人教版高中物理选修3 2第五章第4节变压器课件

5.4变压器5.4变压器1用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管几万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管十几万伏

但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？

各种用电器的额定电压用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯2形形色色的变压器城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器形形色色的变压器城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型3一、变压器的构造铁芯原线圈副线圈1.构造：（1）闭合铁芯（2）原线圈(初级线圈)（3）副线圈(次级线圈)观察变压器结构一、变压器的构造铁芯原线圈副线圈1.构造：（1）闭合铁芯（42、示意图(1)闭合铁芯

(绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈(初级线圈)

其匝数用n1表示与交变电源相连(3)副线圈(次级线圈)

其匝数用n2表示

与负载相连(4)输入电压U1

输出电压U2一、变压器的构造原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽~2、示意图(1)闭合铁芯(2)原线圈(初级线圈)(3)副线圈53、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？

变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈如何产生电压U2？n1n2n1n2无铁芯有铁芯铁芯与线圈互相绝缘~3、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原6原线圈接交流电在铁芯中产生变化的磁通量副线圈产生感应电动势在铁芯中产生变化的磁通量二、变压器的工作原理——互感现象副线圈有交流电原线圈产生感应电动势n2U2U1×n1～原线圈在铁芯中副线圈在铁芯中二、变压器的工作原理——互感现象7——互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能

(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽

0ett1t2t3t4若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0转化转化——互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：二81.实际中的变压器：线圈有电阻、铁芯内产生涡流、铁芯导磁过程存在“漏磁”等原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽三、理想变压器~1.实际中的变压器：原线圈副线圈铁芯U1U2n1n2∽三92.理想变压器建立模型变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它损耗的情况下，称为理想变压器。理想变压器特点：（1）变压器铁芯内无漏磁；（2）原、副线圈不计内阻；（3）忽略铁芯产生的热量。磁通量全部集中在铁心内P入＝P出理想变压器原、副线圈电阻都为零n2U2U1×n1～2.理想变压器建立模型变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它损耗的10（一）功率关系理想变压器无能量损失，所以输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时，输入功率等于副线圈上输出功率之和．（二）频率关系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中激发出同频率的交流电．四、理想变压器的规律P入=P出（一）功率关系四、理想变压器的规律P入=P出11因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以理想变压器原副线圈中的磁通量，磁通量的变化量、磁通量的变化率都相同。1

理论条件三、电压关系原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以理想变压器原副线圈中的磁通12I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/t则E1/n1=E2/n2若不考虑原副线圈的内阻则U1=E1；U2=E2

即：U1/U2=n1/n22.推导过程I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：131、n2

>n1

U2>U1——升压变压器2、n2<n1

U2<U1——降压变压器注：此公式无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。3.结论：理想变压器原副线圈的电压跟它们的匝数成正比1、n2>n1U2>U1——升压变压器2、n214理想变压器输入功率等于输出功率即:

U1I1=U2I2P入=P出理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比此公式只适用于一个副线圈的变压器（四）电流关系.理想变压器输入功率等于输出功率即:U1I1=U2I2P15（五）有多个副线圈的理想变压器的问题一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，根据变压器的工作原理可得：n3n2n11.电压2.功率P入=P出3.电流或由（五）有多个副线圈的理想变压器的问题一个原线圈多个副线圈的理161．

输入电压U1取决于输入电源而与输出电压及负载、

匝数比无关,而输出电压U2由输入电压U1匝数比决定，即U2＝n2U1/n12．当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.而I2又取决于负载以及功率即I2＝U2/R2

I2＝P2/U23.

变压器的输入功率是由输出功率决定的。因理想变压器始终满足输入功率等于输出功率，即变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少。P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；I1I2n1n2U2RU1（六）变压器工作时的动态变化关系I1I2n1n2U2RU1（六）变压器工作时的动态变化关系17U1I1I2n1n2U2R1.输入功率P1由输出功率P2决定输出功率P2由负载决定2.U1由电源决定；3.U2由U1和匝数比决定；

U2＝n2/n1·U14.I2由U2和负载决定；

I2＝U2／R5.I1由I2和匝数比决定；

I1＝n2/n1·I2小结：各量之间的动态关系U1I1I2n1n2U2R1.输入功率P1由输出功率P2决定18（七）几种常用变压器1.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器n1n2U1U2降压变压器问题：有没有只用一组线圈来实现变压的变压器？

自耦变压器的原副线圈共用一个线圈（七）几种常用变压器1.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1192.互感器

A电流互感器电压互感器V

使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数2.互感器A电流互感器电压互感器V使用时把原线圈与20课堂互动讲练对变压器原理的理解例1图5－4－3BC课堂互动讲练对变压器原理的理解例1图5－4－3BC21即时应用

1．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大而增大B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零AB即时应用AB22【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，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，图中电流表A1的示数12mA，则电流表A2的示数为————（）A．3mAB．0C．48mAD．与负载R的值有关解析：变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电流和恒定电压的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。

变压器基本规律的应用【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，当导23U1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A即时应用

一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V，60w”的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数n2=_____，通过原线圈的电流I1=______。U1U2=n1n222036=1100n2n2=18018024变式训练1

(2011年高考浙江理综卷)如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314tV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能是(

)A．2.0V

B．9.0V C．12.7VD．144.0VA变式训练1(2011年高考浙江理综卷)如图所示，在铁芯上、25CC26

如图所示有一理想变压器，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R1和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，各电表的示数变化情况是(

)A．电流表A1示数变大B．电流表A2示数变小C．电压表V1示数变小D．电压表V1示数变大A变压器的动态分析如图所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上27重要题型的方法与技巧：由负载变化引起变压器电压、电流变化的判断方法：1、由U1/U2=n1/n2，判断U2变化情况2、判断负载电阻变化的情况3、由欧姆定律确定副线圈中电流I2的变化情况4、最后由P出=P入判断原线圈中电流I1的变化情况重要题型的方法与技巧：由负载变化引起变压器电压、电流变化的判28例.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图．问（1）电路正常工作时，b线圈是没有电流的，原因是什么？（2）如果站在地上的人不小心接触火线时，b线圈为什么会产生感应电流？例.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保29解析发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的a侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联起来，220V交变电流在MNO、GRK与发电厂之间流过；铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，b线圈没有电流，J保持导通状态，当漏电时，b线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器J切断用电器的电路，从而防止事故的发生．解析发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构和变压器30答案（1）电流互感器a侧两线圈完全相同，流过两线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消，b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流．（2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，a侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流”在铁芯中产生变化的“剩余磁通”，b侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流．答案（1）电流互感器a侧两线圈完全相同，流过两线圈的电流31练习.如图是4种亮度可调的台灯的电路的示意图，它们所用的灯泡相同，且都是“220V40W”，当灯泡消耗的功率都调至20W时，哪种台灯消耗的功率最小？解析理想变压器的输入功率等于输出功率，在变压器上是没有功率损失的，所以含有变压器的台灯消耗功率就等于灯泡消耗的功率．而其余三种电路中有另外的变阻器，除灯泡消耗功率外，在变阻器上有额外的功率损失．答案C练习.如图是4种亮度可调的台灯的电路的示意图，它们所用的灯泡325.4变压器5.4变压器33用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管几万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管十几万伏

但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？

各种用电器的额定电压用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯34形形色色的变压器城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器形形色色的变压器城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型35一、变压器的构造铁芯原线圈副线圈1.构造：（1）闭合铁芯（2）原线圈(初级线圈)（3）副线圈(次级线圈)观察变压器结构一、变压器的构造铁芯原线圈副线圈1.构造：（1）闭合铁芯（362、示意图(1)闭合铁芯

(绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈(初级线圈)

其匝数用n1表示与交变电源相连(3)副线圈(次级线圈)

其匝数用n2表示

与负载相连(4)输入电压U1

输出电压U2一、变压器的构造原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽~2、示意图(1)闭合铁芯(2)原线圈(初级线圈)(3)副线圈373、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？

变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈如何产生电压U2？n1n2n1n2无铁芯有铁芯铁芯与线圈互相绝缘~3、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原38原线圈接交流电在铁芯中产生变化的磁通量副线圈产生感应电动势在铁芯中产生变化的磁通量二、变压器的工作原理——互感现象副线圈有交流电原线圈产生感应电动势n2U2U1×n1～原线圈在铁芯中副线圈在铁芯中二、变压器的工作原理——互感现象39——互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能

(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽

0ett1t2t3t4若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0转化转化——互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：二401.实际中的变压器：线圈有电阻、铁芯内产生涡流、铁芯导磁过程存在“漏磁”等原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽三、理想变压器~1.实际中的变压器：原线圈副线圈铁芯U1U2n1n2∽三412.理想变压器建立模型变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它损耗的情况下，称为理想变压器。理想变压器特点：（1）变压器铁芯内无漏磁；（2）原、副线圈不计内阻；（3）忽略铁芯产生的热量。磁通量全部集中在铁心内P入＝P出理想变压器原、副线圈电阻都为零n2U2U1×n1～2.理想变压器建立模型变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它损耗的42（一）功率关系理想变压器无能量损失，所以输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时，输入功率等于副线圈上输出功率之和．（二）频率关系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中激发出同频率的交流电．四、理想变压器的规律P入=P出（一）功率关系四、理想变压器的规律P入=P出43因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以理想变压器原副线圈中的磁通量，磁通量的变化量、磁通量的变化率都相同。1

理论条件三、电压关系原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以理想变压器原副线圈中的磁通44I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/t则E1/n1=E2/n2若不考虑原副线圈的内阻则U1=E1；U2=E2

即：U1/U2=n1/n22.推导过程I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：451、n2

>n1

U2>U1——升压变压器2、n2<n1

U2<U1——降压变压器注：此公式无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。3.结论：理想变压器原副线圈的电压跟它们的匝数成正比1、n2>n1U2>U1——升压变压器2、n246理想变压器输入功率等于输出功率即:

U1I1=U2I2P入=P出理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比此公式只适用于一个副线圈的变压器（四）电流关系.理想变压器输入功率等于输出功率即:U1I1=U2I2P47（五）有多个副线圈的理想变压器的问题一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，根据变压器的工作原理可得：n3n2n11.电压2.功率P入=P出3.电流或由（五）有多个副线圈的理想变压器的问题一个原线圈多个副线圈的理481．

输入电压U1取决于输入电源而与输出电压及负载、

匝数比无关,而输出电压U2由输入电压U1匝数比决定，即U2＝n2U1/n12．当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.而I2又取决于负载以及功率即I2＝U2/R2

I2＝P2/U23.

变压器的输入功率是由输出功率决定的。因理想变压器始终满足输入功率等于输出功率，即变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少。P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；I1I2n1n2U2RU1（六）变压器工作时的动态变化关系I1I2n1n2U2RU1（六）变压器工作时的动态变化关系49U1I1I2n1n2U2R1.输入功率P1由输出功率P2决定输出功率P2由负载决定2.U1由电源决定；3.U2由U1和匝数比决定；

U2＝n2/n1·U14.I2由U2和负载决定；

I2＝U2／R5.I1由I2和匝数比决定；

I1＝n2/n1·I2小结：各量之间的动态关系U1I1I2n1n2U2R1.输入功率P1由输出功率P2决定50（七）几种常用变压器1.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器n1n2U1U2降压变压器问题：有没有只用一组线圈来实现变压的变压器？

自耦变压器的原副线圈共用一个线圈（七）几种常用变压器1.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1512.互感器

A电流互感器电压互感器V

使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数2.互感器A电流互感器电压互感器V使用时把原线圈与52课堂互动讲练对变压器原理的理解例1图5－4－3BC课堂互动讲练对变压器原理的理解例1图5－4－3BC53即时应用

1．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大而增大B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零AB即时应用AB54【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，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，图中电流表A1的示数12mA，则电流表A2的示数为————（）A．3mAB．0C．48mAD．与负载R的值有关解析：变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电流和恒定电压的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。

变压器基本规律的应用【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，当导55U1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A即时应用

一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V，60w”的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数n2=_____，通过原线圈的电流I1=______。U1U2=n1n222036=1100n2n2=18018056变式训练1

(2011年高考浙江理综卷)如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314tV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能是(

)A．2.0V

B．9.0V C．12.7VD．144.0VA变式训练1(2011年高考浙江理综卷)如图所示，在铁芯上、57CC58

如图所示有一理想变压器，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R1和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R