資源簡介

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3.3 變壓器
人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）
第三章 交變電流
目錄
素養目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
正確教育
素養目標
1.知道變壓器的構造及幾種常見的變壓器
2.理解變壓器的工作原理及理想變壓器的特點
3.掌握理想變壓器原、副線圈的電壓、電流與匝數的關系，并能應用它分析解決基本問題
生產生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓。變壓器是如何改變電壓的呢？
兩個線圈并沒有連接，小燈泡為什么會發光呢？小燈泡兩端的電壓與電源電壓又有什么關系呢？
新課講解
第一節
變壓器的原理
甲圖是可拆變壓器零部件，乙圖是組裝后的變壓器
發現變壓器鐵芯由極薄且彼此絕緣的硅鋼片疊壓而成，為什么？
防止渦流的產生，以免造成電能的損失
變壓器的構造
n1
n2
U1
U2
（1）原線圈：一個線圈與交流電源連接，叫作原線圈 ，也叫初級線圈；
其匝數用n1表示，兩端的電壓叫變壓器的輸入電壓U1。
（2）副線圈：另一個線圈與負載連接，叫作副線圈，也叫次級線圈。其匝數用n2表示，兩端的電壓叫變壓器的輸出電壓U2。
輸入電壓
輸出電壓
U2
原線圈
副線圈
鐵芯
AC
U1
n1
n2
AC
原線圈
交變電壓
變化的磁場
副線圈
交變電流
感應電動勢
變壓器的工作原理
U2
原線圈
副線圈
鐵芯
AC
U1
n1
n2
AC
（1）在變壓器原、副線圈中由于交變電流而發生電磁感應的現象是互感現象
（2）互感現象是變壓器工作原理的基礎。變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現象實現了電能向磁場能再到電能的轉化
（3）變壓器是依據電磁感應原理工作的，因此只能工作在交流電路中。如果變壓器接入直流電路，原線圈中的電流不變，在鐵芯中不會引起磁通量的變化，沒有互感現象出現，變壓器起不到變壓作用
變壓器的原理
那么感應電動勢的大小與副線圈的匝數有無關系？
思考
當副線圈的匝數改變，每一匝產生的感應電動勢不變，由于副線圈匝數的改變，副線圈產生的感應電動勢就會發生改變，達到改變電壓的目的。
變壓器工作時，如何實現能量的傳遞？
變壓器不產生電能，它只是利用閉合鐵芯通過交變磁場將電能從原線圈轉移到副線圈，實現電能—磁場能—電能的轉化
實驗探究：電壓與匝數的關系
1.實驗思路
（1）觀察可拆變壓器零部件
兩個線圈都是用絕緣導線繞制成的，鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成。
變壓器鐵芯
線圈
變壓器鐵芯
線圈
螺絲
實驗探究：電壓與匝數的關系
可拆變壓器結構視頻
（2）利用教學用的可拆變壓器進行探究?？刹鹱儔浩髂芊奖愕貜牟煌泳€柱上選取不同匝數的線圈。運用控制變量法，保持原線圈電壓U1和匝數n1不變，改變副線圈的匝數n2。
組裝后的變壓器
實驗探究：電壓與匝數的關系
①如右圖所示，連接實驗器材
②保持原線圈的匝數不變，增加或減少副線圈的匝數，測量副線圈兩端的電壓
③保持副線圈的匝數不變，增加或減少原線圈的匝數，測量副線圈兩端的電壓
2.實驗步驟
實驗探究：電壓與匝數的關系
3.設計實驗表格，記錄實驗數據
原線圈匝數n1 副線圈匝數n2 原線圈兩端的電壓U1/V 副線圈兩端的電壓U2/V
100 10 6 0.61 10 9.8
100 20 6 1.22 5 4.9
200 20 6 0.62 10 9.7
4.注意事項
（1）要用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時也不要用手接觸裸露的導線、接線柱。
（2）為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測。
（3） 連接電路后要由同組的幾位同學分別獨立檢查，并經過確認。只有這時才能接通電源。
根據實驗數據可以發現 總是小于 ，這是為什么？
變壓器鐵芯及線圈有電流通過時會發熱，電流的磁場也并非全部局限于鐵芯內
在實驗誤差允許的范圍內，原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數之比，即
第二節
電壓與匝數的關系
（2）若有一個副線圈時
n1
n2
U1
U2
（3）若有多個副線圈時
n1
U1
n2
U2
n3
U3
n4
U4
（1）實驗和理論分析都表明，理想變壓器原、副線圈的電壓之比，等于原、副線圈的匝數之比。
電壓與匝數關系
①當n2 > n1時，U2 > U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器；
②當n2U1
U2
n1
n2
U2
U1
n1
n2
升壓變壓器和降壓變壓器
1.理想變壓器的特點：
（1）無漏磁現象；（2）線圈電阻不計；（3）鐵芯不發熱
2.理想變壓器的原線圈功率和副線圈功率的關系：
理想變壓器原、副線圈中的電流與匝數成反比
思考討論：你能利用法拉第電磁感應定律推導出理想變壓器
原、副線圈中電壓大小與它們的線圈匝數之間的關系嗎？
U2
U1
n1
n2
由于為理想變壓器，所以為穿過原、副線圈磁通量相同，根據法拉第電磁感應定律:
不考慮原副線圈的內阻則：U1=E1，U2=E2 所以，
變壓器的應用
變電站的大型變壓器
可拆卸變壓器
各式變壓器
街道的變壓器
常見的變壓器：
（1）自耦變壓器——調壓變壓器
（2）互感器：
①電壓互感器：用來把高電壓變成低電壓
②電流互感器：用來把大電流變成小電流
無線充電技術通過分別安裝在充電基座和接收能量的裝置上的線圈，利用產生的磁場傳遞能量。如果移動電話中有無線充電裝置，那么把移動電話直接放在充電基座上就可以充電。
無線充電技術
對于一個沒有無線充電功能的移動電話，也可以通過在移動電話端連接一個無線充電接收器，將接收器放在無線充電基座上來進行充電。打開無線充電接收器，就可以看到其內部有一個接收線圈。
無線充電接收器中的線圈
1.一電器中的變壓器可視為理想變壓器，它將220V交變電壓變為22V，已知變壓器原線圈匝數為1000，則副線圈匝數為( )
A.25 B.50 C.100 D.500
C
經典例題
答案：C
解析：根據理想變壓器電壓與匝數關系
則 匝
C正確ABD錯誤。
2.關于理想變壓器下列說法正確的是( )
A.原線圈磁通量大于副線圈磁通量
B.原線圈電流的頻率大于副線圈電流的頻率
C.對同一變壓器的任意兩個線圈，電壓和匝數成正比
D.變壓器的輸入功率大于輸出功率
C
經典例題
答案：C
解析：A.理想變壓器中，原線圈磁通量等于副線圈磁通量，選項A錯誤；
B.變壓器不改變交流電的頻率，則原線圈電流的頻率等于副線圈電流的頻率，選項B錯誤；
C.對同一變壓器的任意兩個線圈，電壓和匝數成正比，選項C正確；
D.理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，選項D錯誤。
故選C。
3.如圖所示，燈泡L1接在變壓器初級電路中，燈泡L2、L3 接在變壓器次級電路中。變壓器為理想變壓器，交變電流電源電壓為U ，L1、L2、L3，都是額定電壓為U0 的同種型號燈泡，若三個燈泡都能正常發光，則( )
A
經典例題
A. B.
C. D.
答案：A
解析：設燈泡正常發光時電流為 ，所以原線圈電流 ，副線圈兩燈泡并聯，則 ，根據電流關系： ，根據電壓關系： ，
解得： 。
1.理想變壓器
（1）構造：變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的
①原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈
②副線圈：與負載連接的線權，也叫次級線權
③鐵芯：絕緣硅鋼片疊合成的閉合框架，能集中磁感線。
（2）原理：電流的磁效應、電磁感應
（3）基本關系式
①功率關系：P出=P入
②電壓關系：一個副線圈時， ；多個副線圈時，
直流電不能在副線圈產生感應電流
原線圈決定副線圈
③電流關系：一個副線圈時， ；
由P入=P出及 P=UI 推出多個副線圈時，
④頻率關系：f1 = f2
（4）常見的變壓器
①自耦變壓器——調壓變壓器；
②互感器
電壓互感器：用來把高電壓變成低電壓
電流互感器：用來把大電流變成小電流
副線圈決定原線圈
變壓器不改變交流電的頻率
變壓器內部原、副線圈匝數之比可調節
u1
u2
1.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比為 ，電阻 ，電流表示數為1A，各電表均為理想電表，則下列說法正確的是( )
A. 電壓表的示數為20V
B.流經電阻R的電流大小為0.1A
C.電阻R消耗的電功率是400W
D.該變壓器為升壓變壓器
A
答案：A
解析：AB.根據 可知，輸出電流
電壓表示數 ，故A正確，B錯誤；
C.電阻R 消耗的功率 ，故C錯誤；
D.由于輸入端匝數大于輸出端的匝數，故該變壓器為降壓變壓器，故D錯誤。
故選A。
2.如圖所示，理想變壓器有兩個接有不同電阻的副線圈甲和乙，其匝數分別為n1 和n2 。若接在甲和乙兩線圈上的電阻消耗的功率相同，則乙所接電阻的阻值是甲所接電阻阻值的( )
A. B.
C. D.
C
答案：C
解析：理想變壓器通過每匝線圈的磁通量變化率相同，設甲線圈兩端的電壓為 ，乙線圈兩端的電壓為 ，兩電阻消耗的功率相同，根據 可知乙所接電阻的阻值是甲所接電阻阻值的 倍，D正確。
3.2023年8月18日，世界首條35千伏公里級超導輸電示范工程首次實現滿負荷運行，刷新了我國商用超導輸電工程最大實際運行容量的紀錄。如圖是某輸電線路的簡化圖，兩理想變壓器的匝數比分別為，間接入電壓有效值恒為U 的正弦交流電源。三個電阻的阻值相等。則電阻c 兩端的電壓為( )
A. B. C. D.
C
答案：C
解析：設 三個電阻的阻值均為 R ，通過變壓器線圈1、2、3、4的電流分別為 ，兩端的電壓分別為 ，有 ，理想變壓器原、副線圈兩端電壓之比等于匝數比，有 ，理想變壓器輸入功率等于輸出功率，有 ，同理有 ，同一回路有 ，又有 ，
可得 ，C正確。

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