高中物理 变压器

1、人教版选修2-1 第四章 第二节 用电器用电器额定工作电压额定工作电压用电器用电器额定工作电压额定工作电压随身听随身听3V机床上的照明灯机床上的照明灯36V扫描仪扫描仪12V防身器防身器3000V手机充电器手机充电器4.2V 4.4V 5.3V黑白电视机显像管黑白电视机显像管12万伏万伏录音机录音机6V 9V 12V彩色电视机显像管彩色电视机显像管34万伏万伏 在在需改变电压，以适应各种不同电压的需要。需改变电压，以适应各种不同电压的需要。变压器变压器变压器变压器就是就是改变改变交流交流电压电压的设备的设备在输电过程中，电压必须进行调整。在输电过程中，电压必须进行调整。城乡变压器城乡变压器各式

2、变压器各式变压器可拆式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器变电站的大型变压器观察变压器结构2.2.示意图示意图铁芯铁芯原线圈原线圈副线圈副线圈3.3.电路图中符号电路图中符号铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘n1n21.1.构造：构造：（1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （2 2）原线圈）原线圈( (初级线圈初级线圈) )（3 3）副线圈）副线圈( (次级线圈次级线圈) ) 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈上，一个线圈连到交流电源连到交流电源的两端，另一个线圈连到小的两端，另一个线圈连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗？说出你的道理。灯泡上

3、。小灯泡可能发光吗？说出你的道理。 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了： 电能电能 磁场能磁场能 电能电能转化转化(U1、I1) (变化的磁场变化的磁场) ( U2、I2)思考思考: :若给原线圈接直流电压若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压副线圈电压U2?=0 故变压器只有工作在交流电路中。（原线故变压器只有工作在交流电路中。（原线圈接的电流、电压要变，才会有互感现象，圈接的电流、电压要变，才会有互感现象，变压器才可以起到变压作用。）变压器才可以起到变压作用。） 因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所 以原副线圈中的以原副

4、线圈中的磁通量磁通量，磁通量的变磁通量的变 化量化量 、磁通量的变化率磁通量的变化率都相同。都相同。无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理想变压器的特点：没有能量损失的变压器没有能量损失的变压器 实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%97%99%99%，所以理论研究时我们把它当成，所以理论研究时我们把它当成100%100%（理想（理想变压器）是没有问题的。变压器）是没有问题的。 理想变压器也是一个理想化模型。 请根据互感原理推导变压器原、副线请根据互感

5、原理推导变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。圈的电压与匝数的关系。理论推导I1I2n1n2U1U2根据法拉第电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律得：原、副线圈中产生的得：原、副线圈中产生的感应电动势分别是：感应电动势分别是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t t若不考虑原副线圈的内阻有若不考虑原副线圈的内阻有 U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 2121nnUU2121nnEE1、n2 n1 U2U1升压升压变压器变压器2、n2 n1 U2 U1降压降压变压器变压器注：此公式无论副线圈一端是空载还注：此公式无论副线圈一端是空载还是有负

6、载，都是适用的。是有负载，都是适用的。2121nnUU 理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电压电压跟它们跟它们的的匝数匝数成成正比正比理想变压器输入功率等于输出功率理想变压器输入功率等于输出功率即即: : 121221nnUUII理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电流电流跟它们跟它们的的匝数匝数成成反比反比功率关系功率关系理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率当副线圈为断路时，入功率等于输出功率当副线圈为断路时，原线圈输入功率为零对有多个副线圈输出原线圈输入功率为零对有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和时，输入

7、功率等于副线圈上输出功率之和频率关系频率关系变压器不能改变交变电流的频率变压器不能改变交变电流的频率在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电中激发出同频率的交流电变压器工作时的制约关系变压器工作时的制约关系1电压制约电压制约当变压器原、副线圈的当变压器原、副线圈的匝数比匝数比(n1/n2)一定时，一定时，输出电压输出电压U2由输入电压由输入电压U1决定，决定，即即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，一定，且输入电压且输入电压U1确定时，确定时，原线圈中的电流原线圈

8、中的电流I1由由副线圈中的输出电流副线圈中的输出电流I2决定，即决定，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；(3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率，多少，因而输出功率决定输入功率，P1P2；即即变压器的输入功率是由输出功率

9、决定的变压器的输入功率是由输出功率决定的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电阻变化而变化的情况，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而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1.特别提醒：理想变压器的副线圈可看做给用户供特别提醒：理想变压器的副线圈可看做给用户供电的无阻电源，对负载电

10、路进行动态分析时，可电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法以参照直流电路动态分析的方法即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1对理想变压器，下列说法中正确的是对理想变压器，下列说法中正确的是()A原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大大而增大B原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大而增大C原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化变化D当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零当副线圈的电流为零时，原线圈的

11、电压也为零AB课堂互动讲练课堂互动讲练对变压器原理的理解对变压器原理的理解图图543BC变式训练变式训练1如图如图544所示，在铁芯上、下分所示，在铁芯上、下分别绕有匝数别绕有匝数n1800和和n2200的两个线圈，上线的两个线圈，上线圈两端与圈两端与u51sin 314t V的交流电源相连，将下的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是能是()A2.0 VB9.0 VC12.7 V D144.0 V图图544A解析解析： 选选 A.由由U1n1U2n2得得 U2n2U1n1， 其中其中 U1512V，得得 U2514 2V9.

12、0 V， 因此题中两线圈并非处于理因此题中两线圈并非处于理想状态想状态，会出现漏磁会出现漏磁，所以交流电压表的读数小所以交流电压表的读数小于于9.0 V，故选项，故选项 A 正确正确 如图如图545所示，一台有两个副线圈的变压器，所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数原线圈匝数n11100 匝接入电压匝接入电压U1220 V的电路的电路中中(1)要求在两个副线圈上分别得到电压要求在两个副线圈上分别得到电压U26 V，U3110 V，它们的匝数，它们的匝数n2，n3分别为多少？分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的两个用电

13、器，原线圈的输入电流为多少？的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？变压器基本规律的应用变压器基本规律的应用图图545【思路点拨】【思路点拨】解题时应特别把握以下两点：解题时应特别把握以下两点：(1)原、副线圈的电压与匝数的关系原、副线圈的电压与匝数的关系(2)根据原、副线圈的功率关系确定电流关系根据原、副线圈的功率关系确定电流关系【答案】【答案】(1)30 匝匝550匝匝(2)0.36 A【规律总结】对于理想变压器来说，【规律总结】对于理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是变压公式和输入功率等于输出功率是普通适用的规律，但对于有几个副线普通适用的规律，但对于有几个副线圈的理想变压器，

14、电流公式就不能使圈的理想变压器，电流公式就不能使用了用了图图546C变压器的动态分析变压器的动态分析 为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电电路中分别接了理想交流电压表压表V1、V2和理想交流电流表和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，导线电阻不计，如图如图547所示当开关所示当开关S闭合后闭合后()图图547AA1示数变大，示数变大，A1与与A2示数的比值不变示数的比值不变BA

15、1示数变大，示数变大，A1与与A2示数的比值变大示数的比值变大CV2示数变小，示数变小，V1与与V2示数的比值变大示数的比值变大DV2示数不变，示数不变，V1与与V2示数的比值不变示数的比值不变AD【规律总结】【规律总结】处理这类问题的关键是要分清变处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，制约关系，在理想变压器中，U2由由U1和匝数比和匝数比决定；决定；I2由由U2和负载电阻决定和负载电阻决定I1由由I2和匝数比和匝数比决定决定变式训练变式训练3(2011年嘉兴高二检测年嘉兴高二检测)如图如图548所所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上，副线圈电路中接入电阻流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻电阻R2时，各电表的示数变化情况是时，各电表的示数变化情况是()A电流表电流表A1示数变大示数变大 B电流表电流表A2示数变小示数变小C电压表电压表V1示数变小示数变小 D电压表电压表V1示数变大示数