高中物理第五章交变电流4变压器课件新人教版选修3-2

1、自自主主学学习习基基础础知知识识4 变压器变压器学习目标学习目标1.了解变压器的构造及几种常见的变压了解变压器的构造及几种常见的变压器器2.理解互感现象和变压器的工作原理理解互感现象和变压器的工作原理(重点重点)3掌握理想变压器的电压和电流与匝数的关系掌握理想变压器的电压和电流与匝数的关系，并能并能用它解决基本问题用它解决基本问题(难点难点)合合作作探探究究重重难难疑疑点点解解题题技技巧巧素素养养培培优优闭合铁芯闭合铁芯线圈线圈原线圈原线圈副线圈副线圈2原理原理_现象是变压器的工作基础，由于原线圈中电流现象是变压器的工作基础，由于原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的的大小、方向在不断变

2、化，铁芯中的_也在不断变也在不断变化变化的化变化的_在副线圈中产生在副线圈中产生_互感互感磁场磁场磁场磁场感应电动势感应电动势在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按下图按下图541进行实验进行实验图图541则闭合电键后，灯泡是否发光？并解释出现这种现象则闭合电键后，灯泡是否发光？并解释出现这种现象的原因？的原因？1变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化电能的转化( )2恒定电流接入

3、变压器后也可发生互感现象，也可恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用起到变压作用( )3变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成变压器的铁芯由很薄的硅钢片叠合而成( )1理想变压器理想变压器没有没有_的变压器的变压器2电压与匝数关系电压与匝数关系原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的_，即：即： .能量损失能量损失匝数之比匝数之比【提示】【提示】当原线圈电压最大时，电流最大，但电流当原线圈电压最大时，电流最大，但电流的变化率为零，此时副线圈中磁场最强，但磁通量的变化的变化率为零，此时副线圈中磁场最强，但磁通量的变化率为零，故此时副线圈两端的电压为零，

4、即率为零，故此时副线圈两端的电压为零，即U20.可见，原、可见，原、副线圈的瞬时电压与匝数不成正比副线圈的瞬时电压与匝数不成正比1在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的一致的( )2理想变压器可以改变交变电流的频率理想变压器可以改变交变电流的频率( )3电流通过铁芯从原线圈流到副线圈电流通过铁芯从原线圈流到副线圈( )预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4学生分组探究一学生分组探究一变压器的工作原理变压器的工作原理第第1步探究步探究分

5、层设问，破解疑难分层设问，破解疑难1把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现灯泡上接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电流是如何流是如何“流到流到”副线圈中去的？副线圈中去的？【提示】【提示】变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，原线圈是利用

6、了互感现象芯上，但两线圈是彼此绝缘的，原线圈是利用了互感现象在副线圈中感应出电流的，并不是原线圈的电流直接流到在副线圈中感应出电流的，并不是原线圈的电流直接流到副线圈中去副线圈中去2探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？【提示】【提示】变压器的铁芯为闭合铁芯，形成一个闭合变压器的铁芯为闭合铁芯，形成一个闭合磁路，使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化磁路，使副线圈中的磁通量变化与原线圈中的磁通量变化基本相同基本相同第第2步结论步结论自我总结，素能培养自我总结，素能培养图图5431变压器的变压原理：变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压当原线圈加上交流

7、电压U1时，时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势如果副线圈是闭合在原、副线圈中都要产生感应电动势如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生变化的磁通量，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以生变化的磁通量，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通过磁场从原线圈传递到副线圈(如图如图543)2能量转化：能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的

8、转化实现了电能向磁场能再到电能的转化第第3步例证步例证典例印证，思维深化典例印证，思维深化如图如图544所示，理想变压器原、副线圈的匝数比所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1 n24 1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动，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，电流表切割磁感线时，电流表A1的示数为的示数为12 mA，则电流表，则电流表A2的的示数为示数为()图图544A3 mAB0C48 mA D与负载与负载R的值有关的值有关【解析】【解析】当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不在原线圈中

9、产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流应电流【答案】【答案】B变压器的作用变压器的作用如果变压器接在直流电路中，原线圈中电流不变，在如果变压器接在直流电路中，原线圈中电流不变，在铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象，变压器起铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象，变压器起不到变压作用不到变压作用第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1(多选多选)关于变压器，下列说法正确的是关于变压器，下列说法正确的是()A变压器的工作原理是电磁感应变压器的工作原理是电磁感应B所有变

10、压器的工作基础都是互感现象所有变压器的工作基础都是互感现象C各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作正常工作D只有交变电流接入变压器的原线圈中，变压器才只有交变电流接入变压器的原线圈中，变压器才能持续正常工作能持续正常工作【解析】【解析】变压器之所以能变压，是因为原线圈接交变压器之所以能变压，是因为原线圈接交流电源时，有交变电流流过原线圈，引起穿过原、副线圈流电源时，有交变电流流过原线圈，引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，所以变压器的工作原理是电磁感应，所

11、以选项所以变压器的工作原理是电磁感应，所以选项A正确；正确； 有一种变压器叫自耦变压器，它只有一个线圈绕在铁有一种变压器叫自耦变压器，它只有一个线圈绕在铁芯上，但有三个抽头，可升压、也可降压，这种变压器的芯上，但有三个抽头，可升压、也可降压，这种变压器的工作基础是自感，也就是说，当变压器是利用两个线圈变工作基础是自感，也就是说，当变压器是利用两个线圈变压时，其工作基础是互感，当变压器是利用一个线圈变压压时，其工作基础是互感，当变压器是利用一个线圈变压时，其工作基础是自感，所以选项时，其工作基础是自感，所以选项B错误；变压器要想持续错误；变压器要想持续正常工作，原线圈必须接入交变电流，若接入直流

12、电，原、正常工作，原线圈必须接入交变电流，若接入直流电，原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势，变压器不能持续副线圈中不可能出现持续的感应电动势，变压器不能持续正常工作，所以选项正常工作，所以选项C错误，错误，D正确正确【答案】【答案】AD2一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列物理量不一定相等的是列物理量不一定相等的是()A交流的频率交流的频率B电流的有效值电流的有效值C电功率电功率 D磁通量的变化率磁通量的变化率【解析】【解析】变压器可以改变原、副线圈中的电流，因变压器可以改变原、副线圈中的电流，因此原、副线圈中的电流不一定有相同的有效值，选

13、项此原、副线圈中的电流不一定有相同的有效值，选项B正确；正确；由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈，因而原、副线由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈，因而原、副线圈的磁通量变化率相同，选项圈的磁通量变化率相同，选项D错误；变压器的工作基础是错误；变压器的工作基础是互感现象，副线圈中感应的交流频率与原线圈中交流频率互感现象，副线圈中感应的交流频率与原线圈中交流频率是相同的，选项是相同的，选项A错误；理想变压器中错误；理想变压器中P入入P出出，选项，选项C错错误误【答案】【答案】B学生分组探究二学生分组探究二理想变压器中的几个关系理想变压器中的几个关系第第1步探究步探究分层设问，破解疑难分层设问，

14、破解疑难1理想变压器有什么特点？实际变压器与理想变压理想变压器有什么特点？实际变压器与理想变压器相比有什么区别？器相比有什么区别？【提示】【提示】理想变压器有三个特点：理想变压器有三个特点：(1)变压器铁芯内无漏磁；变压器铁芯内无漏磁；(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等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于副线圈的输出功率实际变压器不可避免地存在损耗实际变压器不可避免地存在损耗3功率关系功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，对于理想变压器，不考虑能量损失，P入入P出出4电流关系

15、电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2， 第第3步例证步例证典例印证，思维深化典例印证，思维深化(2014黄冈中学高二检测黄冈中学高二检测)一理想变压器原、副线圈一理想变压器原、副线圈匝数比匝数比n1 n211 5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电原线圈与正弦交变电源连接，输入电压压U如图如图545所示副线圈仅接入一个所示副线圈仅接入一个10 的电阻则的电阻则()545【思路点拨】【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：解答本题时应把握以下三点：(1)正弦交变电流峰值与有效值的关系正弦交变电流峰值与有效值的关系(2)变压器原、副线圈电压与匝数的关

16、系变压器原、副线圈电压与匝数的关系(3)电流表示数，电热和功率需用交变电流有效值计电流表示数，电热和功率需用交变电流有效值计算算【答案】【答案】D第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化图图5461(2013广东高考广东高考)如图如图546所示，理想变压器原、所示，理想变压器原、副线圈匝数比副线圈匝数比n1 n22 1， )和和均为理想电表，灯泡均为理想电表，灯泡电阻电阻RL6 ，AB端电压端电压u112 sin100t(V)下下列说法正确的是列说法正确的是()【答案】【答案】D2(2014山东高考山东高考)(多选多选)如图如图547，将额定电压为，将额定电压为60 V的用电器，

17、通过一理想变压器接在正弦交变电源上闭合的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上闭合开关开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均均为理想电表为理想电表)的示数分别为的示数分别为220 V和和2.2 A以下判断正确的以下判断正确的是是()图图547A变压器输入功率为变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比变压器原、副线圈匝数比n1 n211 3【答案】【答案】BD学生分组探究三学生分组探究三变压器的动态分

18、析变压器的动态分析第第1步探究步探究分层设问，破解疑难分层设问，破解疑难如图如图548所示为理想变压器，所示为理想变压器，b是原线圈的中心抽是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表从某时刻开始在原线头，电压表和电流表均为理想电表从某时刻开始在原线圈圈c、d两端加上交变电压，请探究以下几个问题：两端加上交变电压，请探究以下几个问题：图图5481保持滑动变阻器触头保持滑动变阻器触头P的位置不变，当单刀双掷开的位置不变，当单刀双掷开关由关由a扳向扳向b时，电压表和电流表的示数如何变化？变压器时，电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？的输出功率如何变化？【提示】【提示】理想变压

19、器副线圈输出电压变大，通过负理想变压器副线圈输出电压变大，通过负载电阻的电流增大，电压表和电流表的示数均变大，变压载电阻的电流增大，电压表和电流表的示数均变大，变压器的输出功率变大器的输出功率变大2单刀双掷开关与单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头连接，在滑动变阻器触头P向上向上移动的过程中，电压表和电流表的示数如何变化？变压器移动的过程中，电压表和电流表的示数如何变化？变压器的输出功率如何变化？原线圈的电流、输入功率如何变化？的输出功率如何变化？原线圈的电流、输入功率如何变化？第第2步结论步结论自我总结，素能培养自我总结，素能培养1电压制约电压制约当变压器原、副线圈的匝数比当变压器原、副线

20、圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电一定时，输出电压压U2由输入电压决定，即由输入电压决定，即U2n2U1/n1.2电流制约电流制约当变压器原、副线圈的匝数比当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电一定，且输入电压压U1确定时，原线圈中的电流确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流由副线圈中的输出电流I2决决定，即定，即I1n2I2/n1.3负载制约负载制约(1)变压器副线圈中的功率变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，由用户负载决定，P2P负负1P负负2；(2)变压器副线圈中的电流变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压由用户负载及电压U2确定，确定，I2P2/U2；

21、(3)总功率总功率P入入P线线P2，即变压器的输入功率是由输，即变压器的输入功率是由输出功率决定的出功率决定的4对理想变压器进行动态分析的两种常见情况对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1.第第3步例证步例证典例印证，思维深化

22、典例印证，思维深化(多选多选)(2014广东高考广东高考)如图如图549所示的电路中，所示的电路中，P为为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，不变，闭合电键闭合电键S，下列说法正确的是，下列说法正确的是()图图549AP向下滑动时，灯向下滑动时，灯L变亮变亮BP向下滑动时，变压器的输出电压不变向下滑动时，变压器的输出电压不变CP向上滑动时，变压器的输入电流变小向上滑动时，变压器的输入电流变小DP向上滑动时，变压器的输出功率变大向上滑动时，变压器的输出功率变大【思路点拨】【思路点拨】首先要分清变量和不变量；其次明确首先要分清变量和不变量；

23、其次明确各物理量间的制约关系各物理量间的制约关系【解析】【解析】本题是理想变压器的动态分析问题，首先本题是理想变压器的动态分析问题，首先要分清变量和不变量，其次明确各物理量间的制约关系要分清变量和不变量，其次明确各物理量间的制约关系由于理想变压器输入电压由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压变，所以输出电压U2也不变，灯也不变，灯L亮度不随亮度不随P的滑动改变，的滑动改变，故选项故选项A错误，选项错误，选项B正确正确P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻载总电阻R总总减小，由减小，由 【

24、答案】【答案】BD理想变压器动态问题的处理方法理想变压器动态问题的处理方法1首先抓住三个决定原则：输入电压首先抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电决定输出电压压U2；输出电流；输出电流I2决定输入电流决定输入电流I1；输出功率；输出功率P2决定输入功决定输入功率率P1.2把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化3根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化化、功率的变化第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1(2014福州高二检测福州高二检测)用电高峰期，电灯往往会变用电高峰期，电

25、灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题如图暗，其原理可简化为如下物理问题如图5410所示，理想所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和和L2，输电线的等效电阻为，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是闭合时，以下说法中正确的是()图图5410A原线圈中电流减小原线圈中电流减小B副线圈输出电压减小副线圈输出电压减小CR两端的电压增大两端的电压增大D原线圈输入功率减小原线圈输入功率减小【解析】【解析】原线圈输入电压恒定，副线圈输出电压不原线

26、圈输入电压恒定，副线圈输出电压不变，变，B错误；当开关错误；当开关S闭合后，电路中总电阻减小，总电流闭合后，电路中总电阻减小，总电流和总功率变大，原线圈中电流和输入功率都变大，和总功率变大，原线圈中电流和输入功率都变大，R两端的两端的电压增大，故电压增大，故C正确，正确，A、D错误错误【答案】【答案】C2(多选多选)有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑片表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑片Q调节，如图调节，如图5411所示，在副线圈的输出端连接了定值电阻所示，在副线圈的输出端连接了定值电阻R0和滑动变和滑动变阻器阻器R，

27、在原线圈上加一电压为，在原线圈上加一电压为U的交流电源，则的交流电源，则()图图5411A保持保持Q的位置不动，将的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读向上滑动时，电流表的读数变大数变大B保持保持Q的位置不动，将的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读向上滑动时，电流表的读数变小数变小C保持保持P的位置不动，将的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读向上滑动时，电流表的读数变大数变大D保持保持P的位置不动，将的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读向上滑动时，电流表的读数变小数变小【答案】【答案】BC变压器与分压器的变压辨析变压器与分压器的变压辨析变压器变压器(如图如图5412甲所示甲所示)和分压器

28、和分压器(如图如图5413乙所示乙所示)都能起到改变电压的作用，但二者又有着本质的区别都能起到改变电压的作用，但二者又有着本质的区别图图5412为了帮助同学们加深对这两种装置的认识，更好地理为了帮助同学们加深对这两种装置的认识，更好地理解和应用它们来解决实际问题，现将二者区别总结如下：解和应用它们来解决实际问题，现将二者区别总结如下：1工作原理不同：变压器是一种工作原理不同：变压器是一种“电感性装置电感性装置”，是，是根据电磁感应原理工作的；而分压器是一种根据电磁感应原理工作的；而分压器是一种“电阻性装置电阻性装置”，是根据电阻串联分压原理工作的是根据电阻串联分压原理工作的2改变电压的种类不同

29、：变压器只能改变交变电压，改变电压的种类不同：变压器只能改变交变电压，不能改变直流电压；而分压器既可改变交变电压，也可改不能改变直流电压；而分压器既可改变交变电压，也可改变直流电压变直流电压3电压的调节范围不同：变压器可以使交流电压升电压的调节范围不同：变压器可以使交流电压升高或降低；而分压器不能使电压升高，只能使电压降低高或降低；而分压器不能使电压升高，只能使电压降低4受负载影响不同：若在受负载影响不同：若在cd间、间、gh间分别接入负载间分别接入负载电阻电阻R0后，对于变压器，后，对于变压器，Ucd不随不随R0的变化而变化；而对于的变化而变化；而对于分压器，分压器，Ugh随随R0的增大而增

30、大，随的增大而增大，随R0的减小而减小的减小而减小(2014漳州高二检测漳州高二检测)甲、乙两电路中，当甲、乙两电路中，当a、b两端与两端与e、f两端分别加上两端分别加上110 V的交流电压时，测得的交流电压时，测得c、d间与间与g、h间的间的电压均为电压均为55 V若分别在若分别在c、d两端与两端与g、h两端加上两端加上110 V的的交流电压，则交流电压，则a、b间与间与e、f间的电压分别为间的电压分别为()A220 V，220 VB220 V，110 VC110 V，110 V D220 V，0【解析】【解析】当当a、b两端接两端接110 V电压时，电压时，c、d间获得的间获得的电压为电压

31、为55 V，说明，说明c、d间线圈的匝数为原线圈间线圈的匝数为原线圈a、b间匝数间匝数的一半；反过来，当的一半；反过来，当c、d两端接两端接110 V电压时，由电压与匝电压时，由电压与匝数的关系知，数的关系知，a、b间电压应为间电压应为220 V当当e、f两端接两端接110 V电电压时，压时，g、h间电压为间电压为55 V，说明，说明g、h间电阻为间电阻为e、f间电阻间电阻的一半；当的一半；当g、h两端接两端接110 V电压时，其等效电路如图所电压时，其等效电路如图所示示e、g间没有电流，间没有电流，e、g间电压为零，所以间电压为零，所以e、f间电压间电压与与g、h间电压相等，为间电压相等，为110 V，故，故B正确正确【答案】【答案】B 先看名师指津先看名师