1、5.4變壓器教教 學學 目目 標標 v（一）知識與技能（一）知識與技能v1知道變壓器的構造，了解變壓器的工作原理。v2理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數的關系，能應用它分析解決有關問題。v（二）過程與方法（二）過程與方法v在探究變壓比和匝數比的關系中培養學生運用物理理想化模型分析問題、解決問題的能力。v（三）情感、態度與價值觀（三）情感、態度與價值觀v1使學生體會到能量守恒定律是普遍適用的。v2培養學生實事求是的科學態度。v教學重點：教學重點：探究變壓比和匝數比的關系。v教學難點：教學難點：探究變壓比和匝數比的關系。v教學方法：教學方法：實驗探究法、閱讀法、講解法。v教學手段：教學手段：學生

2、電源、可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡變壓器照明燈電壓照明燈電壓-220伏伏機床上照明燈機床上照明燈-36伏伏半導體收音機電源電壓不超過半導體收音機電源電壓不超過10伏伏大型發電機交流電壓大型發電機交流電壓-幾萬伏幾萬伏遠距離輸電遠距離輸電-幾十萬伏幾十萬伏電視機顯像管卻需要電視機顯像管卻需要10000V以上電壓以上電壓交流便于改變電壓，以適應各種不同的需要交流便于改變電壓，以適應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備電壓的設備幾種常見的變壓器一、變壓器的構造一、變壓器的構造1. 1.示意圖示意圖 U1U2 n1n2原原線線圈圈副副線線圈圈鐵鐵芯芯2.2.構造：構

3、造：（1 1）閉合鐵芯）閉合鐵芯 （絕緣（絕緣硅鋼片疊合而成）硅鋼片疊合而成）（2 2）原線圈（初級線）原線圈（初級線圈）：其匝數用圈）：其匝數用n n1 1表示表示（3 3）副線圈（次級線）副線圈（次級線圈）：其匝數用圈）：其匝數用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. .3.3.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

4、 U2 2是怎是怎樣產生的？樣產生的？鐵芯與線圈互相絕緣鐵芯與線圈互相絕緣 U1U2 n1n2二、變壓器的工作原理二、變壓器的工作原理 -互感現象互感現象 變壓器通過閉合鐵變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現象實芯，利用互感現象實現了電能（現了電能（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）轉化。）轉化。原原線線圈圈副副線線圈圈鐵芯鐵芯 U1U2n1n2互感現象：在原副線圈中由于有互感現象：在原副線圈中由于有交變電交變電流流而發生的互相感應現象。而發生的互相感應現象。若給原線圈接若給原線圈接直流電壓直流電壓U，副線圈電壓

5、副線圈電壓U U2 2 ？閉合鐵芯實現了電能閉合鐵芯實現了電能-磁場能磁場能-電能的轉換，由于原副電能的轉換，由于原副線圈中的電流共同產生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使線圈中的電流共同產生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉換過程中損失很小，為了便于研究，物理學中能量在轉換過程中損失很小，為了便于研究，物理學中引入了一種理想化模型引入了一種理想化模型-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律。壓規律。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三、理想變壓器的規律三、理想變壓器的規律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產生的感應電動勢分

6、別是：原、副線圈中產生的感應電動勢分別是：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=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阻，則若不考慮原副線圈的內阻，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 21、電壓關

7、系：、電壓關系：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線圈的這兩個線圈的匝數之比匝數之比n n2 2 n n1 1 U U2 2U 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 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 23、電流規律、電流規律1 1）、理想變壓器輸出功率應等于輸入功率）、理想變壓器輸出功率應等于輸入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ / I 2 2= U= U2 2 / U U1 1= n= n2 2 / n n1

8、1P出出= P入入此公式只適用于一個副線圈的變壓器332211nInInI2、功率關系、功率關系理想變壓器沒有能量損失：理想變壓器沒有能量損失：P出出= P入入變壓器工作時，高壓線圈匝數多而通過的變壓器工作時，高壓線圈匝數多而通過的電流小，可用較細的導線繞制；低壓線圈電流小，可用較細的導線繞制；低壓線圈匝數少而通過的電流大，應當用較粗的導匝數少而通過的電流大，應當用較粗的導線繞制。線繞制。 這也是判定高壓線圈和低壓線這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。圈的一種方法。U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R4 4、輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關

9、系、輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關系 1）.輸入功率輸入功率P1由輸出功率由輸出功率P2決定；決定； P1P22）.U1由電源決定；由電源決定； 3）.U2由由U1和匝數比決定；和匝數比決定； U2n2/n1U14）.I2由由U2和負載決定；和負載決定； I2U2R5）.I1由由I2和匝數比決定；和匝數比決定； I1n2/n1I2四四、有多個副線圈的理想變壓器的問題、有多個副線圈的理想變壓器的問題 一個原線圈多個副線圈的理想變壓器，原一個原線圈多個副線圈的理想變壓器，原線圈匝數為線圈匝數為n n1 1，兩個副線圈的匝數分別為，兩個副線圈的匝數分別為n n2 2和和n n3 3，相應的

10、電壓分別為相應的電壓分別為U U1 1、U U2 2和和U U3 3，相應的電流分，相應的電流分別為別為I I1 1、I I2 2和和I I3 3，根據變壓器的工作原理可得，根據變壓器的工作原理可得： 11221UnUn 11332UnUn12由（ ）（ ）式得：2233U(3)UnnPP入出根據得112233I UI UI U -4（ ）134將（ ）（ ）式代入（ ）式得3112223222I UnnI UI Unn1 12233I nI nI n【例例1 1】理想變壓器原、副線圈的匝數比理想變壓器原、副線圈的匝數比n n1 1:n :n2 24 4：1 1，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速

11、直線，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，圖中電流表運動切割磁感線時，圖中電流表A A1 1的示數的示數12mA12mA，則電流表則電流表A A2 2的示數為的示數為（ ）A A3mA B3mA B0 C0 C48mA D48mA D與負載與負載R R的值有關的值有關解析：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路，導體棒向左勻速切割磁感線時，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應電動勢出現，所以A2中無電流通過。 【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，副匝，副線圈線圈440

12、440匝，并接一個匝，并接一個100100的負載電阻，如圖的負載電阻，如圖所示。所示。（1 1）當原線圈接在）當原線圈接在44V44V直流電源電源上時，電直流電源電源上時，電壓表示數為壓表示數為_V,_V,電流表示數為電流表示數為_A._A.（2 2）當原線圈接在）當原線圈接在220V220V交變電源上時，電壓交變電源上時，電壓表示數為表示數為_V_V，電流表示數為，電流表示數為_A,_A,此時輸入功率為此時輸入功率為_W._W.00440.4419.36U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2

13、 2P P2 2I I2 2=n n2 2n n1 1I I1 1I I2 218018011 116060110011003636=n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2=3 3A A解：解：所以：所以：3 A練習練習1. 1.一理想變壓器，原線圈匝數一理想變壓器，原線圈匝數n n1 1=1100=1100，接在電壓接在電壓220V220V的交流電源上，當它對的交流電源上，當它對11 11只并只并聯的聯的“36V36V，60w60w”的燈泡供電時，燈泡正常的燈泡供電時，燈泡正常發光。由此可知副線圈的匝數發光。由此可知副線圈的匝數n n2 2=_=_，通，通過原線圈的電流過原線

14、圈的電流 I I1 1 =_ =_。練習練習2、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數比為數比為n1：n2=3：1，有四只相同的燈泡連入電路，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡中，若燈泡L2、L3、L4均能正常發光，則燈泡均能正常發光，則燈泡L1（ ）A、也能正常發光、也能正常發光B、較另三個燈暗些、較另三個燈暗些C、將會燒壞、將會燒壞D、不能確定、不能確定1n2n1L3L4L1U1L2A例例3.3.鉗形電流表的外形和結構如圖（鉗形電流表的外形和結構如圖（a a）所示。圖（）所示。圖（a a）中電）中電流表的讀數為流表的讀數為1.2A 1.2A 。圖（。圖

15、（b b）中用同一電纜線繞了）中用同一電纜線繞了3 3匝，則匝，則A.A.這種電流表能測直流電流，圖（這種電流表能測直流電流，圖（b b）的讀數為）的讀數為2.4A2.4AB.B.這種電流表能測交流電流，圖（這種電流表能測交流電流，圖（b b）的讀數為）的讀數為0.4A0.4AC.C.這種電流表能測交流電流，圖（這種電流表能測交流電流，圖（b b）的讀數為）的讀數為3.6A3.6AD.D.這種電流表既能測直流電流，又能測交流電流，圖這種電流表既能測直流電流，又能測交流電流，圖 （b b）的讀數為的讀數為3.6A 3.6A 圖（圖（a）A鐵鐵芯芯圖（圖（b）C五、幾種常用變壓器五、幾種常用變壓器

16、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用一組線圈來實現變壓的變壓器？現變壓的變壓器？ 自耦變壓器的原副線圈共用一個線圈2.2.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 使用時把原線圈與電路并聯，原線圈匝數多于副線圈匝數 使用時把原線圈與電路串聯，原線圈匝數少于副線圈匝數例例4.4.為了保證用電安全，家庭居室的室內電路前端一般都安裝為了保證用電安全，家庭居室的室內電路前端一般都安裝漏電保護開關，如圖所示是保護開關的電路原理簡圖漏電保護開關，如圖所示是保護開關的

17、電路原理簡圖 問：問：（1 1）電路正常工作時，）電路正常工作時，b b線圈是沒有電流的，原因是什么？線圈是沒有電流的，原因是什么？（2 2）如果站在地上的人不小心接觸火線時，）如果站在地上的人不小心接觸火線時，b b線圈為什么線圈為什么會產生感應電流？會產生感應電流？解析解析 發電廠的零線是接地的，漏電保護開關有一個結發電廠的零線是接地的，漏電保護開關有一個結構和變壓器相似的電流互感器，其鐵芯的構和變壓器相似的電流互感器，其鐵芯的a a側有兩個形側有兩個形狀、繞向和匝數都完全相同的線圈（圖中分別用實線狀、繞向和匝數都完全相同的線圈（圖中分別用實線和虛線表示），它們分別將用電器和火線、零線串聯

18、和虛線表示），它們分別將用電器和火線、零線串聯起來，起來，220V220V交變電流在交變電流在MNOMNO、GRKGRK與發電廠之間流與發電廠之間流過；鐵芯的過；鐵芯的b b側有另一個線圈與電磁繼電器側有另一個線圈與電磁繼電器J J的線圈的線圈（圖中未畫出）并聯，室內電路正常工作時，（圖中未畫出）并聯，室內電路正常工作時，b b線圈沒線圈沒有電流，有電流，J J保持導通狀態，當漏電時，保持導通狀態，當漏電時，b b線圈便會產生線圈便會產生感應電流，推動電磁繼電器感應電流，推動電磁繼電器J J切斷用電器的電路，從而切斷用電器的電路，從而防止事故的發生防止事故的發生答案答案 （1 1）電流互感器）電流互感器a a側兩線圈完全相同，流過兩側兩線圈完全相同，流過兩線圈的電流大小相等，方向相反，它們產生的磁場相線圈的電流大小相等，方向相反，它們產生的磁場相互抵消，互抵消，b b側線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產側線圈磁通量總為零而不變，線圈中不產生感應電流生感應電流（2 2）火線的電流有一部分流經人體，經大地流回發）火線的電流有一部分流經人體，經大地流回發電廠，電廠，a a側兩線圈電