高中物理选修《变压器》

关于高中物理选修《变压器》第1页，共32页，2023年，2月20日，星期日

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？

变压器就是改变交流电压的设备第2页，共32页，2023年，2月20日，星期日几种常见的变压器第3页，共32页，2023年，2月20日，星期日一、变压器的构造1.示意图

U1U2

∽n1n2∽原线圈副线圈铁芯2.构造：（1）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）（2）原线圈（初级线圈）：跟电源相连，用绝缘线绕成的,其匝数用n1表示（3）副线圈（次级线圈）：副线圈（次级线圈）：跟负载相连，用绝缘线绕成的,其匝数用n2表示闭合铁芯是由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成。（4）输入电压：U1;输出电压：U2.注意：线圈必须绕在铁芯上，铁芯必须是闭合的。第4页，共32页，2023年，2月20日，星期日3.电路图中符号n1n2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，副线圈电压U2是怎样产生的？铁芯与线圈互相绝缘

U1U2

∽n1n2∽第5页，共32页，2023年，2月20日，星期日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副线圈中如有电流在铁芯中产生变化的磁通量原线圈产生感应电动势二、变压器的工作原理——互感互感现象是变压器工作的基础∽

U1U2n1n2∽若给原线圈接直流电压，U副线圈电压U2

=？第6页，共32页，2023年，2月20日，星期日

如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是物理学中又一种理想化模型。理想变压器

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97%~99%，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有问题的。第7页，共32页，2023年，2月20日，星期日实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。

次数12345U1U2V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验第8页，共32页，2023年，2月20日，星期日三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：原线圈回路有：E1=U1

+I1r1≈U1

则U1=E1副线圈回路有：

E2=U2

+I2r2≈U2则U2=E2若不考虑原副线圈的内阻，则U1=E1；U2=E2则：第9页，共32页，2023年，2月20日，星期日理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比n2>n1U2>U1-----升压变压器n2<n1U2<U1-----降压变压器第10页，共32页，2023年，2月20日，星期日四、理想变压器的变流规律问题：原副线圈的电流可能满足何规律？1.理想变压器输出功率应等于输入功率即:U1I1=U2I2P出=P入第11页，共32页，2023年，2月20日，星期日2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。此公式只适用于一个副线圈的变压器第12页，共32页，2023年，2月20日，星期日U1I1I2n1n2U2R输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系1.输入功率P1由输出功率P2决定；P1＝P22.U1由电源决定；3.U2由U1和匝数比决定；

4.I2由U2和负载决定；I2＝U2／R5.I1由I2和匝数比决定；

第13页，共32页，2023年，2月20日，星期日【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。

第14页，共32页，2023年，2月20日，星期日【例2】一理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，如图所示。（1）当原线圈接在44V直流电源电源上时，电压表示数为________V,电流表示数为______A.（2）当原线圈接在220V交变电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为_______A,此时输入功率为_______W.00440.4419.36第15页，共32页，2023年，2月20日，星期日U1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A练习1.一理想变压器，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=______。第16页，共32页，2023年，2月20日，星期日AV~R1R2SA.U增大、I增大、PR1增大C.U减小、I减小、PR1减小D.U不变、I减小、PR1不变B.U不变、I减小、PR1

增大

练习3、如图所示：理想变压器的原线圈接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。S原来闭合，且R1=R2，现将S断开，那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I和用电器上R1的功率PR1将分别（）D

思考：变压器输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系是怎样的？第17页，共32页，2023年，2月20日，星期日五、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第18页，共32页，2023年，2月20日，星期日2.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第19页，共32页，2023年，2月20日，星期日例4.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？第20页，共32页，2023年，2月20日，星期日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．第21页，共32页，2023年，2月20日，星期日答案（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．第22页，共32页，2023年，2月20日，星期日六、解决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：第23页，共32页，2023年，2月20日，星期日第24页，共32页，2023年，2月20日，星期日【例5】一台理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝，两个副线圈的匝数分别是n2＝60匝，n3＝600匝。若通过两个副线圈中的电流分别为I2＝1A，I3＝4A，求原线圈中的电流。

解析：对于理想变压器，输入功率与输出功率相等，则有I1n1＝I2n2＋I3n3I1＝（I2n2＋I3n3）／n1＝（1×60＋4×600）／1100＝2.24A第25页，共32页，2023年，2月20日，星期日例6、如图所示：理想变压器的交流输入电压U1=220V，有两组副线圈，其中n2=36匝，标有“6V，9W”、“12V，12W”的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：（1）原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数n3.（2）原线圈的电流I1。n3n2n1解：（1）由于两灯均正常发光，所以有：U2=6V，U3=12V 根据原、副线圈电压与匝数的关系，有：U1/U2=n1/n2n1=U1n2/U2=1320匝。U3/U2=n3/n2，n3=U3n2/U2=72匝。（2）根据能量守恒，有P入=P出。即I1U1=P2+P3，则I1=（P2+P3）/U1=0.095A第26页，共32页，2023年，2月20日，星期日〖练习4〗如图所示，理想变压器的原线圈接上220V交流电压，副线圈有A、B两组，A组接4Ω的电阻，B组接规格为“10V24W”的灯泡。已知A组的线圈匝数为30匝，两端电压为6V，灯泡正常发光，求原线圈的匝数和电流。第27页，共32页，2023年，2月20日，星期日【例7】在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕在如图所示变压器左右两臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中部的臂，已知线圈的匝数之比n1:n2＝2：1.在不接负载的情况下，则----------（）A．当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为110VB．当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为55VC．当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为220VD．当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为110V第28页，共32页，2023年，2月20日，星期日

解析：当线圈1接220V的交流电压时，设穿过线圈1的磁通量为Ф，根据题意则穿过线圈2的磁通量为Ф／2.设线圈1、2的匝数分别为2n、n，则：220＝2n·ΔФ／ΔtU2＝n·ΔФ／Δt×1／2两式相比得U2＝55V

当线圈2接110V的交流电压时，设穿过线圈2的磁通量为Ф’，根据题意则穿过线圈1的磁通量为Ф’／2.110＝n·ΔФ’／ΔtU1’＝2n·ΔФ’／Δt×1／2两式相比得