈
n1
n2
n1
n2
无铁芯
有铁芯
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课堂小结
布置作业
问题1：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？
3.变压器的工作原理
问题2：若变压器原、副线圈并不相通，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？
工作原理：这是互感现象，首先原线圈接交变电流，其次原线圈中产生交变磁场，然后交变磁场在铁芯中产生变化的磁通量，最后副线圈中的磁通量随之发生改变而产生感应电动势。
问题3：若给原线圈接恒定电压U1,副线圈电压U2的大小又该如何变化？
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布置作业
4.变压器的变压规律
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
e1 =Em sinωt
n1
n2
设穿过原线圈磁通量为Φ1，穿过副线圈磁通量为Φ2。
Φ1=Φ2
5.变压器的作用及注意事项
①只能改变交变电流的电压
②变压器不改变交变电流的周期和频率。
③变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。
④变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。
如何设计实验验证变压器变压规律？
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布置作业
实验演示：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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布置作业
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
1 400 200 4.25V 1.99V 2.00 2.14
2 400 800 4.25V 7.88V 0.50 0.54
3 400 1400 4.25V 13.78V 0.29 0.31
实验数据记录
实验数据分析
从实验数据来看，原副线圈电压之比不等于它们的匝数之比，这是因为存在误差。
实验数据由于存在误差，没有严格遵从这样的规律，那这些误差来自哪里？
实验结论
在误差允许的范围内，原副线圈电压之比就等于它们的匝数之比。
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实验误差分析
变压器的能量损耗
①铜损
②铁损
③磁损
线圈电阻发热
涡流现象发热
漏磁损失能量
我们把没有能量损失（无铜损、无铁损、无磁损）的变压器叫做理想变压器，那么这样的变压器有什么规律？
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二、理想变压器
1.一个副线圈的理想变压器（一原一副）：
（1）电压关系：线圈两端电压之比等于匝数之比
①升压变压器：n2 > n1 U2 > U1
②降压变压器：n2 < n1 U2 < U1
→ U1决定 U2
（2）功率关系：
P入 = P出
即U1 I1 = U2 I2
①变压器能将能量从原线圈传递到副线圈，原线圈电能全部转化为副线圈电能
②当副线圈空载时，输出功率为零，原线圈输入功率也为零。
（3）电流关系：原副线圈中的电流之比等于匝数的反比
→ I2 决定 I1
→ P出决定 P入
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布置作业
【学以致用1】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。
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布置作业
2.多个副线圈的理想变压器（一原多副）：
由 P入 =P出 得
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
注意：任意两线圈两端电压之比等于匝数之比
注意：变压器能将能量从原线圈传递到副线圈，原线圈电能全部转化为两副线圈电能。
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布置作业
【学以致用2】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
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三、理想变压器动态分析
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
解题思路总结:
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）
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
⑥确定原线圈电流I1
由P1=I1U1知，P1减小时I1也减小
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布置作业
【学以致用3】如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两个小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交流电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是(　 )
A．由图乙的变化关系可知输入电压u的表达式u＝20sin(50πt)VB．只断开S2后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W
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答案：D
随堂练习
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布置作业
四、三类特殊变压器
1.自耦变压器
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
自耦变压器特点：
这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。
①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；
②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。
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布置作业
2.电压互感器
使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数
问题1：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？
问题2：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？
使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数
3.电流互感器
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随堂练习
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布置作业
变压器
变压器的结构和工作原理
理想变压器
理想变压器的动态分析
三类特殊变压器
一原一副
一原多副
布置作业
课堂小结
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知识讲解
随堂练习
随堂练习
布置作业
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业

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