1、第五章 交变电流第4节 变 压 器 学 习 目 标 1了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理2通过探究得出理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系3明确理想变压器的输入与输出功率之间的关系，会推导原、副线圈中的电流关系填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识填一填|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1连接的线圈叫原线圈，与 2连接的线圈叫副线圈2原理：3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，在铁芯中激发的 4也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 53作用：改变交变电流的 6，不改变交变电流的7和 8电源负载互感磁场感应电动势电
2、压周期频率二、电压与匝数的关系 1理想变压器：没有 9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 10之比，即：U1U2 11 .能量损失匝数n1n23两类变压器(1)副线圈电压比原线圈电压低的变压器叫 12变压器(2)副线圈电压比原线圈电压高的变压器叫 13变压器4应用(1)远距离输电中，升压和降压后提供给用户(2)满足各种不同电压要求的用电设备降压升压|基础小题做一做|1正误判断(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压()(2)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率()(3)理想变压器是客观存在的()(4)U1U2n
3、1n2适用于任何理想变压器()2如图所示四个电路，能够实现升压的是()解析：选 D 变压器只能对交变电流变压，不能对直流变压，故 A、B 错误；由于电压与线圈匝数成正比，所以，C 错误，只有 D 能实现升压3(2019灵山县月考)如图所示，原、副线圈匝数比为 21的理想变压器正常工作时()A原、副线圈磁通量之比为 12B原、副线圈电流之比为 12C输入功率和输出功率之比为 12D原、副线圈电压之比为 12解析：选 B 理想变压器是根据电磁感应现象工作的，通过原、副线圈的磁通量相等，A 选项错误；根据理想变压器电流和匝数的关系可知，原、副线圈电流之比为 12，B 选项正确；理想变压器的输入功率和
4、输出功率相等，C 选项错误；根据理想变压器电压和匝数的关系可知，原、副线圈电压之比为21，D 选项错误4变压器的原、副线圈连在一起吗？是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗？提示：变压器的原、副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，是利用互感现象在副线圈上感应出电流的，并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去了|核心知识记一记|1互感现象是变压器的工作基础，变压器工作时有能量损失，变压器的输出功率与输入功率之比叫做变压器的效率理想变压器的效率为 100%.2理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为U1U2n1n2.3如果理想变压器的副线圈只有一个，则 P1P2，即 U1I1U2I2，得出原
5、、副线圈电流与匝数的关系为I1I2n2n1.4所有变压器不改变交变电流的频率，理想变压器不改变功率析要点、研典例、重应用课堂互动探究要点一 变压器的工作原理|要点梳理|1工作原理2变压器的作用改变交变电流的电压，而不改变交变电流的周期和频率|例题展示|【例 1】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比 n1：n241，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，电流表 A1 的示数为 12 mA，则电流表 A2 的示数为()A3 mA B0C48 mAD与负载 R 的值有关解析 当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量
6、不变，不能在副线圈中产生感应电流答案 B易 错 提 醒变压器不能改变恒定电流的电压因为变压器的变压原理是互感现象若通过原线圈的电流为恒定电流，则在铁芯中激发的磁场为恒定磁场，副线圈中无感应电动势产生，所以变压器不能改变恒定电流的电压|对点训练|1(多选)(2018遵义市红花岗区期中)下列关于变压器的说法正确的是()A变压器可以增加输出功率B变压器可以改变直流电压C变压器只能升高电压D变压器既能升压也能降压解析：选 AD 变压器是根据电磁感应规律工作的，不可以改变直流电压，B 选项错误；根据理想变压器电压和匝数的关系可知，变压器可以升压也可以降压，C 选项错误，D 选项正确；变压器可以增大输出电
7、压，进一步增加输出功率，A 选项正确2关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈解析：选 C 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是按照正弦规律周期性变化的，故 A 错误；由于是理想变压器，穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等，故 B 错误；穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势，符合法拉第电磁感应定律，故 C 正确；变压器的工作原理是互感现象，原、副线圈并没有直接相连，故 D 错误要点二 理想变压器各物理量间的关
8、系|要点梳理|1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E1E2n1n2.2电压关系：由于不计原、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n 组线圈时，则有：U1n1U2n2U3n3升压、降压变压器3功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入P 出4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|例题展示|【例2】如图，理想变压器
9、原、副线圈匝数比 n1n221，V 和 A 均为理想电表，灯泡电阻 RL6，A、B 端电压u112 2sin 100t V下列说法正确的是()A电流频率为 100 HzBV 的读数为 24 VCA 的读数为 0.5 AD变压器输入功率为 6 W解析 根据 u112 2sin 100t V 及 UUm2知，U112 V，f 250 Hz，选项 A 错误；根据U1U2n1n2得 U2n2n1U11212 V6 V，即 V 的读数为 6 V，选项 B 错误；根据 I2U2RL66 A1 A，即 A 的读数为 1 A，选项 C 错误；根据 P1P2 及 P2U22RL626 W6 W，选项 D 正确答
10、案 D【例 3】如图所示为理想变压器，原线圈的匝数为 1 000 匝，两个副线圈的匝数分别为n250 匝，n3100 匝，L1 是“6 V 2 W”的小灯泡，L2 是“12 V 4 W”的小灯泡，当原线圈两端接上交流电压时，L1、L2 都正常发光，那么原线圈中的电流为()A.160 A B.130 AC.120 A D.110 A解析 由 P 入P 出可知，I1U16 W，又U1U2n1n2，U1n1n2U21 00050 6 V120 V，所以 I1P入U1 6120 A 120 A.答案 C规 律 方 法对U1U2n1n2的理解(1)U1U2n1n2，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适
11、用的(2)输出电压 U2 由输入电压 U1 和原、副线圈的匝数比共同决定由U1U2n1n2得，U1n1U2n2t.(3)若变压器有多个副线圈，有U1U2n1n2，U1U3n1n3，即电压关系仍成立两个副线圈之间满足U2U3n2n3.|对点训练|1如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 201，两个标有“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()A120 V,0.10 AB240 V,0.025 AC120 V,0.05 AD240 V,0.05 A解析：选 D 由于灯泡正常发光，所以 U212 V，根据U1U2n
12、1n2解得 U1240 V；两个灯泡均正常发光，I22 PU21 A，根据I1I2n2n1解得 I10.05 A，故 D 正确2一理想变压器原、副线圈匝数之比 n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压 U 如图所示副线圈仅接入一个 10 的电阻，则()A流过电阻的电流是 20 AB与电阻并联的电压表的示数是 100 2 VC经过 1 分钟电阻发出的热量是 6103 JD变压器的输入功率是 1103 W解析：选 D 由电压的有效值和最大值的关系得U1Um2220 V.根据理想变压器电压与匝数的关系U1U2n1n2，得 U2n2n1U1 511220 V100 V，故电压表的示数是 10
13、0 V，B 错误；I2U2R 10010 A10 A，A 错误；1 分钟内电阻发出的热量QI2Rt1021060 J6104 J，C 错误；变压器的输入功率等于输出功率，即 P 入P 出U2I210010 W1103 W，D 正确3.(多选)(2016全国卷)如图理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡 a 和b.当输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时，两灯泡均能正常发光下列说法正确的是()A原、副线圈匝数比为 91B原、副线圈匝数比为 19C此时 a 和 b 的电功率之比为 91D此时 a 和 b 的电功率之比为 19解析：选 AD 设灯泡的额定电压为 U0，输入电压为灯泡额定电
14、压的 10 倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为 91，选项 A 正确，选项 B错误；由 9U0IaU0Ib 得，流过 b 灯泡的电流是流过 a 灯泡电流的 9 倍，根据 PUI，a、b 灯泡的电功率之比为 19，选项 C错误，选项 D 正确要点三 理想变压器的动态分析问题|要点梳理|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 U1 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
15、功率制约(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)总功率 P 入P 出，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.|例题展示|【例 4】(多选)(2019郑州模拟)如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，保持输入电压不变开始时单刀双掷开关 K接 a；S 断开时，小灯泡 A 发光较暗，要使小灯泡 A 亮度
16、增加，下列操作可行的是()A闭合开关 SB开关 K 接 bC把滑动变阻器滑片向左移动D把滑动变阻器滑片向右移动解析 闭合开关 S，根据串联电路的规律可知，副线圈回路电阻变小，根据理想变压器电压和匝数的关系可知，输入电压不变，则输出电压不变，根据闭合电路欧姆定律可知，输出电流变大，滑动变阻器上的分压增大，灯 A 两端电压变小，灯泡 A 变暗，A 选项错误；开关 K 接 b，原线圈匝数减小，输出电压增大，灯泡 A中电流增大，灯泡 A 变亮，B 选项正确；把滑动变阻器滑片向左移动，副线圈回路总电阻变大，副线圈两端电压不变，总电流变小，灯泡 A 两端的电压变小，灯泡 A 变暗，C 选项错误；把滑动变阻
17、器滑片向右移动，副线圈回路总电阻变小，总电流变大，灯泡 A 两端的电压变大，灯泡 A 变亮，D 选项正确答案 BD规 律 方 法理想变压器动态问题的处理方法(1)首先抓住三个决定原则：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)把副线圈当做电源，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|对点训练|1如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡 L 供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不
18、变，则()A小灯泡变亮B小灯泡变暗C原、副线圈两端电压的比值不变D通过原、副线圈电流的比值不变解析：选 B 根据变压器电压与匝数关系：U1U2n1n2，因为是降压变压器，则 n1n2，当原、副线圈减少相同匝数时，由数学知识可知n1n2变大，则 U2 减小，故灯泡变暗，选项 A、C 错误，B 正确；根据I1I2n2n1可知通过原、副线圈电流的比值变小，选项D 错误故选 B.2(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，闭合开关 S，下列说法正确的是()AP 向下滑动时，灯 L 变亮BP 向下滑动时，变压器的输出电压不变CP 向上滑动时，变压器的输入电流变小DP 向上滑动时，变压器的输出功率变大解析：选 BD 当滑动变阻器 R 的滑片向下移动时，总电阻增大由于输入电压 U1 不变，且原副线圈匝数不变，所以副线圈电压 U2 不变，根据 PU2R，可知灯 L 亮度不变，故 A 错误，B 正确；当滑动变阻器 R 的滑片向上移动时，总电阻减小，由于输入电压 U1 不变，且原副线圈匝数不变，所以副线圈电压不变，则副线圈的总电流 I2 增大，因此输入电流 I1 也增大，此时变压器的输出功率 P2U2I2 也增大，故 C 错误，D 正确课堂小结word部分：请做：课时分层训练练规范、练能力、学业过关点此进入该word板块