2023學(xué)年完整公開課版變壓器上課

二、變壓器教室照明燈電壓------220伏機(jī)床上照明燈------36伏半導(dǎo)體收音機(jī)電源電壓不超過(guò)10伏大型發(fā)電機(jī)交流電壓------幾萬(wàn)伏遠(yuǎn)距離輸電------幾十萬(wàn)伏電視機(jī)顯像管卻需要10000V以上電壓交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同的需要變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備幾種常見的變壓器城鄉(xiāng)變壓器學(xué)生收集的各式變壓器變電所的大型變壓器可拆式變壓器一、變壓器的構(gòu)造1.示意圖

U1U2

∽n1n2∽原線圈副線圈鐵芯2.構(gòu)造：（1）閉合鐵芯（絕緣硅鋼片疊合而成）（2）原線圈（初級(jí)線圈）：其匝數(shù)用n1表示（3）副線圈（次級(jí)線圈）：其匝數(shù)用n2表示（4）輸入電壓：U1;輸出電壓：U2.3.電路圖中符號(hào)n1n2問(wèn)題：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。鐵芯與線圈互相絕緣

U1U2

∽n1n2∽推理與實(shí)驗(yàn)溫故而知新問(wèn)題1：原、副線圈并沒(méi)有直接連接，合上S2，接在副線圈兩端的燈泡能亮嗎？說(shuō)一說(shuō)你的根據(jù)。

~S2L2那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產(chǎn)生的？我來(lái)試試第二組U~L2第一組S2S2L2亮不亮二、變壓器的工作原理：原線圈中的

電流產(chǎn)生的

磁通量，不但穿過(guò)原線圈，也穿過(guò)副線圈，所以也在副線圈中激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。交變交變即電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象。我來(lái)試試~L2第一組~第三組不閉合鐵芯閉合鐵芯S2S2L2亮不亮不亮~第四組閉合紙芯S2L2理想變壓器：忽略各種能量損失（效率達(dá)100%）的變壓器稱為理想變壓器?，F(xiàn)在，由于在材料和技術(shù)上采取了許多有效措施，（減小原、副線圈的電阻；鐵芯用涂有絕緣漆的硅鋼薄片疊合而成，防止渦流造成能量損失，和磁感線外漏造成的磁損失）實(shí)際變壓器的效率都很高，特別是大型變壓器，效率可達(dá)97%-99.5%。閉合鐵芯的作用：由于鐵芯被磁化，

磁感線集中在鐵芯內(nèi)部，貫穿副線圈，大大增強(qiáng)了變壓器傳輸電能的作用。

~S2L2閉合鐵芯絕大部分二、變壓器的工作原理------互感現(xiàn)象

變壓器通過(guò)閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（U1、I1）到磁場(chǎng)能（變化的磁場(chǎng)）再到電能（U2、I2）轉(zhuǎn)化。原線圈副線圈鐵芯∽

U1U2n1n2∽互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。若給原線圈接直流電壓U1,副線圈電壓U2

？閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能---磁場(chǎng)能---電能的轉(zhuǎn)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(guò)鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種理想化模型------理想變壓器。下面我們定量分析理想變壓器的變壓規(guī)律。無(wú)磁損無(wú)銅損無(wú)鐵損理想變壓器原、付線圈中磁通量變化相同鐵芯中不形成渦流不計(jì)導(dǎo)線電阻2、副線圈的匝數(shù)n21、原線圈的匝數(shù)n1問(wèn)題3：原、副線圈兩端的電壓值可能與哪些因素有關(guān)？讓我猜猜~L1S1S2L2問(wèn)題2：圖中閉合

S1、S2，相同的兩燈泡L1、L2亮度一樣嗎？即原副線圈兩端的電壓一樣大嗎？U1U2實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法n1n2探究具有怎樣的關(guān)系？動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理可拆式變壓器萬(wàn)用電表學(xué)生電源~L1U1U2n1n2電壓與匝數(shù)的關(guān)系：U1U2n1n2＝實(shí)驗(yàn)結(jié)論：原副線圈兩端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比若n2>n1，則U2

U1稱為

壓變壓器若n2<n1，則U2

U1稱為

壓變壓器><升降三、理想變壓器的變壓規(guī)律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是：E1=n1/tE2=n2/tE1/n1=E2/n2原線圈回路有：U1?

E1=I1r1≈0則U1=E1副線圈回路有：

E2=U2

+I2r2≈U2則U2=E2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U1=E1；U2=E2則：U1/U2=n1/n2理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比n2>n1U2>U1-----升壓變壓器n2<n1U2<U1-----降壓變壓器U1/U2=n1/n2四、理想變壓器的變流規(guī)律問(wèn)題：原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？1.理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率即:U1I1=U2I2I1/I

2=U2/

U1=n2/

n1P出=P入2.理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比I1/I

2=n2/

n1變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過(guò)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(guò)的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。此公式只適用于一個(gè)副線圈的變壓器U1I1I2n1n2U2R輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系1.輸入功率P1由輸出功率P2決定；P1＝P22.U1由電源決定；3.U2由U1和匝數(shù)比決定；

U2＝n2/n1·U14.I2由U2和負(fù)載決定；I2＝U2／R5.I1由I2和匝數(shù)比決定；

I1＝n2/n1·I2【例1】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2＝4：1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，圖中電流表A1的示數(shù)12mA，則電流表A2的示數(shù)為————（）A．3mAB．0C．48mAD．與負(fù)載R的值有關(guān)解析：變壓器只能工作于交流路，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)，在線圈n1中通過(guò)的是恒定電流，不能引起穿過(guò)線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)，所以A2中無(wú)電流通過(guò)。

B【例2】一理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個(gè)100Ω的負(fù)載電阻，如圖所示。（1）當(dāng)原線圈接在44V直流電源電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為________V,電流表示數(shù)為______A.（2）當(dāng)原線圈接在220V交變電源上時(shí)，電壓表示數(shù)為________V，電流表示數(shù)為_______A,此時(shí)輸入功率為_______W.00440.4419.36AVU1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A練習(xí)1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1=1100，接在電壓220V的交流電源上，當(dāng)它對(duì)11只并聯(lián)的“36V，60w”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)n2=_____，通過(guò)原線圈的電流I1=______。例3.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。圖（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A。圖（b）中用同一電纜線繞了3匝，則A.這種電流表能測(cè)直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測(cè)直流電流，又能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6A圖（a）A鐵芯圖（b）C2.互感器

A電流互感器電壓互感器V

使用時(shí)把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)使用時(shí)把原線圈與電路串聯(lián)，原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)五、幾種常用變壓器1.自耦變壓器U2U1ABPU1U2n1n2升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器問(wèn)題：有沒(méi)有只用一組線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓的變壓器？自耦變壓器的原副線圈共用一個(gè)線圈練習(xí)3.（1999全國(guó)卷）如圖是4種亮度可調(diào)的臺(tái)燈的電路的示意圖，它們所用的燈泡相同，且都是“220V40W”，當(dāng)燈泡消耗的功率都調(diào)至20W時(shí)，哪種臺(tái)燈消耗的功率最??？解析理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，在變壓器上是沒(méi)有功率損失的，所以含有變壓器的臺(tái)燈消耗功率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，除燈泡消耗功率外，在變阻器上有額外的功率損失．答案C六、解決有多個(gè)副線圈的理想變壓器的問(wèn)題一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)為n1，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3，相應(yīng)的電壓分別為U1、U2和U3，相應(yīng)的電流分別為I1、I2和I3，根據(jù)變壓器的工作原理可得：【例5】一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝1100匝，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2＝60匝，n3＝600匝。若通過(guò)兩個(gè)副線圈中的電流分別為I2＝1A，I3＝4A，求原線圈中的電流。解析：對(duì)于理想變壓器，輸入功率與輸出功率相等，則有I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3I1＝（I2n2＋I(xiàn)3n3）／n1＝（1×60＋4×600）／1100＝2.24A例6、如圖所示：理想變壓器的交流輸入電壓U1=220V，有兩組副線圈，其中n2=36匝，標(biāo)有“6V，9W”、“12V，12W”的燈泡分別接在兩副線圈上均正常發(fā)光，求：（1）原線圈的匝數(shù)為n1和另一副線圈的匝數(shù)n3.（2）原線圈的電流I1。n3n2n1解：（1）由于兩燈均正常發(fā)光，所以有：U2=6V，U3=12V 根據(jù)原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，有：U1/U2=n1/n2n1=U1n2/U2=1320匝。U3/U2=n3/n2，n3=U3n2/U2=72匝。（2）根據(jù)能量守恒，有P入=P出。即I1U1=P2+P3，則I1=（P2+P3）/U1=0.095A〖練習(xí)4〗如圖所示，理想變壓器的原線圈接上220V交流電壓，副線圈有A、B兩組，A組接4Ω的電阻，B組接規(guī)格為“10V24W”的燈泡。已知A組的線圈匝數(shù)為30匝，兩端電壓為6V，燈泡正常發(fā)光，求原線圈的匝數(shù)和電流。例4.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)，如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡(jiǎn)圖．問(wèn)：（1）電路正常工作時(shí)，b線圈是沒(méi)有電流的，原因是什么？（2）如果站在地上的人不小心接觸火線時(shí)，b線圈為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？解析發(fā)電廠的零線是接地的，漏電保護(hù)開關(guān)有一個(gè)結(jié)構(gòu)和變壓器相似的電流互感器，其鐵芯的a側(cè)有兩個(gè)形狀、繞向和匝數(shù)都完全相同的線圈（圖中分別用實(shí)線和虛線表示），它們分別將用電器和火線、零線串聯(lián)起來(lái)，220V交變電流在MNO、GRK與發(fā)電廠之間流過(guò)；鐵芯的b側(cè)有另一個(gè)線圈與電磁繼電器J的線圈（圖中未畫出）并聯(lián)，室內(nèi)電路正常工作時(shí)，b線圈沒(méi)有電流，J保持導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)漏電時(shí)，b線圈便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，推動(dòng)電磁繼電器J切斷用電器的電路，從而防止事故的發(fā)生．答案（1）電流互感器a側(cè)兩線圈完全相同，流過(guò)兩線圈的電流大小相等，方向相反，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，b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．（2）火線的電流有一部分流經(jīng)人體，經(jīng)大地流回發(fā)電廠，a