1、4 变压器同学们，前面我们学习了电磁感应和互感的有关规律，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：1在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中电流有变化时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()A B C D【答案】D【解析】两个相距较近的线圈，当其中的一个线圈中电流发生变化时，就在周围空间产生变化的磁场这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，即发生互感现象要使这种影响尽量小，应采用D所示的安装位置才符合要求因为通电线圈的磁场分布与条形磁铁的类似，采用D所示的安装位置时，变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小2如
2、图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电池构成闭合电路，a、b、c 为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片左、右滑动时，能产生感应电流的金属圆环是()Aa、b 两个环 Bb、c 两个环Ca、c 两个环Da、b、c 三个环【答案】A【解析】当滑片左、右滑动时，通过a、b的磁通量变化，而通过c环的合磁通量始终为零，故a、b两环中产生感应电流，而c环中不产生感应电流一、变压器的原理1构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与_连接的线圈叫原线圈，与_连接的线圈叫副线圈，两个线圈都绕在_2原理_现象是变压器的工作基础原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁
3、芯中激发的_也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生_电源负载闭合铁芯上互感磁场感应电动势3作用改变交变电流的_，_(填“能”或“不能”)改变交变电流的频率4原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载(2)副线圈在其所处回路中充当_电压不能电源在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图进行实验则闭合电键后，灯泡是否发光？并解释出现这种现象的原因？【答案】因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光(只会在开关闭合和断开时闪一下)原因是恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也
4、不发生变化，所以 Ent 0.故副线圈中无感应电动势二、电压与匝数的关系1理想变压器没有_的变压器2电压与匝数的关系原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的_之比，即U1U2n1n2.3两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫_变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫_变压器能量损失匝数降压升压1理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁；(2)原、副线圈不计电阻，即不产生焦耳热；(3)铁芯中不产生涡流理想变压器的基本规律2电动势关系由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的t，根据法拉第电磁感应定律有 E1n1t，E2n2t，所以E1E2n1n2.3电压关系由于不计原、
5、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压 U1E1，副线圈两端的电压 U2E2，所以U1U2n1n2；当有多个副线圈时，则有U1n1U2n2U3n3.4功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入P 出5电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2得I1I2U2U1n2n1当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3得 I1n1I2n2I3n3.例1 理想变压器连接电路如图甲所示，已知原、副线圈匝数比为101，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A，则()A电压表读数为283 VB电压表读数为28.3 VC输入功率为56.4 WD输入功率为40 W解析：由题图乙可知，Um283 V，
6、则输入电压有效值 U1Um2200 V根据U1U2n1n2知，U220 V，再根据I1I2n2n1知，I10.2 A，输入功率 PU1I140 W，故 A、B、C 错，D 正确答案：D1(2020广州名校模拟)在如图所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为21，电阻R1R2，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为0.5 A，电压表的示数为5 V，则电阻R1的大小为()A25 B20 C15 D10【答案】A【解析】原副线圈电压之比为U1U2n1n221，已知 U25 V，故有 U12U210 V，通过 R1 的电流为 IU1R12U2R2，副线圈上的电流为 I2U2R2，又I
7、1I2n2n1，知 I112I2，所以流过电流表的电流为 III1212U2R20.5 A，故U2R2 0.5212，解得R225，且已知 R1R2，故有 R125.故 A 正确，B、C、D 错误变压器的动态变化分析1电压制约当变压器原、副线圈的匝数比n1n2 一定时，输出电压 U2由输入电压决定，即 U2n2U1n1.2电流制约当变压器原、副线圈的匝数比n1n2 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 I1n2I2n1.3负载制约(1)变压器副线圈中的功率 P2 由用户负载决定，P2P负 1P 负 2；(2)变压器副线圈中的电流 I2 由用户
8、负载及电压 U2 确定，I2P2U2；(3)总功率 P 入P 线P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的4对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1.例2 如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则()A保持U1及P的位置不变，K由a扳向b时，I1将增大B保持U1及P的位置不变，K由b扳向a时，R消耗
9、功率减小C保持U1不变，K接在a处，使P上滑，I1将增大D保持P的位置不变，K接在a处，若U1增大，I1将增大解析：保持 U1 及 P 的位置不变，K 由 a 扳向 b 时，n1 减小，n2n1增大，由 U2n2n1U1 知 U2 变大，则输出电流 I2 增大，输出功率增大，输入功率也增大，由 P1U1I1 知，I1 增大，A 正确同理，K 若由 b 扳向 a，R 消耗功率将减小，B 正确U1 不变，K 接在a 处，使 P 上滑时，I2 减小，I1 也减小，故 C 错保持 P 的位置不变，K 接在 a 处，使若 U1 增大，则 U2 也增大，即 I2U2R 增大，则 P2 增大，P1P2，故
10、I1 也应增大，故 D 正确答案：ABD2(2020衡水名校模拟)如图甲所示理想变压器原、副线圈的匝数比为41，R1为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R2为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示下列说法正确的是()A变压器的输入功率与输出功率之比为41B变压器原、副线圈中的电流之比为41Cu随t变化的规律为u51sin(50t)V(式中各物理量均为国际单位制)D若热敏电阻R1的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大【答案】D【解析】原副线圈输入功率和输出功率相等，故 A 错误根据I1I2n2n1得，原副线圈的电流之比为 14，故 B
11、错误交变电压的峰值为 51 V，周期 T0.02 s，则角速度 2T 100 rad/s，则 u 随 t 的变化规律为 u51sin(100t)V，故 C 错误若热敏电阻 R1 温度升高，则热敏电阻的阻值减小，由于原线圈的电压不变，则副线圈的电压不变，副线圈中的电流变大，故 D 正确1自耦变压器如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用各种各样的变压器规律：U1U2n1n2，I1I2n2n1.2电压互感器、电流互感器(1)构造：如图甲、乙所示(2)接法：电压互感器原线圈并联在高压交流电路中，副线圈接电压表；电流互感器原线圈串联在
12、被测交流电路中，副线圈接电流表为了安全，外壳和副线圈应接地(3)作用：电压互感器可将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压交流电路的电压电压互感器是降压变压器，据U1U2n1n2，知 n1n2.电流互感器将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测交流电路中的大电流电流互感器是升压变压器，根据I1I2n2n1，知 n1n2.例3 图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()A线圈匝数n1n2，n3n2，n3n4C甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D乙图中的电表是电流表，输出端不可断路解析：题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1n2，题图甲中
13、的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3n4，题图乙中的电表为电流表，故选项C、D正确答案：CD3(多选)理想自耦变压器的原线圈接有如图乙所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻 R，触头 P 与线圈始终接触良好，下列判断正确的是()A交变电源的电压u随时间t变化的规律是uU0cos(100t)B若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大D若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大【答案】AB【解析】由图乙可得交变电源的周期为 T0.02 s，最大值为 U0，则电源的电压 uU0co
14、s(2T t)U0cos(100t)，选项 A正确；由U1U2n1n2，若仅将触头 P 向 A 端滑动，即 n2 增大，则副线圈的输出电压 U2增大，电阻 R 消耗的电功率 PU22R 增大，选项 B 正确；若仅使电阻 R 增大，则输出电压 U2 一定，输出电功率 PU22R 减小，原线圈的输入电功率减小，选项 C 错误；若使电阻 R 增大的同时，将触头 P 向 B 端滑动，则输出电压U2 减小，输出和输入的电功率减小，通过 A 处的电流 I1 PU1一定减小，选项 D 错误当变压器原线圈中接有用电器时由于原线圈中的用电器要分担一部分电压，因此原线圈两端电压不等于电源两端电压，但电压比、电流比
15、的关系仍然成立原线圈中接有用电器问题例4 如图甲所示，变压器原副线圈的匝数比为31，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9 V 6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压的ut图象如图乙所示则以下说法中正确的是()甲 乙A电压表的示数为 36 VB电流表的示数为 2 AC四只灯泡均能正常发光D变压器副线圈两端交变电流的频率为 50 Hz解析：输入电压等于灯泡 L1 与原线圈电压之和，而电压表测量到的实际上是原线圈两端电压，故 A 错误；原副线圈变压比 31，原、副线圈电流之比为 13，设副线圈电压为 U，则原线圈电压为 3U，灯泡 L1 的电压也是 U，故 4U36 V，U9
16、 V，故四个灯泡均正常工作电流表的示数为 I3I 额3P额U额2 A，B、C 正确；变压器原线圈的频率 f1T50 Hz，原副线圈的频率一样为 50 Hz，D 正确答案：BCD4(2020内江模拟)如图所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数比为 n1n251，分别接有定值电阻 R1 和 R2，且R1R251.原线圈接正弦交流电电压表为理想交流电压表则()A电阻R1和R2消耗的功率之比为11B电压表V1和V2的示数之比为51C电压表V1和V2的示数之比为61D原、副线圈磁通量变化率之比为51【答案】C【解析】设流过原线圈的电流为 I1，流过副线圈的电流为 I2，根据电流与匝数成反比，所以I1I215.电阻 R1 和 R2 消耗功率之比PR1PR2I1I22R1R215，故 A 错误电压表 V2 的示数 U2I2R2，电压表 V1 的示数 U1I1R15U26U2，所以U1U261，故 B 错误，C 正确理想变压器原、副线圈磁通量变化率相同，故 D 错误.