资源简介

(共43张PPT)
3　变压器
课时1　变压器
素养 目标定位
目标素养
1.了解变压器的构造及几种常见的变压器,理解变压器的工作原理
2.通过探究得出理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系
3.明确理想变压器的输入功率与输出功率之间的关系,会推导原、副线圈中的电流关系
知识概览
课前 基础认知
一、变压器的原理
1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示。
(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。
(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。
2.原理:互感现象是变压器工作的基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。
3.作用:改变交变电流的电压。
4.变压器工作时有能量损耗,我们把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。
微判断1 (1)变压器只能改变交变电流的电压,不能改变恒定电流的电压。(　　)
(2)实际应用中,不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。
(　　)
(3)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压,还可以改变交变电流的频率。(　　)
(4)理想变压器是客观存在的。(　　)
√
√
×
×
二、电压与匝数的关系
1.电压与匝数的关系。
理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即
2.理想变压器原、副线圈功率关系。
P1 = (选填“>”“=”或“<”)P2。
3.两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫
降压变压器;副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。
微判断2 (1)变压器中穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势。(　　)
(2)变压器的原理是电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流。(　　)
(3)理想变压器是忽略了能量损耗的变压器。(　　)
(4)变压器原线圈输入的交变电流频率越高,输出的电流越大。
(　　)
(5)理想变压器有多个副线圈时,输入功率和输出功率相等。
(　　)
√
√
√
×
√
课堂 重难突破
一 理想变压器的特点和原理
问题探究
如图所示,把两个线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到交流电源的两端,另一个线圈连接到小灯泡上,接通电源后,小灯泡能发光。
(1)闭合铁芯的作用是什么
(2)两个线圈并没有直接接触,小灯泡为什么能发光
提示:(1)闭合铁芯的作用是形成一个闭合磁路,使原、副线圈的磁通量变化情况基本相同。
(2)原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,进而有感应电流,使小灯泡发光。
归纳总结
1.理想变压器的定义:没有能量损耗的变压器。
2.理想变压器的特点。
(1)原、副线圈的电阻不计,不产生热量。
(2)变压器的铁芯无漏磁,原、副线圈磁通量无差别。
(3)变压器自身的能量损耗不计,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。
3.原理分析。
(1)变压器的变压原理是电磁感应。当原线圈上加交流电压时,原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生交变的磁通量,在原、副线圈中都要产生感应电动势。
(2)如果副线圈是闭合的,则副线圈中将产生交变的感应电流,它也在铁芯中产生交变磁通量,在原、副线圈中同样要引起感应电动势。
(3)由于互感现象,原、副线圈间虽然不相连,电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。
典型例题
【例1】 关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是
(　　)
A.通有正弦式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
答案:C
解析:通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,选项A错误。因理想变压器无漏磁,选项B错误。由互感现象知选项C正确。线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,选项D错误。
特别提醒
(1)变压器不改变交变电流的周期和频率。(2)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。(3)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。
【例2】 (多选)某理想变压器的示意图如图所示,在它正常工作时,下列说法正确的是(　　)
A.副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的
B.输送的电能经变压器先转化为磁场能,再转化为电能
C.输送的电能经变压器先转化为电场能,再转化为电能
D.输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去
答案:AB
解析:变压器的原理是原线圈的电流发生变化,从而引起副线圈中磁通量变化,产生电动势,选项A正确。变压器电能的输送是电能经原线圈先转化为磁场能,再经副线圈转化为电能,选项B正确,C、D错误。
二 理想变压器的规律及制约关系
问题探究
钳形电流测量仪的结构图如图所示,在捏紧扳手时其铁芯会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,请思考下面的问题:
(1)载流导线中电流I0与内置线圈中的电流值I的关系是什么
(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流大于还是小于实际电流
(3)将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数如何变化
提示:(1)载流导线、铁芯和内置线圈可看成理想变压器,载流导线为1匝的原线圈,由电流跟匝数成反比可知载流导线中电流大小I0=nI。
(2)若钳形部分铁芯没有完全闭合,则通过内置线圈中的磁通量变小,磁通量的变化率也变小,故产生的感应电流变小,测量出的电流将小于实际电流。
(3)若将载流导线在铁芯上多绕几匝,设匝数为n',
由 ,即钳形电流测量仪的示数将变大。
归纳总结
1.理想变压器的规律。
(3)负载制约。
①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;
②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,
③总功率P入=P线+P2,即变压器的输入功率是由输出功率决定的。
典型例题
【例3】 如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1,现在原线圈两端加上交流电压u=311sin 100πt(V)时,灯泡L1、L2均正常发光,电压表和电流表可视为理想电表,则下列说法正确的是(　　)
A.该交变电流的频率为100 Hz
B.电压表的示数为155.5 V
C.若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,则电流表读数变大
D.若将滑动变阻器的滑片P向上滑动,则L1将变暗,L2将变亮
答案:C
规律总结
分析动态问题的思路流程可表示为
【例4】 图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦式交流电源,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。
甲
乙
下列说法正确的是(　　)
A.输入电压u的表达式
B.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
答案:D
成 果 验 收 站
1.关于理想变压器的特点,下列说法正确的是(　　)
A.理想变压器能够使电压升高,同时电流变大
B.原、副线圈具有相同的磁通量及变化率,产生的感应电动势也相同
C.原、副线圈没有电阻,铁芯中不会产生涡流
D.原线圈往往匝数少,绕线粗,电流大
答案:C
解析:理想变压器原、副线圈功率相等,即U1I1=U2I2,不可能同时使电压升高,电流增大,选项A错误。原、副线圈匝数不同,感应电动势不同,选项B错误。理想变压器没有能量损耗,所以线圈无电阻,铁芯不产生涡流,选项C正确。原、副线圈中匝数少的一边,电流大,绕线粗,但不一定作为原线圈使用,选项D错误。
2.(多选)(2026·云南师大附中模拟)如图所示变压器电路中,原、副线圈匝数比为2∶1,R为定值电阻,在a、b端输入正弦式交变电流,开关S断开,灯泡L1、L2正常发光。变压器视为理想变压器,下列说法正确的是(　　)
A.两灯泡的额定电压之比为2∶1
B.两灯泡的额定电压之比为1∶2
C.开关S闭合,灯泡L1变亮
D.开关S闭合,灯泡L2亮度不变
答案:AD
解析:灯泡L1、L2的额定电压之比等于原、副线圈的匝数比,则两灯泡的额定电压之比为2∶1,选项A正确,B错误。开关S闭合,灯泡L1与电源并联,故两端电压为原线圈电压,故其电压不变,故灯泡L1亮度不变;副线圈电阻减小,电流增大,但副线圈的电压不变,故灯泡L2两端电压不变,故灯泡L2亮度不变,选项C错误,D正确。
4.(多选)家用燃气灶点火装置的电路原理图如图所示,转换器将直流转换为u=5sin 100πt(V)的正弦式交变电流,并加在理想变压器的原线圈上,原、副线圈的匝数分别为n1和n2,电压表为理想电表。闭合开关S,当两点火针间的瞬时电压大于2 500 V时会产生电火花点燃燃气。下列说法正确的是(　　)
A.通过原、副线圈的磁通量之比为1∶1
B.副线圈中交变电流频率为100 Hz
C.若能点燃燃气,则n2>500n1
D.电压表的示数为5 V
答案:AC
5.如图所示,理想变压器输入的交流电压U1=220 V,有两组副线圈,其中n2=36,标有“6 V　9 W”“12 V　12 W”的电灯分别接在两副线圈上,均正常发光。

(1)求原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3。
(2)求原线圈中电流I1。
答案:(1)1 320　72　 (2)0.095 A

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