高中物理选修3-2 第五章交流电-4.变压器(课件)(共70张PPT).ppt

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3A组能力训练题12345678910111213141516B组能力训练题1234567891011121314,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220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10V，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220V电压升高到1万伏以上属升压变压器；复读机的变压器将220V电压降到6V，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/n1U3=n3U1/n1U4=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，P1P2BP1P2，I1I2，CI1I2，U1U2DP1P2，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4:1B.该变压器是升压变压器，线圈匝数比为1:4C.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：,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，消耗的功率为0.5P，则变压器原、副线圈的匝数比为（）A.10:1B.14.1:1C.17.3:1D.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3:1B、伏特表V1与V2的示数之比为3:1C、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6V的电池上，则副线圈两端电压为（）A.36VB.6VC.1VD.0V,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.0.5AB.5AC.0.5mAD.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36VB原、副线圈中电流之比为55：9C变压器输入、输出功率之比为55：9D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1：1，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10kV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（）A5A，250V，50kWB5A、10kV，50kWC200A，250V，50kWD200A，10kV，2103kW,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=I2n2/n1=5A；,由U2/U1=n2/n1，,输出电压为U2=U1n2/n1=250V；,输入功率为P1=I1U1=5A10kV=50kW，,A组能力训练题11,11如图所示，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,60W”灯泡一只，且灯泡正常发光。则()A.电流表的示数为AB.电源输出功率为1200WC.电流表的示数为AD.原线圈端电压为11V,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220V,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（）A1100,360B1100，180C2200,180D2200,360,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（）A.原、副线圈的匝数比为50:1B.交变电压的频率为100HZC.副线圈中电流的有效值为4AD.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，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5.3AB.380V和9.1AC.240V和5.3AD.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220V交变电流改变为110V.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（）A1:2B2:1C2:3D3:2,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.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14.1mAB.副线圈两端电压4400V，副线圈中的电流10.0mAC.I1I2,BD,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/440k=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,BC,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,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,100Hz，则下述结论正确的是()A.副线圈中电压表的读数为55VB.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0.5AD.原线圈中的输入功率为,AC,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。,0.625I0,解见下页,U1:U2:U3=n1:n2:n3=4:2:1，,解：,由理想变压器的电压关系,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=0.625I0,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,由欧姆定律可知：,UA=I1R,UB=U2=I2R,联立式，得,UB=2U/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,BC,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I1U1=I2U2,当I2=12mA时，I1即为熔断电流代入数据,得,I1=0.98A,(2)设副线圈中电流为I2=10mA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=I2U2,代入数据，得P1=180W,解：,B组能力训练题12