高中物理選修3-2變壓器課件

1、用電器用電器額定工作電壓額定工作電壓用電器用電器額定工作電壓額定工作電壓隨身聽隨身聽3V機床上的照明燈機床上的照明燈36V掃描儀掃描儀12V防身器防身器3000V手機充電器手機充電器4.2V 4.4V 5.3V黑白電視機顯像管黑白電視機顯像管12萬伏萬伏錄音機錄音機6V 9V 12V彩色電視機顯像管彩色電視機顯像管34萬伏萬伏 但我國民用統(tǒng)一供電均為但我國民用統(tǒng)一供電均為220V220V，那么如何使這些額，那么如何使這些額定電壓不是定電壓不是220V220V的電器設(shè)備正常工作的呢？的電器設(shè)備正常工作的呢？ 因此因此需要改變電壓，以適應(yīng)各種不同電壓的需要。需要改變電壓，以適應(yīng)各種不同電壓的需要。

2、變壓器變壓器用什么設(shè)備來改變電壓，達到所需的正常工作電壓呢？2.2.示意圖示意圖鐵芯鐵芯原線圈原線圈副線圈副線圈3.3.電路圖中符號電路圖中符號鐵芯與線圈互相絕緣鐵芯與線圈互相絕緣n1n21.1.構(gòu)造：構(gòu)造：（1 1）閉合鐵芯）閉合鐵芯 （2 2）原線圈）原線圈( (初級線圈初級線圈) )匝數(shù)為匝數(shù)為n n1 1（與電源相連）（與電源相連）（3 3）副線圈）副線圈( (次級線圈次級線圈) )匝數(shù)為匝數(shù)為n2，與負載相連與負載相連4.4.輸入電壓：輸入電壓：U U1 1; ; 輸出電壓：輸出電壓：U U2 2. .n1n2問題：問題：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？變壓器副線圈和原線圈電路是否

3、相通？ 變壓器原副線圈不相通，那么在給原線變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接圈接交變電壓交變電壓U U1 1后，副線圈電壓后，副線圈電壓U U2 2是怎是怎樣產(chǎn)生的？樣產(chǎn)生的？鐵芯與線圈互相絕緣鐵芯與線圈互相絕緣 U1U2 n1n2 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了： 電能電能 磁場能磁場能 電能電能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(U1、I1) (變化的磁場變化的磁場) ( U2、I2)思考思考: :若給原線圈接直流電壓若給原線圈接直流電壓U1,副線圈電壓副線圈電壓U2?=0 把兩個沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯把兩個沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一

4、個線圈上，一個線圈連到連到交流電源交流電源的兩端，另一個線圈連到小的兩端，另一個線圈連到小燈泡上。小燈泡可能發(fā)光嗎？說出你的道理。燈泡上。小燈泡可能發(fā)光嗎？說出你的道理。 故變壓器只有工作在故變壓器只有工作在交流電路中交流電路中。（原線圈接的電流、。（原線圈接的電流、電壓要變，原副線圈才有電壓要變，原副線圈才有變化的磁通量，變化的磁通量，才會有互感才會有互感現(xiàn)象，變壓器才可以起到變壓作用。）現(xiàn)象，變壓器才可以起到變壓作用。） 因為原副線圈共用一個閉合鐵芯，所以原副線圈中的因為原副線圈共用一個閉合鐵芯，所以原副線圈中的磁通量磁通量，磁通量的變化量磁通量的變化量 、磁通量的變化率磁通量的變化率都相

5、同。都相同。若學(xué)生電源為穩(wěn)定直流電，小燈泡還會亮嗎？ 如果在如果在電能電能-磁場能磁場能-電能的轉(zhuǎn)換電能的轉(zhuǎn)換過程中過程中能量損失很小，能夠能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。這是物理學(xué)中又一種理稱之為理想變壓器。這是物理學(xué)中又一種理想化模型。想化模型。無銅損、鐵損、磁損無銅損、鐵損、磁損 實際上變壓器的效率都是比較高的，特別是電力設(shè)實際上變壓器的效率都是比較高的，特別是電力設(shè)備中的巨大變壓器，在滿負荷工作時效率可以達到備中的巨大變壓器，在滿負荷工作時效率可以達到97%97%

6、99%99%，所以理論研究時我們把它當成，所以理論研究時我們把它當成100%100%（理想（理想變壓器）是沒有問題的。變壓器）是沒有問題的。下面我們定量下面我們定量分析理想變壓分析理想變壓器的變壓規(guī)律。器的變壓規(guī)律。I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別是：動勢分別是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t tE1 1/n/n1 1= = E2 2/n/n2 2原線圈回路有：原線圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0則則U U1 1=E=E1 1副線圈回路有：副線圈回路有： 則則U

7、U2 2=E=E2 2所以：所以：U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2 因不考慮原副線圈的內(nèi)阻E E2 2 U2=I=I2 2r r2 2 0 01、n2 n1 U2U1升壓升壓變壓器變壓器2、n2 n1 U2 U1降壓降壓變壓器變壓器2121nnUU 理想變壓器原副線圈的理想變壓器原副線圈的電壓電壓跟它們跟它們的的匝數(shù)匝數(shù)成成正比正比注：此公式無論副線圈一端是空載還是有注：此公式無論副線圈一端是空載還是有負載，或多個副線圈都是適用的。負載，或多個副線圈都是適用的。理想變壓器輸入功率等于輸出功率理想變壓器輸入功率等于輸出功率即即: : 121221nnUUII理想變壓器原

8、副線圈的理想變壓器原副線圈的電流電流跟它們跟它們的的匝數(shù)匝數(shù)成成反比反比1221nnII3.3.理想變壓器的副線圈可看做給用戶供電理想變壓器的副線圈可看做給用戶供電無內(nèi)阻的電源，無內(nèi)阻的電源，對負載電路對負載電路（副線圈電路副線圈電路）進行動態(tài)分析時，可以參照進行動態(tài)分析時，可以參照直流電路動態(tài)分析的方法直流電路動態(tài)分析的方法特別提醒：1.1.理想變壓器理想變壓器變的是變的是交變電流的電壓、電流；交變電流的電壓、電流；不變的是不變的是直流電壓、電流和交流電的周期、頻率、功率直流電壓、電流和交流電的周期、頻率、功率和和能量。能量。2.2.理想變壓器的理想變壓器的輸出功率決定輸入功率輸出功率決定輸

9、入功率的大小，當副線的大小，當副線圈斷路或無用電器耗能時，圈斷路或無用電器耗能時，P P入入=P=P出出=0=0 例例1 1、理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比、理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n n1 1:n:n2 24 4：1 1，當導(dǎo)體棒在勻強磁場中向左做勻速直線，當導(dǎo)體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，圖中電流表運動切割磁感線時，圖中電流表A A1 1的示數(shù)的示數(shù)12mA12mA，則電流表則電流表A A2 2的示數(shù)為的示數(shù)為 （ ）A A3mA B3mA B0 0 C C48mA D48mA D與負載與負載R R的值有關(guān)的值有關(guān)B例例2 2、一理想變壓器，原線圈匝數(shù)、一理想變壓器，原

10、線圈匝數(shù)n n1 1=1100=1100，接在電壓接在電壓220V220V的交流電源上，當它對的交流電源上，當它對11 11只并只并聯(lián)的聯(lián)的“36V“36V，60w”60w”的燈泡供電時，燈泡正的燈泡供電時，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n n2 2=_=_，通過原線圈的電流通過原線圈的電流 I I1 1 =_ =_。1803 A變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為比為n n1 1n n2 21 12 2，電源電壓，電源電壓u u220sin220sintt V V，原線圈電路中接入一熔斷電流，原線圈電路中接入一熔斷電流I

11、 I0 01 A1 A的的保險絲，副線圈中接入一可變電阻保險絲，副線圈中接入一可變電阻R R，如圖所，如圖所示，為了使保險絲不致熔斷，調(diào)節(jié)示，為了使保險絲不致熔斷，調(diào)節(jié)R R時，其阻時，其阻值最低不能小于值最低不能小于( () )C 例例3.3.如圖所示的理想變壓器，原副線圈如圖所示的理想變壓器，原副線圈的匝數(shù)比的匝數(shù)比n n1 1n n2 21 12 2，U U1 1220sin220sintt V V，n n1 111001100匝，以下說法中正確的是匝，以下說法中正確的是( () )BC (2010年高考天津卷年高考天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流

12、的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分電路中分別接了理想交流電壓表別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表和理想交流電流表A1、A2，導(dǎo)線電阻不計，如圖所示當開關(guān)，導(dǎo)線電阻不計，如圖所示當開關(guān)S閉合后閉合后()AA1示數(shù)變大，示數(shù)變大，A1與與A2示數(shù)的比值不變示數(shù)的比值不變BA1示數(shù)變大，示數(shù)變大，A1與與A2示數(shù)的比值變大示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變小，示數(shù)變小，V1與與V2示數(shù)的比值變大示數(shù)的比值變大DV2示數(shù)不變，示數(shù)不變，V1與與V2示數(shù)的比值不變

13、示數(shù)的比值不變ADAVR1R2SA A.U .U 增大、增大、I I 增大、增大、P P1 1 增大增大C C.U .U 減小、減小、I I 減小、減小、P P1 1 減小減小D D.U .U 不變、不變、I I 減小、減小、P P1 1 不變不變B B.U .U 不變、不變、I I 減小、減小、P P1 1 增大增大練練4 4、 如圖所示：理想變壓器的原線圈接高如圖所示：理想變壓器的原線圈接高電壓，變壓后接用電器，線路電阻不計。電壓，變壓后接用電器，線路電阻不計。S S原原來閉合，且來閉合，且R R1 1=R=R2 2，現(xiàn)將現(xiàn)將S S斷開，那么交流電斷開，那么交流電壓表的示數(shù)壓表的示數(shù)U U

14、、交流電流表的示數(shù)、交流電流表的示數(shù)I I 和用電器和用電器上上R R1 1的功率的功率P P1 1將分別是：將分別是： D D 例例5.如圖所示，一臺有兩個副線圈的變壓器，原線圈如圖所示，一臺有兩個副線圈的變壓器，原線圈匝數(shù)匝數(shù)n11100 匝接入電壓匝接入電壓U1220 V的電路中的電路中(1)要求在兩個副線圈上分別得到電壓要求在兩個副線圈上分別得到電壓U26 V，U3110 V，它們的匝數(shù)，它們的匝數(shù)n2，n3分別為多少？分別為多少？(2)若在兩副線圈上分別接上若在兩副線圈上分別接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的兩個用電器，原線圈的輸入電流為多少？的兩個用電器，原線圈的輸

15、入電流為多少？練習(xí)練習(xí)如圖所示，理想變壓器的原線圈接上如圖所示，理想變壓器的原線圈接上220V220V交流電壓，副線圈有交流電壓，副線圈有A A、B B兩組，兩組，A A組接組接44的電阻，的電阻，B B組接規(guī)格為組接規(guī)格為“10V24W10V24W”的燈泡。已知的燈泡。已知A A組的線圈匝數(shù)為組的線圈匝數(shù)為3030匝，兩端電壓為匝，兩端電壓為6V6V，燈泡，燈泡正常發(fā)光，求原線圈的匝數(shù)和電流。正常發(fā)光，求原線圈的匝數(shù)和電流。12122203011006U nnU匝2222U6P9WR4223311I UI U924I0.15AU2201. 1.自耦變壓器自耦變壓器U2U1ABPU1U2n1n

16、2升壓變壓器升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器降壓變壓器問題：有沒有只問題：有沒有只用一組線圈來實用一組線圈來實現(xiàn)變壓的變壓器？現(xiàn)變壓的變壓器？ 自耦變壓器的自耦變壓器的原副線圈共用一原副線圈共用一個線圈個線圈2.2.互感器互感器 A電流互感器電流互感器電壓互感器電壓互感器V 使用時把原線圈與使用時把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)數(shù)多于副線圈匝數(shù) 使用時把原線圈使用時把原線圈與電路串聯(lián)，原線圈與電路串聯(lián)，原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)鉗式電流儀鉗式電流儀一、變壓器的構(gòu)造一、變壓器的構(gòu)造 1 1示意圖示意圖 2 2電路圖中符號電路圖中符號 3 3構(gòu)造：構(gòu)造：二、變壓器的工作原理：