变压器PPT课件免费下载2023

鲁科版 (2019)高中物理选择性必修 第二册课文《科学探究:变压器》,完整版PPT课件免费下载，优秀PPT背景图搭配，精美的免费ppt模板。轻松备课，欢迎免费下载使用。

一、【课程的主要内容】

一、变压器的结构1.变压器：是一种_____或_____交变电流电压的装置。2.变压器的构造：主要由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成。铁芯由涂有绝缘漆的_______叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制。
4.原线圈和副线圈：(1)原线圈(初级线圈)：与_____相连的线圈，符号n1。(2)副线圈(次级线圈)：与_____相连的线圈，符号n2。5.输入电压和输出电压：(1)输入电压：_______两端的电压，用符号U1表示。(2)输出电压：_______两端的电压，用符号U2表示。
二、变压器的工作原理1.变压器的工作原理：当原线圈两端加上交变电压U1时，原线圈中就有交变电流I1通过，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中的_______就发生变化。由于副线圈也绕在同一铁芯上，铁芯中的磁通量的变化便会在副线圈上产生___________，当副线圈两端连接负载构成闭合回路，副线圈中就会产生交变的感应电流I2。
2.理想变压器：(1)变压器线圈的_____忽略不计。(2)闭合铁芯的_________忽略不计。(3)闭合铁芯中产生的_____忽略不计。即没有_____损失的变压器叫理想变压器。3.下列说法符合事实的是___①理想变压器可以使恒定直流电升高或降低。②理想变压器是一个理想化模型。③学校中用的变压器工作时没有能量损失。
三、变压器电压与匝数的关系1.电压与匝数关系：理想变压器原、副线圈中的电压之比等于两线圈的匝数之比。即___________当n2>n1，U2>U1，这种变压器称为_____变压器；当n2四、自耦变压器1.自耦变压器：只有_____绕组的变压器。2.自耦变压器分类：(1)降压器：绕组当原线圈接_____，绕组的一部分当副线圈接_____。如图甲所示。
(2)升压器：绕组当副线圈接_____，绕组的一部分当原线圈接_____。如图乙所示。
一 理想变压器的原理及几个基本关系考查角度1 变压器的原理1.变压器的工作原理：当原线圈两端加上交变电压时，就有交变的磁场通过原线圈，并在铁芯中产生交变电流，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线圈，并在副线圈两端产生感应电动势。2.理想变压器：如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫作理想变压器。
【典例示范1】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=4∶1，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表 的示数是12 mA，则副线圈中电流表 的示数是( )A.3 mA B.48 mA C.零 D.与R阻值有关【解析】选C。当导线在平行导轨上匀速运动时，产生的电流是恒定的电流，不会使副线圈的磁通量发生变化，因而副线圈中无感应电流，则C正确，A、B、D错误。
【误区警示】(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。(3)变压器不能改变交变电流的频率。
考查角度2 理想变压器的几个基本关系
【思考·讨论】如图是变压器的结构图(1)原线圈的输入功率与副线圈的输出功率满足什么关系？(物理观念)(2)原、副线圈的电压与匝数的正比关系始终成立吗？(物理观念)
提示：(1)由能量守恒知，输入功率等于输出功率。(2)原、副线圈间电压与匝数的正比关系始终成立。

二、【典例剖析】
【典例示范2】(多选)如图，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是( )
A.变压器输入功率为484 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3
【解析】选B、D。变压器副线圈电流表的读数2.2 A为有效值，故选项C错误；原线圈电压表的读数220 V也为有效值，由变压器的电压关系 ，可得 ，D正确；由变压器的电流关系 ，可得通过原线圈的电流为I1= I2= ×2.2 A=0.6 A，故B正确；变压器的输入功率为P=U1I1=220×0.6 W=132 W，选项A错误。
【素养训练】1.关于变压器，下列说法正确的是( )A.变压器的工作原理是电磁感应B.一切变压器的工作基础都是互感现象C.各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作D.变压器可以改变电流的频率
【解析】选A。变压器之所以能变压，是因为原线圈接交流电源时，有交变电流流过原线圈，引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，所以变压器的工作原理是电磁感应，所以选项A正确；有一种变压器叫自耦变压器，它只有一个线圈绕在铁芯上，但有三个抽头，可升压、也可降压，这种变压器的工作基础是自感，也就是说，当变压器是利用两个线圈变压时，其工作基础是互感，当变压器是利用一个线圈变压时，其工作基础是自感，所以选项B错误；变压器要想持续正常工作，原线圈必须接交变电流，选项C错误；变压器不能改变电流的频率，选项D错误。
2.(多选)(2020·全国Ⅲ卷)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10 Ω，R3=20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是( )A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W
【解析】选A、D。由图(b)可知，T=0.02 s，所以f=50 Hz，A正确；由图(b)可知电流i2的最大值为Im= A，故有效值I2= =1 A，R2两端的电压U2=I2R2=10 V，由理想变压器的电压特点 可得原线圈的两端电压U1=100 V，所以电压表的示数为UV=220 V-100 V=120 V，B错误；由欧姆定律得IA= A=0.5 A，C错误；变压器副线圈的电流I=1 A+0.5 A=1.5 A，变压器传输的电功率P=U2I=10 V×1.5 A=15.0 W，D正确。
【补偿训练】1.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1，电池和交变电源的电动势都为6 V，内阻均不计，下列说法正确的是( )A.S与a接通稳定后，R两端的电压为0B.S与a接通的瞬间，R中无感应电流C.S与b接通稳定后，R两端的电压为3 VD.S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2∶1
【解析】选A、C。在S与a接通稳定后，电路中的电流稳定，磁通量不会发生变化，所以副线圈中不会有感应电流产生，电阻R两端的电压为0，故A正确。在S与a接通的瞬间，由于电流由零突然变大，所以线圈中的磁通量会发生变化，副线圈中的R会有感应电流，故B错误；在S与b接通稳定后，由于b是交流电源，根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压为3 V，故C正确；变压器不会改变交流电源的频率，所以原、副线圈中电流的频率是相同的，故D错误；故选A、C。
2.如图，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12 V，6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是( )A.120 V，0.10 A B.240 V，0.025 AC.120 V，0.05 AD.240 V，0.05 A
【解析】选D。灯泡正常工作，副线圈电压U2=12 V，副线圈电流I2=2× A=1 A，根据匝数比得原线圈电流I1= I2=0.05 A，原线圈电压U1=20U2=240 V，选项D正确，其他选项错误。
二 变压器工作时的制约关系及动态分析考查角度1 变压器工作时的制约关系 变压器工作时的四个制约关系：(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2= ，可简述为“原制约副”。
(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1= 。而变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2= ，可简述为“副制约原”。(3)功率制约：P2决定P1，变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1+P负2+…，P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为0，P1为0。(4)频率关系：原副线圈中电流的频率相同。
【思考·讨论】为保证用户电压稳定在220 V，变压器需要适时进行调压，如图为调压变压器示意图。保持输入电压U1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。(1)若用户两端电压减小，为使用户电压稳定在220 V，滑动接头P应向哪移动？(科学思维)(2)用户两端电压不变时，变压器的输入功率不变吗？(物理观念)
提示：(1)P应适当上移，根据 ，n1减小时，U2增大。(2)用户负载改变时，变压器的输入功率变化。

三、【拓展学习】
【典例示范1】(多选)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是( )A.P向下滑动时，灯L变亮B.P向下滑动时，变压器的输出电压不变C.P向上滑动时，变压器的输入电流变小D.P向上滑动时，变压器的输出功率变大
【解析】选B、D。理想变压器的输出电压由输入电压决定，与用电器无关，故无论滑片P怎样滑动，变压器的输出电压U2不变，灯L的亮度不变，A项错误、B项正确；理想变压器的输入电流和功率由用电器决定，P向上滑动时，用电器的功率变大，变压器的输出功率和输入电流都变大，C项错误、D项正确。
考查角度2 变压器工作时的动态分析理想变压器动态问题的处理方法：(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。
【典例示范2】图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是( )
A.电压表V1示数增大B.电压表V2、V3示数均增大C.该变压器起升压作用D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
【解析】选D。电压表V1测电源两端电压的有效值，也是变压器的输入电压的有效值，所以V1的示数不变，A错误；V2测变压器的输出电压，由U2= U1可知V2的示数也不变，电流表A2的示数增大，由欧姆定律可知电路中的电阻减小，即R的阻值减小，滑片向d端滑动，V3的示数减小，B错误，D正确；因 ，所以变压器为降压变压器，C错误。
【规律方法】变压器动态分析解题技巧(1)电压的制约关系反映了感应电动势的因果关系；(2)功率和电流的制约关系，体现了能量守恒的特点；(3)含有理想变压器的动态电路分析，变压器的副线圈可以看成负载的无阻电源，与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法。
【素养训练】如图所示，一理想变压器接在电压为U的交流电源上，原线圈接入电路的匝数可以通过调节滑片P来改变。副线圈连接交流电流表、定值电阻R0和可变电阻R，则( )A.保持P的位置不动，将R的阻值增大，电流表的读数变小B.保持P的位置不动，将R的阻值增大，R0的电功率变大C.保持R的阻值不变，将P向上滑动，电流表的读数变大D.保持R的阻值不变，将P向上滑动，R0的电功率变大
【解析】选A。保持P的位置不动，即原、副线圈的匝数比 不变，故副线圈两端的电压U′恒定，将R的阻值增大时，由I= 可知，副线圈中的电流变小，故电流表的读数变小，A正确；由P0=I2R0可知，R0的电功率减小，B错误；保持R的阻值不变，将P向上滑动时，原线圈的匝数n1增大，由U′= U可知，副线圈上的电压变小，由I= 可知，副线圈中的电流变小，C错误；由P0=I2R0可知，R0的电功率减小，D错误。

四、【整合提升】
【补偿训练】1.如图所示，理想变压器的输入端接正弦交流电，副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R，开始时，电键K断开。当K接通时，以下说法中正确的是( )A.副线圈的两端M、N的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R上的功率减小C.通过灯泡L1的电流不变D.理想变压器的输入功率增大
【解析】选D。变压器的输入电压和匝数比都不变，根据电压与匝数成正比，可知副线圈的两端M、N的输出电压不变，故A错误；K接通时负载总电阻减小，输出电压又不变，所以副线圈中电流变大，则副线圈输电线等效电阻R上的功率增大，故B错误；电阻R上的电压增大，灯泡L1两端的电压减小，所以通过灯泡L1的电流减小，故C错误；次级电流变大，则次级消耗的功率变大，则理想变压器的输入功率增大，故D正确。
2.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶ n2=5∶1，电阻R=20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交流电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式u=20sin(50πt) VB.只断开S2后，L1、L2均正常发光C.只断开S2后，原线圈的输入功率增大D.若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W
【解析】选D。由图像知T=0.02 s，ω= =100π rad/s，u=20 sin(100πt) V，A错误；由于副线圈两端电压不变，故只断开S2，两灯串联，电压为额定值一半，不能正常发光，B错误；只断开S2，副线圈电路电阻变为原来的2倍，由P= 知副线圈消耗功率减小，则原线圈输入功率也减小，C错误；输入电压有效值U1=20 V，U2= 由PR= 得PR=0.8 W，D正确。
【拓展例题】考查内容：多个副线圈问题【典例】如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1 000匝，有两个副线圈，匝数分别为n2=200匝，n3=500匝，分别接阻值为R=55 Ω的两相同电阻。若在原线圈上接入220 V的交流电，求： (1)两个副线圈上的电流之比I2∶I3为多少？(2)原线圈中的电流I1为多少？
【解析】(1)由变压比公式 及 可得U2= U1=44 V，U3= U1=110 V据欧姆定律I= ，得I2= =0.8 A，I3= =2 A故I2∶I3=2∶5(2)由电流关系式n1I1=n2I2+n3I3可得I1= =1.16 A。答案：(1)2∶5 (2)1.16 A
1.(2020·江苏高考)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上。则电流互感器( )A.是一种降压变压器B.能测量直流电路的电流C.原、副线圈电流的频率不同D.副线圈的电流小于原线圈的电流
【解析】选D。原线圈匝数较少，电流互感器是一种升压变压器，A选项错误。电流互感器的工作原理是电磁感应中的互感现象，只可以测量交变电流，B选项错误。电流互感器不会改变电流的频率，只改变电流的大小，故原、副线圈电流的频率相同，C选项错误。原线圈匝数较少，根据I1n1=I2n2，电流互感器是一种降电流的变压器，副线圈的电流小于原线圈的电流，D正确。

五、【拓展培优】
2.(多选)如图，一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表，下列结论正确的是( )
A.若电压表读数为6 V，则输入电压的最大值为24 VB.若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半C.若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍D.若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍
【解析】选A、D。若电压表读数为6 V，则输入电压U1= ×6 V=24 V是有效值，因此其最大值为24 V，A正确；若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则输出电压也增加到原来的2倍，电流表示数应增加到原来的2倍，B错误；若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输出电流减小到原来的一半，输入功率等于输出功率即P=IU也减小到原来的一半，C错误；若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出电压也增大到原来的2倍，则由P= 可知输出功率增加到原来的4倍，D正确。
3.(多选)如图所示，理想变压器原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R和两个小灯泡L1、L2，最初开关S是断开的，现闭合开关S，则( ) A.副线圈两端电压不变B.灯泡L1变亮C.电流表A1示数变大D.电阻R中的电流变小
【解析】选A、C。闭合开关S，副线圈两端电压不变，选项A正确；副线圈输出电流增大，电阻R中的电流变大，灯泡L1两端电压降低，灯泡L1变暗，选项B、D错误；电流表A1示数变大，选项C正确。
【总结提升】变压器的动态分析(1)根据题意弄清变量与不变量。(2)弄清变压器动态变化的决定关系。①原线圈与副线圈电压的决定关系。②输入功率与输出功率的决定关系。③原线圈与副线圈电流的决定关系。
4.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=4∶1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b两端加一定交流电压后，求两电阻消耗的电功率之比和两电阻两端电压之比。
【解题指南】解答本题时应注意以下三点：(1)电阻A两端的电压不等于原线圈两端的电压，电阻B两端的电压等于副线圈两端的电压。(2)电阻消耗的电功率公式应选用P=I2R。(3)电阻上的电压降公式应选用U=IR。
【解析】根据变压器原、副线圈电流之比 ，设流过A电阻的电流I1=I，则流过B电阻的电流为I2=4I，所以功率比 两电阻两端电压比 答案：
【补偿训练】 如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2 =2∶1，电阻R1=R2=110 Ω，原线圈接在电压U1=220 V的交变电流上，电流表、电压表均为理想电表。求： (1)电压表的读数U2。(2)电流表的读数I1。(3)原线圈的输入功率P1。
【解析】本题考查变压器的原理。(1)根据理想变压器原副线圈电压关系 代入数据得U2=110 V(2)电阻并联R并= =55 Ω据欧姆定律I2= =2 A据理想变压器原副线圈电流与匝数关系 代入数据得I1=1 A(3)P1=U1I1=220 W
答案：(1)110 V (2)1A (3)220 W
【新思维·新考向】 情境：如图甲是交流发电机，其发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。若一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S=0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B= T。为了用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220 V，11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如图乙所示。
问题：(1)能否计算输出电压有效值？若能，怎样计算。(2)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？