高中物理选修3-2 第五章交流电-4.变压器PPT012

1、变压器,变压器,教学目标 引入新课 一、变压器的原理 1、变压器的构成 2、变压器的结构示意图和符号 3、变压器原理 二、电压与匝数的关系 三、理想变压器的功率关系和电流关系 四、几种常见的变压器 小结 例1 例2 例3 A组能力训练题1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 B组能力训练题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14,教学目标,1.知道变压器的构造. 2.理解互感现象，理解变压器的工作原理. 3.理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题. 4.理解理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应

2、用它分析解决有关问题. 5.知道课本中介绍的几种常见的变压器. 教学重点： 变压器工作原理. 教学难点： 变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的,引入新课,在实际应用中，常常需要改变交流的电压。大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要1万伏以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识,一、变压器的原理1、变压

3、器的构成,一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）.两个线圈都是绝缘导线绕制成的,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,图5.4-3 教学用可拆变压器,铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成,2、变压器的结构示意图和符号,如下图所示,3、变压器原理,演示将原线圈接照明电源，交流电压表接到不同的副线圈上，观察交流电压表是否有示数,电压表有示数且示数不同,变压器原、副线圈的电路并不相同，副线圈两端的交流电压是如何产生的,在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都

4、要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流,它也在铁芯中产生交变的磁通量,在原、副线圈中同样引起感应电动势.副线圈两端的电压就是这样产生的,一,物理上把原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象,变压器的铁芯起什么作用,如果无铁芯，并排放置的原副线圈也发生互感现象，但原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能。如有铁芯，由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率,互感现象是变压器工作的基础,一,2,二、电压与匝数的关系,原副线圈中，感应电动势大小跟什么有关系,与线圈中磁通量变化率及线圈匝数成正

5、比,下面推导理想变压器的变压比公式,设原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，穿过铁芯的磁通量为，则原副线圈中产生的感应电动势分别为,在忽略漏磁的情况下，1=2，由此可得,在忽略线圈电阻的情况下，原线圈两端的电压U1与感应电动势E1相等，则有U1=E1,副线圈两端的电压U2与感应电动势E2相等，则有U2=E2,于是得到,即理想变压器的电压与匝数成正比,4）电视机里的变压器和复读机里的变压器各属于哪一类变压器,阅读教材，回答下列问题,1）什么叫理想变压器,2）什么叫升压变压器,3）什么叫降压变压器,忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，叫做理想变压器,当n2n1时, U2U1, 这样的

6、变压器叫升压变压器,当n2n1时, U2U1, 这样的变压器叫降压变压器,电视机里的变压器将220 V电压升高到1 万伏以上属升压变压器；复读机的变压器将220 V电压降到6 V，属于降压变压器,二,三、理想变压器的功率关系和电流关系,1、理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系,根据能量守恒定律 P出=P入,2、理想变压器原线圈的电流与副线圈的电流有什么关系,1）若理想变压器只有一个副线圈,据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入,则,即当理想变压器只有一个副线圈时，原、副线圈的电流与匝数成反比,得：U2I2=U1I1,2）若理想变压器有几个副线圈时,根据P出=P入,绕制原

7、副线圈的导线粗细一样吗,粗细不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线,U1I1= U2I2+ U3I3+U4I4,再根据U2=n2U1/n1 U3=n3U1/n1 U4=n4U1/n1,可得出,n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4,四、几种常见的变压器,阅读教材，了解几种常见的变压器，并回答下列问题,1）自耦变压器有何特点,2）自耦变压器如何作升压变压器？又如何作降压变压器,自耦变压器只有一个线圈，滑动头位置变化时，输出电压会连续发生变化,若把整个线圈作副线圈，线圈的一部分作原线圈,为升压变压器；若把线圈的一部分作副线圈，整个线圈作原

8、线圈，为降压变压器,3）互感器分为哪几类,电压互感器用来把高电压变成低电压.它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表，根据电压表测得的电压U2和变压比，就可以算出高压电路中的电压,电流互感器用来把大电流变成小电流.它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电流I2和变流比,可以算出被测电路中的电流,小结,本节课主要学习了以下内容,1.变压器主要由铁芯和线圈组成. 2.变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象. 3.理想变压器：忽略一切电磁损耗，有,P输出=P输入,4.日常生活和生产中使用各种类型的变压器，但它们遵循同样的原理,例1,一个理想变

9、压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2、I1和I2、P1和P2，已知n1n2，则 （ ） AU1U2，P1P2 BP1P2 ，I1I2， CI1I2，U1U2 DP1P2，I1I2,理想变压器正常工作时输入和输出的电压关系为U1/U2= n1/n21，输入和输出的电流关系为I1/I2= n2/n11，输入和输出的功率关系为P1=P2，所以选项B、C正确,解,BC,例2,一台理想变压器，当原线圈接220V交流电源时,副线圈的输出电压是11V，如果保持原线圈的电压不变，将副线圈拆去18匝后，副线圈两电压降为8V，则原线圈的匝数为多少,本题

10、根据理想变压器电压与匝数的关系进行求解.因理想变压器电压与匝数的成正比关系,解析,现副线圈电压下降3V，故U1:n1=3:18,解得：n1=1320匝,有5个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原副线圈电路中，如图所示，若将该电路与交流电源接通,且电键接到1位置，发现 5个灯亮度相同；若将电 键接到2位置，且在变化 中灯泡都不会烧毁，则 可能的是 （ ） A.该变压器是降压变压器，线圈匝数比为4:1 B.该变压器是升压变压器，线圈匝数比为1:4 C.副线圈电路中的灯泡仍发光，只是更亮些 D.副线圈电路中的灯泡仍发光，只是更暗些,例3,AC,解见下页,电键接1时，灯均正常发光，表明 I1=I2,解析

11、,这时电源电压不等于输入电压,U=U灯+U1U1,U灯=U2,电键接2时，U1=U变大，由电压变比关系可知U2变大，灯均变亮,I2=4I1，n1/n2=I2/I1=4, 变压器为降压变压器,拓展：解决变压器问题要注意以下几点,1）当变压器原线圈回路有除变压器之外的其它用电器时，变压器的输入电压以及变压比公式中的U1并不是电源的电压,2）当变压器本身不变，输出端负载不变时，由于输入回路结构的变化，可能导致输入功率的变化.如本例，电键从1到2，P出增加，P入增加,3）当原线圈输入电压一定，变压器一定时，由于负载的变化同样会导致输出、输入功率的变化，但仍有 P出=P入,题目,A组能力训练题1,1、一

12、个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等：（ ） A、交变电流的频率 B、电流的有效值 C、电功率 D、磁通量的变化率,B,A组能力训练题2,2、变压器在使用中，下列说法中正确的是（ ） A.原线圈中输入的电流，随着副线圈中的输出电流的增大而增大 B.原线圈输入的电压，随着副线圈中的输出电流的增大而增大 C.当副线圈空载（断路）时，原线圈中无电流 D.当副线圈空载时，原线圈上电压为零,AC,A组能力训练题3,3、有一负载电阻为R，当它接到30V直流电源上时,消耗的功率为P，现有一台理想变压器,它的输入电压U=300sintV，若把上述负载接到此变压器副线圈的两端，消耗的功

13、率为 0.5P，则变压器原、副线圈的匝数比为（ ） A. 10:1 B. 14.1:1 C. 17.3:1 D. 7.07:1,A,A组能力训练题4,4、有一个理想变压器，原线圈1200匝，副线圈400匝，现在副线圈上接一个变阻器R，如图所示,则下列说法中正确的是 （ ） A、安培表A1与A2的示数之比为3:1 B、伏特表V1与V2的示数之比为3:1 C、当变阻器滑动头向下移动时，原线圈的输入功率将增加 D、原、副线圈的功率之比为3:1,BC,A组能力训练题5,5. 理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6 V的电池上，则副线圈两端电压为（ ） A. 36 V

14、B. 6 V C. 1 V D. 0 V,解析,因为电池是稳恒直流电源, 变压器不能改变直流电压,D,A组能力训练题6,6. 理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（ ） A. I2由I1决定 B. U2与负载有关 C. P1由P2决定 D. U1由U2决定,解析,对于一定的变压器来说，U2由U1决定，I1由I2决定，P1由P2决定,C,A组能力训练题7,7. 利用如图所示的电流互感器可以测量被测电路中的电流,若互感器原副线圈的匝数比n1:n2=1:100, 交流电流表A的示数是50mA，则被测电路的电流为（ ） A. 0.5A B

15、. 5A C. 0.5mA D. 50mA,B,A组能力训练题8,8某变压器原、副线圈匝数比为55：9，原线圈所接电源电压按图示规律变化，副线圈接有负载。下列判断正确的是 ( ) A输出电压的最大值为36V B原、副线圈中电流之比为55：9 C变压器输入、输出功率之比为55：9 D交流电源有效值为220V，频率为50Hz,D,解见下页,该交流电的周期为0.02s，则频率为50Hz，最大值为,由I1/ I2= U2/ U1 = n2/ n1,解,则有效值为220V，选项D正确,由U2/ U1 = n2/ n1，输出电压的有效值为36V,选项A错,变压器不能改变功率，变压器输入、输出功率之比为1：

16、1，选项C错,原、副线圈中电流之比 为9：55，选项B错,A组能力训练题9,9一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R。设原线圈的电流为I1，输入功率为P1,副线圈的电流为I2，输出功率为P2。当R增大时 （ ） AI1减小，P1增大 BI1减小，P1减小 DI2增大，P2减小 DI2增大，P2增大,B,解见下页,解,理想变压器的特点是输入功率等于输出功率,当负载电阻增大时，由于副线圈的电压不变，所以输出电流I2减小，导致输出功率P2减小，所以输入功率P1减小,输入的电压不变，所以输入的电流I1减小， B正确,A组能力训练题10,10一台理想降压变压器从1

17、0kV的线路中降压并提供200A的负载电流。已知两个线圈的匝数比为40:1，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是 （ ） A 5A，250V，50kW B 5A、10kV，50kW C 200A，250V，50kW D 200A，10kV，2103 kW,A,解见下页,变压器不能改变功率，输出功率仍为50kW，选项A正确,解,由 I1/ I2= n2/ n1,变压器的原线圈电流为,I1 = I2 n2/ n1=5A,由 U2/ U1 = n2/ n1,输出电压为 U2= U1n2/ n1=250V,输入功率为 P1 =I1 U1 =5 A10kV=50kW,A组能力训练题11,11如图所

18、示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光。则 ( ) A. 电流表的示数为 A B. 电源输出功率为 1200W C. 电流表的示数为 A D. 原线圈端电压为 11 V,C,解见下页,U1 = U2n1/n2 =4400V，选项D错,选项A错C正确,解,副线圈灯泡正常发光，则副线圈端电压为220 V,副线圈消耗的功率为 P2=60W,变压器不能改变功率，所以电源输出功率为P1=60W,选项B错,由U1/ U2 = n1/ n2 ，得原线圈端电压为,电流表的示数为,A组能力训练题12,12一输入电压为220V，输出

19、电压为36V的变压器副线圈绕环，为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈。如题17图所示,然后将原来线圈接到220V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线匝数分别为（ ） A1100, 360 B1100， 180 C2200, 180 D2200, 360,B,解见下页,对新绕线的理想变压器，根据变压比公式得,解析,变压器烧坏前，同理,B正确,A组能力训练题13,13如题13图所示，理想变压器的原线圈接入 的交变电压，副线圈通过电阻r=6导线对“220V/880W”电器RL供电，该电器正常工作。由此可知

20、 （ ） A. 原、副线圈的匝数比为50 : 1 B. 交变电压的频率为100HZ C. 副线圈中电流的有效值为4A D. 变压器的输入功率为880W,C,电器RL的额定电流为4A，该电器正常工作，所以副线圈中电流的有效值为4A， 选项C正确，由于是单选题，排除其它选项,解析,A组能力训练题14,14.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分，一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，

21、负载两端电压的有效值为U2，且变压器是R理想的，则U2和I1分别约为 （ ） A. 380V和5.3A B. 380V和9.1A C. 240V和5.3A D. 240V和9.1A,B,解见下页,负载R上的功率就是变压器的输出功率，因为是理想变压器，故输入功率U1I1等于输出功率,故B选项正确,由公式,解析,得,A组能力训练题15.（2015年江苏卷1,一电器中的变压器可视为理想变压器,它将 220 V 交变电流改变为 110 V. 已知变压器原线圈匝数为 800，则副线圈匝数为 （ ） (A)200 (B)400 (C)1600 (D)3200,根据变压器的变压规律,解析,可求得副线圈匝数为

22、400，所以B正确,B,A组能力训练题16,理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为 （ ） A1 : 2 B2 : 1 C2 : 3 D3 : 2,B,三个灯泡都相同，并且都正常发光，可知三个灯泡此时的电流都相同,即原线圈中的电流是副线圈中电流的一半,可知该变压器原、副线圈的匝数之比为2 : l,解析,B组能力训练题1,1. 在图所示的电路中，理想变压器的变压比为 21，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（ ） A. L1和L2都能正常工作 B.

23、 L1和L2都不能正常工作 C. L1和L2中只有一个能正常工作 D. 条件不足，无法判断,A,解见下页,由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡L3、L4,每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈 中的电流等于一个灯泡额定电流的两倍,解析,根据电流与线圈匝数的关系进行分析,根据原、副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流等于副线圈中电流的二分之一，即恰好等于灯泡L1、L2的额定电流,从而判定：L1、L2都能正常发光,B组能力训练题2,D,解见下页,解析：由图象,得,故B错,故A错,故C错,故D正确,B组能力训练题3,图3是霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器，已知变压

24、器原线圈与副线圈匝数比n1:n2=1:20 ,加在原线圈的电压为 （V），霓虹灯正常工作的电阻R=440k，I1、I2表示原、副线圈中的电流，下列判断正确的是 ( ) A.副线圈两端电压6220V，副线圈中的电流14.1mA B. 副线圈两端电压4400V， 副线圈中的电流10.0mA C. I1I2,B D,解见下页,解,原线圈的电压有效值为U1=220V,I1/I2= n2/n1=20，I1I2,原线圈的电压为,U2=4400V,I2= U2/R=4.400kV/440 k=0.01A=10.0mA,选项A错B正确,选项C错D正确,B组能力训练题4,4、如图，一理想变压器原线圈接入一交流电

25、源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2 和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 （ ） AU2变小、I3变小 BU2不变、I3变大 CI1变小、I2变小 DI1变大、I2变大,B C,解见下页,因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确,解析,因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变,当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小,由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小， C正确,B组能力训练题5,AD

26、,解见下页,解,当开关S闭合后, 原、副线圈的匝数比不变, 所以V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，D正确,当S闭合后, 副线圈电路中的外电阻变小, 副线圈中的电流I2变大,原副线圈中的电流I1也变大，原、副线圈的匝数比不变，所以A1与A2示数的比值不变，A正确,B组能力训练题6,6、如图，理想变压器原副线圈匝数之比为41原线圈接入一电压为UU0sint的交流电源，副线圈接一个R27.5的负载电阻 若 , 100 Hz，则下述结论 正确的是 ( ) A. 副线圈中电压表的读数为55 V B. 副线圈中输出交流电的周期为 C. 原线圈中电流表的读数为0.5 A D. 原线圈中的输入功率为,A

27、 C,解见下页,输入功率为P=2200.5W=110W，D错,解,原线圈电压有效值U1=220V，由电压比等于匝数比可得副线圈电压U2=55V，A对,电阻R上的电流为2A，由原副线圈电流比等于匝数的反比，可得电流表示数为0.5A， C对,周期T= =0.02s，B错,B组能力训练题7,7、如图所示,理想变压器铁芯上绕有Ll、L2、L3三个线圈,匝数比为n1:n2:n3=4:2:1，在线圈L2和L3的两端各接个相同的电阻R，当线圈L1与交变电流源连通时，交变电流表A2的示数为I0，则交变电流表Al的读数为,0.625 I0,解见下页,U1:U2:U3=n1:n2:n3=4:2:1,解,由理想变压

28、器的电压关系,由欧姆定律I2= U2/R，I3= U3/R,故 I2:I3= 2:1，I3=0.5I0,由理想变压器的功率关系P入=P出,I1U1= I2U2+ I3U3,即 4I1U3= 2I0U3+ 0.5I0U3,所以 I1=0.625 I0,点评:当有两个以上副线圈时,不能盲目套用公式，只能根据理想变压器的两个基本关系求解,B组能力训练题8,8. 如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比 为n1n2=21，电源电压为U， 求B灯两端的电压UB为多少,由串联电路分压原理可知,解析,U=UA+U1,由变压器原理可知,U1U2=21,I1I2=12,由欧姆定律

29、可知,UA=I1R,UB= U2=I2R,联立式，得,UB=2 U /5,B组能力训练题9,如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为nl: n2 =4:1，原线圈回路中的电阻RA与副线圈回路中的负载电阻RB的阻值相等。a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA:PB= ；两电阻两端 的电压之比UA:UB=,1:16,1:4,原、副线圈的电流之比为,解,B组能力训练题10,10如图所示电路中变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流，下列说法正确的是 ( ) A保持P的位置及U1不变，S由b切

30、换到a，则R上消耗的功率减小 B保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C保持P的位置及U1不变， S由b切换到a，则I1增大 D保持U1不变，S接在b端， 将P向上滑动，则I1减小,B C,解见下页,保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，R减小则I2增大，输出功率增大，输入功率也增大，I1增大，选项D错,解,保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则副线圈两端电压增大，R上消耗的功率增大，选项A错,保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则副线圈两端电压减小，则I2减小，选项B正确,保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则副线圈两端电压增大，则 I2增大，输出功率增大，输入功

31、率也增大，I1增大，选项C正确,B组能力训练题11,11. 如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80104V的霓虹灯供电，使它正常发光为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断 （1）熔丝的熔断电流是多大? （2）当副线圈电路 中电流为10mA时 变压器的输入功率 是多大,1)设原、副线圈上的电压、电流分别为 U1、U2、I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,有 I1 U1= I2U2,当I2=12 mA时，I1 即为熔断电流代入数据, 得,I1 =0.98 A,2) 设副线圈中电流为 I2 =10 mA时，变压器的输入功率为P1,根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有,P1= I2 U2,代入数据，得 P1 =180 W,解,