人教版高中物理选修3-2课件：5.4《变压器》.ppt

1、5.4 变压器 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 3V3V 机床上的照明灯机床上的照明灯 36V36V 扫描仪扫描仪 12V12V 防身器防身器 3000V3000V 手机充电手机充电 器器 4.2V 4.4V 5.3V4.2V 4.4V 5.3V 黑白电视机显像管黑白电视机显像管 几万伏几万伏 录音机录音机 6V 9V 12V6V 9V 12V 彩色电视机显像管彩色电视机显像管 十几万伏十几万伏 但我们国家民用统一供电均为但我们国家民用统一供电均为220V220V， 那么如何使这些额定电压不是那么如何使这些额定电压不是220V220

2、V的电的电 器设备正常工作的呢？器设备正常工作的呢？ 几种常见的变压器 一、变压器的构造一、变压器的构造 1. 1.示意图示意图 U1 U2 n1 n2 原原 线线 圈圈 副副 线线 圈圈 铁铁 芯芯 2.2.构造：构造： （1）闭合铁芯闭合铁芯 （绝缘 硅钢片叠合而成） （2）原线圈原线圈（初级线 圈）：其匝数用n1表示 （3）副线圈副线圈（次级线 圈）：其匝数用n2表示 （4）输入电压输入电压：U1; 输出电压输出电压：U2. 3.3.电路图中符号电路图中符号 n1 n2 问题：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U

3、2是怎 样产生的？ 铁芯与线圈互相绝缘 U1 U2 n1 n2 二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 -互感互感现象现象 变压器通过闭合铁 芯，利用互感现象实 现了电能（U1、I1） 到磁场能（变化的磁 场）再到电能（ U2、 I2）转化。 原原 线线 圈圈 副副 线线 圈圈 铁芯铁芯 U1 U2 n1 n2 思考：思考： 若给原线圈接直流电压U1，副线圈电压U2 ？ U20 理想变压器理想变压器 如果在能量转化的过程中能量损失很小，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能量

4、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。压器。这是物理学中又一种理想化模型。 无铜损、铁损、磁损无铜损、铁损、磁损 三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律 I1 I2 n1 n2 U1 U2 原、副线圈中产生的感应原、副线圈中产生的感应 电动势分别是：电动势分别是： E E1 1=n=n1 1/ / t t E E2 2=n=n2 2/ / t t 若若不考虑原副线圈的内阻不考虑原副线圈的内阻有有 U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 2 1 2 1 n n U U 2 1 2 1 n n E E 理想变压器原副线圈的端电压之比等理想

5、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于这两个线圈的匝数之比 n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 - -升压变压器升压变压器 n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 - -降压变压器降压变压器 2 1 2 1 n n U U 四、理想变压器的变流规律四、理想变压器的变流规律 1. 1.理想变压器输出功率应等于输入功率理想变压器输出功率应等于输入功率 即即: : U1I1=U2I2 P出 出= P入入 1 2 1 2 2 1 n n U U I I 2.2.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的跟它们的 匝数匝数成成反比反比 此

6、公式只适用于此公式只适用于一个副线圈一个副线圈的变压器的变压器 1 2 2 1 n n I I 五、几种常用变压器五、几种常用变压器 1. 1.自耦变压器自耦变压器 U2 U1 A B P U1 U2 n1 n2 升压变压器升压变压器 n1 n2 U1 U2 降压变压器降压变压器 问题：有没有只问题：有没有只 用一组线圈来实用一组线圈来实 现变压的变压器？现变压的变压器？ 自耦变压器的自耦变压器的 原副线圈共用一原副线圈共用一 个线圈个线圈 2.2.互感器互感器 A 电流互感器电流互感器 电压互感器电压互感器 V 使用时把原线圈与使用时把原线圈与 电路并联，原线圈匝电路并联，原线圈匝 数多于副

7、线圈匝数数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与使用时把原线圈与 电路串联，原线圈匝电路串联，原线圈匝 数少于副线圈匝数数少于副线圈匝数 一、变压器的构造一、变压器的构造 1 1示意图示意图 2 2电路图中符号电路图中符号 3 3构造：构造： 二、变压器的工作原理：二、变压器的工作原理： 1 1、互感现象：原、副线圈中由于有交变电流而发生、互感现象：原、副线圈中由于有交变电流而发生 的互相感应现象的互相感应现象 2 2、能量转化：电能、能量转化：电能磁场能磁场能电能电能 3 3、理想变压器理想变压器 P P入入P P出出 三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律 : : U U1 1/U/U

8、2 2=n=n1 1/n/n2 2 四、理想变压器的变流规律：四、理想变压器的变流规律： I I1 1/I /I2 2=n=n2 2/n/n1 1 五、常用变压器五、常用变压器 小结小结 练练1 1、理想变压器原、副线圈的匝数比、理想变压器原、副线圈的匝数比n n1 1:n:n2 2 4 4：1 1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线，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，图中电流表运动切割磁感线时，图中电流表A A1 1的示数的示数12mA12mA， 则电流表则电流表A A2 2的示数为的示数为 （ ） A A3mA B3mA B0 0 C C48mA D48mA D与负载与

9、负载R R的值有关的值有关 B 180 3 A 练习2、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 =_。 图图（a） A 铁铁 芯芯 图图（b） C C 练练3 3、钳形电流表的外形和结构如图（、钳形电流表的外形和结构如图（a a）所示。图（）所示。图（a a） 中电流表的读数为中电流表的读数为1.2A 1.2A 。图（。图（b b）中用同一电缆线绕了）中用同一电缆线绕了 3 3匝，则匝，则 A.A.这种电流表能测直流电流，图（这种电流表能测

10、直流电流，图（b b）的读数为）的读数为2.4A2.4A B.B.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为0.4A0.4A C.C.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为3.6A3.6A D.D.这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图 （b b）的读数为）的读数为3.6A3.6A 练练4 4、为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前、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端一般都安装漏电保护开关，如图所示是保护开关

11、的 电路原理简图电路原理简图 问：问： （1 1）电路正常工作时，）电路正常工作时，b b线圈是没有电流的，原因线圈是没有电流的，原因 是什么？是什么？ （2 2）如果站在地上的人不小心接触火线时，）如果站在地上的人不小心接触火线时，b b线圈线圈 为什么会产生感应电流？为什么会产生感应电流？ 答案答案 （1 1）电流互感器）电流互感器a a侧两线圈完全相同，流过两侧两线圈完全相同，流过两 线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的 磁场相互抵消，磁场相互抵消，b b侧线圈磁通量总为零而不变，侧线圈磁通量总为零而不变， 线圈中不产生感应电流线圈中不产生感应

12、电流 （2 2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流）火线的电流有一部分流经人体，经大地流 回发电厂，回发电厂，a a侧两线圈电流大小不等，产生侧两线圈电流大小不等，产生“剩剩 余电流余电流”在铁芯中产生变化的在铁芯中产生变化的“剩余磁通剩余磁通”，b b 侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电 流流 A V R1 R2 S A A. U . U 增大、增大、I I 增大、增大、P P1 1 增大增大 C C. U . U 减小、减小、I I 减小、减小、P P1 1 减小减小 D D. U . U 不变、不变、I I 减小、减小、P P1 1 不变不

13、变 B B. U . U 不变、不变、I I 减小、减小、P P1 1 增大增大 练练5 5、 如图所示：理想变压器的原线圈接高如图所示：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。电压，变压后接用电器，线路电阻不计。S S原原 来闭合，且来闭合，且R R1 1=R=R2 2，现将现将S S断开，那么交流电断开，那么交流电 压表的示数压表的示数U U、交流电流表的示数、交流电流表的示数I I 和用电器和用电器 上上R R1 1的功率的功率P P1 1将分别是：将分别是： D D U U1 1 I I1 1 I I2 2 n n1 1 n n2 2 U U2 2 R R 变压器输

14、入输出电压、电流、功率大小 之间的因果关系 1. 1.输入功率输入功率P P1 1由输出功率由输出功率P P2 2决定；决定； P P1 1P P2 2 2.U2.U1 1由电源决定；由电源决定； 3.U3.U2 2由由U U1 1和匝数比决定；和匝数比决定； U U2 2n n2 2/n/n1 1U U1 1 4.I4.I2 2由由U U2 2和负载决定；和负载决定； I I2 2U U2 2R R 5.I5.I1 1由由I I2 2和匝数比决定；和匝数比决定； I I1 1n n2 2/n/n1 1I I2 2 六、有多个副线圈的理想变压器的问题六、有多个副线圈的理想变压器的问题 一个原线

15、圈多个副线圈的理想变压器，原一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原 线圈匝数为线圈匝数为n n1 1，两个副线圈的匝数分别为，两个副线圈的匝数分别为n n2 2和和n n3 3， 相应的电压分别为相应的电压分别为U U1 1、U U2 2和和U U3 3，相应的电流分，相应的电流分 别为别为I I1 1、I I2 2和和I I3 3，根据变压器的工作原理可得，根据变压器的工作原理可得： 11 22 1 Un Un 11 33 2 Un Un 12由（ ）（ ）式得： 22 33 U (3) U n n PP 入出 根据得 112233 I UI UI U -4（ ） 134将（ ）（ ）式代入（

16、 ）式得 31 122232 22 I U nn I UI U nn 1 12233 I nI nI n 例、一台理想变压器原线圈匝数例、一台理想变压器原线圈匝数n n1 111001100匝，匝， 两个副线圈的匝数分别是两个副线圈的匝数分别是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600 匝。若通过两个副线圈中的电流分别为匝。若通过两个副线圈中的电流分别为I I2 21A1A， I I3 34A4A，求原线圈中的电流。，求原线圈中的电流。 2.24A2.24A 练练、如图所示：理想变压器的交流输入电压如图所示：理想变压器的交流输入电压 U U1 1=220220V V，有两组副线圈有两

17、组副线圈，其中其中n n2 2=3636匝匝，标标 有有“6 6V V，9 9WW”、“1212V V，1212WW”的灯泡分别接在的灯泡分别接在 两副线圈上均正常发光两副线圈上均正常发光，求：求： （1 1）原线圈的匝数为原线圈的匝数为n n1 1和另一副线圈的匝数和另一副线圈的匝数n n3 3. . （2 2）原线圈的电流原线圈的电流I I1 1。 n3 n2 n1 （1 1）n n2 2 13201320匝匝 n n3 3= 7272匝匝 （2 2）I I1 1=0 0. .095095A A 例、在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕在如图例、在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕在如图

18、所示变压器左右两臂上，当通以交变电流时，每个线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通过中部的臂，已知线圈的匝数之比n n1 1:n:n2 22 2：1. 1.在不在不 接负载的情况下，则（接负载的情况下，则（ ） A A当线圈当线圈1 1输入电压为输入电压为220V220V时，时， 线圈线圈2 2输出电压为输出电压为110V110V B B当线圈当线圈1 1输入电压为输入电压为220V220V时，时， 线圈线圈2 2输出电压为输出电压为55V55V C C当

19、线圈当线圈2 2输入电压为输入电压为110V110V时，时， 线圈线圈1 1输出电压为输出电压为220V220V D D当线圈当线圈2 2输入电压为输入电压为110V110V时，时， 线圈线圈1 1输出电压为输出电压为110V110V BDBD 练习练习、一理想变压器如图所示一理想变压器如图所示，在在n n1 1两端两端 接交流电接交流电U U1 1220220V V，n n1 1为为44004400匝匝，n n2 2为为 11001100匝匝。若要使若要使U U3 3U U2 2，求求n n3 3。 n n3 322002200匝匝 例、如图所示，理想变压器原副线圈匝数比例、如图所示，理想变

20、压器原副线圈匝数比 为为4: 14: 1，原线圈中的电阻，原线圈中的电阻A A与副线圈中的负载与副线圈中的负载 电阻电阻B B阻值相等。阻值相等。a ba b端加一交流电压端加一交流电压U U后，后， （1 1）两电阻消耗的功率之比为多少？）两电阻消耗的功率之比为多少？ （2 2）两电阻两端电压之比为多少？）两电阻两端电压之比为多少？ （3 3）B B电阻两端电压为多少？电阻两端电压为多少？ n1 n2 B A U a b （1 1）1 1: :1616 （2 2）1 1: :4 4 （3 3） UB= 17 4U 练习练习、如图所示如图所示，一理想变压器原一理想变压器原、副线圈副线圈 的匝数比为的匝数比为n n1 1：n n2 2=3 3：1 1，有四只相同的灯泡有四只相同的灯泡 连入电路中连入电路中，若灯泡若灯泡L L2 2、L L3 3、L L4 4均能正常发光均能正常发光， 则灯泡则灯泡L L1 1 （ （ ） A A、也能正常发光也能正常发光 B B、较另三个灯暗些较另三个灯暗些 C C、将会烧坏将会烧坏 D D、不能确定不能确定 n2 n1 L3 L4 L1 L2 A A