2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流3.3变压器(7)课件

《变压器》\n变压器\n照明灯电压------220伏机床上照明灯------36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压------几万伏远距离输电------几十万伏电视机显像管却需要10000V以上电压交流便于改变电压,以适应各种不同的需要变压器就是改变交流电压的设备\n几种常见的变压器\n一、变压器的构造1.示意图U1U2∽n1n2∽原线圈副线圈铁芯2.构造：（1）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）（2）原线圈（初级线圈）：其匝数用n1表示（3）副线圈（次级线圈）：其匝数用n2表示（4）输入电压：U1;输出电压：U2.\n3.电路图中符号n1n2问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？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？铁芯与线圈互相绝缘U1U2∽n1n2∽\n二、变压器的工作原理------互感现象变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了电能（U1、I1）到磁场能（变化的磁场）再到电能（U2、I2）转化.原线圈副线圈铁芯∽U1U2n1n2∽互感现象：在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象.若给原线圈接直流电压,U副线圈电压U2？\n闭合铁芯实现了电能---磁场能---电能的转换,由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯,使能量在转换过程中损失很小,为了便于研究,物理学中引入了一种理想化模型------理想变压器.下面我们定量分析理想变压器的变压规律.无磁损无铜损无铁损理想变压器\n实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比.次数12345U1U2V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验\n三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/tE1/n1=E2/n2原线圈回路有：U1−E1=I1r1≈0则U1=E1副线圈回路有：E2=U2+I2r2≈U2则U2=E2若不考虑原副线圈的内阻,则U1=E1；U2=E2则：U1/U2=n1/n2\n理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比n2>n1U2>U1-----升压变压器n2<n1U2<U1-----降压变压器U1/U2=n1/n2\n四、理想变压器的变流规律问题：原副线圈的电流可能满足何规律？1.理想变压器输出功率应等于输入功率即:U1I1=U2I2I1/I2=U2/U1=n2/n1P出=P入\n2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比I1/I2=n2/n1变压器工作时,高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大,应当用较粗的导线绕制.这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法.此公式只适用于一个副线圈的变压器\nU1I1I2n1n2U2R输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系1.输入功率P1由输出功率P2决定；P1＝P22.U1由电源决定；3.U2由U1和匝数比决定；U2＝n2/n1·U14.I2由U2和负载决定；I2＝U2／R5.I1由I2和匝数比决定；I1＝n2/n1·I2\n【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,图中电流表A1的示数12mA,则电流表A2的示数为————（）A．3mAB．0C．48mAD．与负载R的值有关解析：变压器只能工作于交流电路,不能工作在恒定电流和恒定电压的电路,导体棒向左匀速切割磁感线时,在线圈n1中通过的是恒定电流,不能引起穿过线圈n2的磁通量变化,在副线圈n2上无感应电动势出现,所以A2中无电流通过.\n【例2】一理想变压器,其原线圈2200匝,副线圈440匝,并接一个100Ω的负载电阻,如图所示.（1）当原线圈接在44V直流电源电源上时,电压表示数为________V,电流表示数为______A.（2）当原线圈接在220V交变电源上时,电压表示数为________V,电流表示数为_______A,此时输入功率为_______W.00440.4419.36\nU1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2P2=n1U2=3A解：所以：3A练习1.一理想变压器,原线圈匝数n1=1100,接在电压220V的交流电源上,当它对11只并联的“36V,60w”的灯泡供电时,灯泡正常发光.由此可知副线圈的匝数n2=_____,通过原线圈的电流I1=______.\n练习2、如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1：n2=3：1,有四只相同的灯泡连入电路中,若灯泡L2、L3、L4均能正常发光,则灯泡L1（）A、也能正常发光B、较另三个灯暗些C、将会烧坏D、不能确定1n2n1L3L4L1U1L2\n例3.钳形电流表的外形和结构如图（a）所示.图（a）中电流表的读数为1.2A.图（b）中用同一电缆线绕了3匝,则A.这种电流表能测直流电流,图（b）的读数为2.4AB.这种电流表能测交流电流,图（b）的读数为0.4AC.这种电流表能测交流电流,图（b）的读数为3.6AD.这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图（b）的读数为3.6A图（a）A铁芯图（b）C\n五、几种常用变压器1.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器n1n2U1U2降压变压器问题：有没有只用一组线圈来实现变压的变压器？自耦变压器的原副线圈共用一个线圈\n2.互感器A电流互感器电压互感器V使用时把原线圈与电路并联,原线圈匝数多于副线圈匝数使用时把原线圈与电路串联,原线圈匝数少于副线圈匝数\n例4.为了保证用电安全,家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护开关,如图所示是保护开关的电路原理简图．问：（1）电路正常工作时,b线圈是没有电流的,原因是什么？（2）如果站在地上的人不小心接触火线时,b线圈为什么会产生感应电流？\n解析发电厂的零线是接地的,漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器,其铁芯的a侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示）,它们分别将用电器和火线、零线串联起来,220V交变电流在MNO、GRK与发电厂之间流过；铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图中未画出）并联,室内电路正常工作时,b线圈没有电流,J保持导通状态,当漏电时,b线圈便会产生感应电流,推动电磁继电器J切断用电器的电路,从而防止事故的发生．\n答案（1）电流互感器a侧两线圈完全相同,流过两线圈的电流大小相等,方向相反,它们产生的磁场相互抵消,b侧线圈磁通量总为零而不变,线圈中不产生感应电流．（2）火线的电流有一部分流经人体,经大地流回发电厂,a侧两线圈电流大小不等,产生“剩余电流”在铁芯中产生变化的“剩余磁通”,b侧线圈中磁通量发生变化,线圈中产生感应电流．\n练习3.如图是4种亮度可调的台灯的电路的示意图,它们所用的灯泡相同,且都是“220V40W”,当灯泡消耗的功率都调至20W时,哪种台灯消耗的功率最小？解析理想变压器的输入功率等于输出功率,在变压器上是没有功率损失的,所以含有变压器的台灯消耗功率就等于灯泡消耗的功率．而其余三种电路中有另外的变阻器,除灯泡消耗功率外,在变阻器上有额外的功率损失．答案C\n六、解决有多个副线圈的理想变压器的问题一个原线圈多个副线圈的理想变压器,原线圈匝数为n1,两个副线圈的匝数分别为n2和n3,相应的电压分别为U1、U2和U3,相应的电流分别为I1、I2和I3,根据变压器的工作原理可得：\n\n【例5】一台理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝,两个副线圈的匝数分别是n2＝60匝,n3＝600匝.若通过两个副线圈中的电流分别为I2＝1A,I3＝4A,求原线圈中的电流.解析：对于理想变压器,输入功率与输出功率相等,则有I1n1＝I2n2＋I3n3I1＝（I2n2＋I3n3）／n1＝（1×60＋4×600）／1100＝2.24A\n例6、如图所示：理想变压器的交流输入电压U1=220V,有两组副线圈,其中n2=36匝,标有“6V,9W”、“12V,12W”的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光,求：（1）原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数n3.（2）原线圈的电流I1.n3n2n1解：（1）由于两灯均正常发光,所以有：U2=6V,U3=12V根据原、副线圈电压与匝数的关系,有：U1/U2=n1/n2n1=U1n2/U2=1320匝.U3/U2=n3/n2,n3=U3n2/U2=72匝.（2）根据能量守恒,有P入=P出.即I1U1=P2+P3,则I1=（P2+P3）/U1=0.095A\n〖练习4〗如图所示,理想变压器的原线圈接上220V交流电压,副线圈有A、B两组,A组接4Ω的电阻,B组接规格为“10V24W”的灯泡.已知A组的线圈匝数为30匝,两端电压为6V,灯泡正常发光,求原线圈的匝数和电流.\n【例7】在绕制变压器时,某学生误将两个线圈绕在如图所示变压器左右两臂上,当通以交变电流时,每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中部的臂,已知线圈的匝数之比n1:n2＝2：1.在不接负载的情况下,则----------（）A．当线圈1输入电压为220V时,线圈2输出电压为110VB．当线圈1输入电压为220V时,线圈2输出电压为55VC．当线圈2输入电压为110V时,线圈1输出电压为220VD．当线圈2输入电压为110V时,线圈1输出电压为110V\n解析：当线圈1接220V的交流电压时,设穿过线圈1的磁通量为Ф,根据题意则穿过线圈2的磁通量为Ф／2.设线圈1、2的匝数分别为2n、n,则：220＝2n·ΔФ／ΔtU2＝n·ΔФ／Δt×1／2两式相比得U2＝55V当线圈2接110V的交流电压时,设穿过线圈2的磁通量为Ф’,根据题意则穿过线圈1的磁通量为Ф’／2.110＝n·ΔФ’／ΔtU1’＝2n·ΔФ’／Δt×1／2两式相比得U1’＝110V选BD\n〖练习5〗一理想变压器如图所示,在n1两端接交流电U1＝220V,n1为4400匝,n2为1100匝.若要使U3＝U2,求n3.解析：n1匝线圈产生的电动势E1＝U1＝n1ΔФ1／Δtn2匝线圈产生的电动势E2＝U2＝n2ΔФ2／Δtn3匝线圈产生的电动势E3＝U3＝n3ΔФ3／Δt而ΔФ1＝ΔФ2＝2ΔФ3所以U2／n2＝U1/n1U2＝n2U1/n1＝55V而U1／n1＝2U3/n3（U2＝U3）＝2n1U3／U1＝2×4400×55／220＝2200匝\n小结：1.变压器的结构和工作原理2.理想变压器的理想化模型及功率传输规律3.理想变压器的变压和变流规律