高中物理選修3-2精品：5.4《變壓器》最新版本

1、整理ppt15.4變壓器整理ppt2變壓器整理ppt3照明燈電壓照明燈電壓-220220伏伏機(jī)床上照明燈機(jī)床上照明燈-3636伏伏半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過1010伏伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓大型發(fā)電機(jī)交流電壓-幾萬伏幾萬伏遠(yuǎn)距離輸電遠(yuǎn)距離輸電-幾十萬伏幾十萬伏電視機(jī)顯像管卻需要電視機(jī)顯像管卻需要10000V10000V以上電壓以上電壓交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要變壓器就是改變變壓器就是改變交流交流電壓的設(shè)備電壓的設(shè)備整理ppt4幾種常見的變壓器整理ppt5一、變壓器的構(gòu)造一、變壓器的構(gòu)造1.1.示意圖示意圖 U1U2 n1n

2、2原原線線圈圈副副線線圈圈鐵鐵芯芯2.2.構(gòu)造：構(gòu)造：（1 1）閉合鐵芯）閉合鐵芯 （絕（絕緣硅鋼片疊合而成）緣硅鋼片疊合而成）（2 2）原線圈（初級線）原線圈（初級線圈）：其匝數(shù)用圈）：其匝數(shù)用n n1 1表示表示（3 3）副線圈（次級線）副線圈（次級線圈）：其匝數(shù)用圈）：其匝數(shù)用n n2 2表示表示（4 4）輸入電壓：）輸入電壓：U U1 1; ; 輸出電壓：輸出電壓：U U2 2. .整理ppt63.3.電路圖中符號電路圖中符號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

3、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整理ppt7二、變壓器的工作原理二、變壓器的工作原理-互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象 變壓器通過閉合變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（實(shí)現(xiàn)了電能（U U1 1、I I1 1）到磁場能（變化的磁到磁場能（變化的磁場）再到電能（場）再到電能（ U U2 2、I I2 2）轉(zhuǎn)化。）轉(zhuǎn)化。原原線線圈圈副副線線圈圈鐵芯鐵芯 U1U2n1n2互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電交變電流流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。而發(fā)

4、生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。若給原線圈接若給原線圈接直流電壓直流電壓U,U,副線圈電壓副線圈電壓U U2 2= = ？整理ppt8閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能-磁場能磁場能-電能的轉(zhuǎn)電能的轉(zhuǎn)換，由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通換，由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種理想化模型一種理想化模型-理想變壓器理想變壓器。下面我們定下面我們定量分析理想量分析理想變壓器的變變壓器的變壓規(guī)律。壓規(guī)律。無磁損無磁損無銅損無銅損無鐵損無鐵損理理想想變變壓壓器器

5、整理ppt9實(shí)驗(yàn)結(jié)論：原副線圈兩端電壓之比等于原副線圈兩端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。這兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。 次數(shù)次數(shù)12345U1U2V1V2研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)整理ppt10三、理想變壓器的變壓規(guī)律三、理想變壓器的變壓規(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(dòng)勢分別是：動(dòng)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

6、=E=E1 1副線圈回路有：副線圈回路有： E E2 2=U=U2 2 +I+I2 2r r2 2 UU2 2則則U U2 2=E=E2 2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U U1 1=E=E1 1；U U2 2=E=E2 2則：則：U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2 整理ppt11理想變壓器原副線圈的理想變壓器原副線圈的端電壓之比端電壓之比等于等于這兩個(gè)線圈的這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比匝數(shù)之比n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -升壓變壓器升壓變壓器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降壓變壓器降壓變壓器U U1

7、 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2整理ppt12四、理想變壓器的變流規(guī)律四、理想變壓器的變流規(guī)律問題：問題：原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？1.1.理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ I/ I 2 2= U= U2 2 / / U U1 1= n= n2 2 / / n n1 1P P入入= = P P出出整理ppt132.2.理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比數(shù)成反比I I 1 1/ I / I 2

8、2= n= n2 2 / n/ n1 1 變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。的導(dǎo)線繞制。 這也是判定高壓線圈和低這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。壓線圈的一種方法。此公式只適用于此公式只適用于一個(gè)副線圈一個(gè)副線圈的變壓器的變壓器整理ppt14U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R 輸入輸出電壓、電流、功率大小之間輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系的因果關(guān)系

9、1.1.輸入功率輸入功率P P1 1由輸出功率由輸出功率P P2 2決定；決定； P1P22.U2.U1 1由電源決定；由電源決定；3.U3.U2 2由由U U1 1和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定； U U2 2n n2 2/n/n1 1UU1 14.I4.I2 2由由U U2 2和負(fù)載決定；和負(fù)載決定； I2U2R5.I5.I1 1由由I I2 2和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定； I I1 1n n2 2/n/n1 1II2 2整理ppt15【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(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向

10、左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，圖中電流做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，圖中電流表表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 C0 C48mA 48mA D D與負(fù)載與負(fù)載R R的值有關(guān)的值有關(guān)整理ppt16解析：變壓器只能工作于交流電路，解析：變壓器只能工作于交流電路，不能工作在恒定電流和恒定電壓的電不能工作在恒定電流和恒定電壓的電路，導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時(shí)，路，導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時(shí)，在線圈在線圈n n1 1中通過的是恒定電流，不能中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈引起穿過線圈n n2 2的磁通量變化，在

11、副的磁通量變化，在副線圈線圈n n2 2上無感應(yīng)電動(dòng)勢出現(xiàn)，所以上無感應(yīng)電動(dòng)勢出現(xiàn)，所以A A2 2中無電流通過。中無電流通過。 整理ppt17【例例2 2】一理想變壓器，其原線圈一理想變壓器，其原線圈22002200匝，匝，副線圈副線圈440440匝，并接一個(gè)匝，并接一個(gè)100100的負(fù)載電阻，的負(fù)載電阻，如圖所示。如圖所示。（1 1）當(dāng)原線圈接在）當(dāng)原線圈接在44V44V直流電源電源上時(shí)，直流電源電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為電壓表示數(shù)為_V,_V,電流表示數(shù)為電流表示數(shù)為_A._A.（2 2）當(dāng)原線圈接在）當(dāng)原線圈接在220V220V交變電源上時(shí)，交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為電壓表示數(shù)為_V_V，

12、電流表示數(shù)為，電流表示數(shù)為_A,_A,此時(shí)輸入功率為此時(shí)輸入功率為_W._W.00440.4419.36整理ppt18U U1 1U U2 2= =n n1 1n n2 22202203636= =11001100n n2 2n n2 2= =180180180U U2 2P P2 2I I2 2= =n n2 2n n1 1I I1 1I I2 218018011116060110011003636= =n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2= =3 3A A解：解：所以：所以：3 A練習(xí)練習(xí)1.1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n n1 1=1100=11

13、00，接在電壓接在電壓220V220V的交流電源上，當(dāng)它對的交流電源上，當(dāng)它對1111只并只并聯(lián)的聯(lián)的“36V36V，60w”60w”的燈泡供電時(shí)，燈泡正常的燈泡供電時(shí)，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n n2 2=_=_，通，通過原線圈的電流過原線圈的電流 I I1 1 =_ =_。整理ppt19練習(xí)練習(xí)2 2、如圖所示，一理想變壓器原、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為副線圈的匝數(shù)比為n n1 1：n n2 2=3=3：1 1，有四只，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡相同的燈泡連入電路中，若燈泡L L2 2、L L3 3、L L4 4均能正常發(fā)光，則燈

14、泡均能正常發(fā)光，則燈泡L L1 1（ ）A A、也能正常發(fā)光、也能正常發(fā)光B B、較另三個(gè)燈暗些、較另三個(gè)燈暗些C C、將會燒壞、將會燒壞D D、不能確定、不能確定1n2n1L3L4L1U1L2A整理ppt20五、幾種常用變壓器五、幾種常用變壓器1.1.自耦變壓器自耦變壓器U2U1ABPU1U2n1n2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(shí)用一組線圈來實(shí)現(xiàn)變壓的變壓器？現(xiàn)變壓的變壓器？ 自耦變壓器自耦變壓器的原副線圈共用的原副線圈共用一個(gè)線圈一個(gè)線圈整理ppt212.2.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

15、時(shí)把原線圈使用時(shí)把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)匝數(shù)多于副線圈匝數(shù) 使用時(shí)把原線圈使用時(shí)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)整理ppt22例例3.3.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a a）所示。）所示。圖（圖（a a）中電流表的讀數(shù)為）中電流表的讀數(shù)為1.2A 1.2A 圖（圖（b b）中用同）中用同一電纜線繞了一電纜線繞了3 3匝，則匝，則 ( ( ) ) A.A.這種電流表能測直流的讀數(shù)為這種電流表能測直流的讀數(shù)為2.4A2.4AB.B.這種電流表能測交流電流，這種電流表能測交流電流，圖（圖

16、（b b）的讀數(shù)為）的讀數(shù)為0.4A0.4AC.C.這種電流表能測交流電流，這種電流表能測交流電流，圖（圖（b b ) )的讀數(shù)為的讀數(shù)為3.6A3.6AD.D.這種電流表既能測直流這種電流表既能測直流電流，又能測交流電流，電流，又能測交流電流，圖圖 （b b）的讀數(shù)為）的讀數(shù)為3.6A 3.6A 圖（圖（a）A鐵鐵芯芯圖（圖（b）C整理ppt23例例4.4.為了保證用電安全，家庭居室的室內(nèi)電路為了保證用電安全，家庭居室的室內(nèi)電路前端一般都安裝漏電保護(hù)開關(guān)，如圖所示是保前端一般都安裝漏電保護(hù)開關(guān)，如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡圖護(hù)開關(guān)的電路原理簡圖 問：（問：（1 1）電路正常工作時(shí)，）電路正

17、常工作時(shí)，b b線圈是沒有電線圈是沒有電流的，原因是什么？流的，原因是什么？（2 2）如果站在地上的人不小心接觸火線時(shí)，）如果站在地上的人不小心接觸火線時(shí)，b b線圈為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流？線圈為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流？整理ppt24答案答案 （1 1）電流互感器）電流互感器a a側(cè)兩線圈完全相同，側(cè)兩線圈完全相同，流過兩線圈的電流大小相等，方向相反，它們流過兩線圈的電流大小相等，方向相反，它們產(chǎn)生的磁場相互抵消，產(chǎn)生的磁場相互抵消，b b側(cè)線圈磁通量總為零側(cè)線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流而不變，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流（2 2）火線的電流有一部分流經(jīng)人體，經(jīng)大地流）火線的電流有一部分流經(jīng)

18、人體，經(jīng)大地流回發(fā)電廠，回發(fā)電廠，a a側(cè)兩線圈電流大小不等，產(chǎn)生側(cè)兩線圈電流大小不等，產(chǎn)生“剩剩余電流余電流”在鐵芯中產(chǎn)生變化的在鐵芯中產(chǎn)生變化的“剩余磁通剩余磁通”，b b側(cè)線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電側(cè)線圈中磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流流整理ppt25練習(xí)練習(xí)3.3.（19991999全國卷）如圖是全國卷）如圖是4 4種亮度可種亮度可調(diào)的臺燈的電路的示意圖，它們所用的燈調(diào)的臺燈的電路的示意圖，它們所用的燈泡相同，且都是泡相同，且都是“220V 40W”220V 40W”，當(dāng)燈泡消，當(dāng)燈泡消耗的功率都調(diào)至耗的功率都調(diào)至20W20W時(shí)，哪種臺燈消耗的時(shí)，哪種臺燈消耗的功率最小

19、？功率最小？答案答案 C C整理ppt26解析解析 理想變壓器的輸入功率等于輸理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，在變壓器上是沒有功率損失出功率，在變壓器上是沒有功率損失的，所以含有變壓器的臺燈消耗功率的，所以含有變壓器的臺燈消耗功率就等于燈泡消耗的功率而其余三種就等于燈泡消耗的功率而其余三種電路中有另外的變阻器，除燈泡消耗電路中有另外的變阻器，除燈泡消耗功率外，在變阻器上有額外的功率損功率外，在變阻器上有額外的功率損失失整理ppt27六、解決有多個(gè)副線圈的理想變壓器的問題六、解決有多個(gè)副線圈的理想變壓器的問題 一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器，原一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)為線

20、圈匝數(shù)為n n1 1，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n n2 2和和n n3 3，相應(yīng)的電壓分別為相應(yīng)的電壓分別為U U1 1、U U2 2和和U U3 3，相應(yīng)的電流分別，相應(yīng)的電流分別為為I I1 1、I I2 2和和I I3 3，根據(jù)變壓器的工作原理可得：，根據(jù)變壓器的工作原理可得： 11221UnUn 11332UnUn12由 （） （） 式 得 ：2233U(3)Unn整理ppt28PP入出根據(jù)得112233I UI UI U -4（ ）134將（ ）（ ）式代入（ ）式得3112223222I UnnI UI Unn112233I nI nI n整理ppt29【例例

21、5 5】一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)n n1 111001100匝，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是匝，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600匝。若通過兩個(gè)副線圈中的電匝。若通過兩個(gè)副線圈中的電流分別為流分別為I I2 21A1A，I I3 34A4A，求原線圈中的，求原線圈中的電流。電流。 解析：對于理想變壓器，輸入功率解析：對于理想變壓器，輸入功率與輸出功率相等，則有與輸出功率相等，則有I I1 1n n1 1I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3I I1 1（I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3）n n1 1（1 160

22、604 4600600）110011002.24A2.24A整理ppt30例例6 6、如圖所示：理想變壓器的交流輸入、如圖所示：理想變壓器的交流輸入電壓電壓U U1 1=220V=220V，有兩組副線圈，其中，有兩組副線圈，其中n n2 2=36=36匝，標(biāo)有匝，標(biāo)有“6V6V，9W”9W”、“12V12V，12W”12W”的燈的燈泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：（1 1）原線圈的匝數(shù)為）原線圈的匝數(shù)為n n1 1和另一副線圈的匝和另一副線圈的匝數(shù)數(shù)n n3 3. .（2 2）原線圈的電流）原線圈的電流I I1 1。n3n2n1整理ppt31解：（解：（1 1）由于兩燈均正常發(fā)光，）