1、第五章 交变电流第4节 变压器第五章 交变电流 1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理 2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题(重点难点)3.了解电压互感器和电流互感器【基础梳理】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，与交流电源连接的线圈叫_，与负载连接的线圈叫_2原理_现象是变压器工作的基础原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的_也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生_.原线圈副线圈互感磁场感应电动势二、电压与匝数的关系1理想变压器：没有_的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型2电压与匝数的关系原、副线圈的_等于两个线圈的_，即U
2、1U2n1n2.3理想变压器原、副线圈功率关系P1_P2.4两类变压器：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_变压器能量损失电压比匝数比降压升压【自我检测】判断正误(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比()(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高()(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失()(4)理想变压器不能改变交变电流的频率()探究思考 如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？提示：不能变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不
3、会有感应电动势产生 理想变压器的原理和基本规律的应用 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比 n1n221，V 和 A 均为理想电表，灯泡电阻 RL6，AB 两端电压 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；又 I2U2RL66 A1 A，即 A 的读数为 1 A，选项 C
4、 错误；根据 P 入P 出及 P 出U22RL626 W6 W，选项 D 正确答案 D关于理想变压器的五点说明(1)变压器不能改变直流电压(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率(3)理想变压器本身不消耗能量(4)理想变压器基本关系中的 U1、U2、I1、I2 均为有效值(5)理想变压器的变压关系是一个普适关系，而电流比I1I2n2n1则不然，它只适用于副线圈仅有一个的情况而对副线圈有多个的情况则应根据功率关系 P 入P 出，即 U1I1U2I2U3I3来找出各线圈间的电流关系【题组过关】1(2019成都高二检测)如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为 12；副线圈
5、电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为 220 V，额定功率为 22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正常发光若用 U 和 I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则()AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 2 V，I0.2 ADU110 2 V，I0.2 2 A解析：选 A.U2220 V，根据 U1U2n1n2 得 U1110 VI2 PU20.1 A，根据 I1I2n2n1 得 I10.2 A，所以正确答案是 A.2(多选)(2016高考全国卷)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 1
6、0 倍时，两灯泡均能正常发光下列说法正确的是()A原、副线圈匝数之比为 91B原、副线圈匝数之比为 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.因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的 10 倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为 91，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为 91，A 项正确，B 项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为 19，由电功率 PUI 可知，a和 b 的电功率之比为 19，C 项错误，D 项正确 理想变压器的动态分析1电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：当变压器
7、原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输入电压 U1 决定输出电压 U2，即 U2n2U1n1.(2)功率制约：P 出决定 P 入，P 出增大，P 入增大；P 出减小，P 入减小；P 出为 0，P 入为 0.(3)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，副线圈中的输出电流 I2 决定原线圈中的电流 I1，即 I1n2I2n1.2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 RI2P 出P 入I1.(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 n
8、1、n2U2I2P 出P 入I1.命题视角 1 负载变化(多选)(2019山西阳高高二期末)如图所示，R 是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220 2sin 100t(V)，则()A电压表的示数为 22 2 VB在天逐渐变黑的过程中，电流表 A2 的示数变小C在天逐渐变黑的过程中，电流表 A1 的示数变大D在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小解析 根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为 220 2 V，根据电压之比等于线圈匝数之比可知，
9、副线圈的电压的最大值为 22 2 V，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为 UV22 22V22 V，故 A 错误；在天变黑的过程中，光照变弱，R 阻值增大；电路的总电阻增大，由于电压是由变压器决定的，输出的电压不变，所以电流变小，电流表 A2 的示数变小，故 B 正确；由于变压器的输入和输出的功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由 PUI 可知，输出的功率要减小，故输入的功率也要减小，因输入电压不变，故输入功率变小，故 C 错误，D 正确答案 BD命题视角 2 匝数比变化(多选)(2019成都七中高二月考)如图所示为一理想变压器，S 为单刀双掷开关，P 为滑动变阻器的滑动触头，U
10、1 为加在原线圈两端的电压，I1 为原线圈中的电流，则()A保持 U1 及 P 的位置不变，S 由 a 合到 b，I1 将增大B保持 P 的位置及 U1 不变，S 由 b 合到 a，R 消耗的功率减小C保持 U1 不变，S 合在 a 处，使 P 上滑，I1 将增大D保持 P 的位置不变，S 合在 a 处，若 U1 增大，I1 将增大思路点拨解析 S 由 a 合到 b，n1 减小而 U1 不变，由U1U2n1n2可知副线圈上电压 U2 增大，负载 R 的电流 I2 增大，P2 增大；又由于P1P2U1I1，故 I1 增大，A 项正确；同理 S 由 b 合到 a 时，P2 减小，B 项正确；P 上
11、滑时，负载电阻 R 增大，而 U1、U2均不变，由 I2U2R 可知 I2 减小，又由于 n1、n2 均不变，由I1I2n2n1可知 I1 将减小，故 C 项错误；当 U1 增大时，由U1U2n1n2可知U2 也增大，I2U2R 增大，再由I1I2n2n1可知 I1 增大，故 D 项正确答案 ABD处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，U2 由 U1 和匝数比决定；I2 由 U2 和负载电阻决定，I1 由 I2 和匝数比决定(2016高考天津卷)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表下列说法正确的是()A当滑动
12、变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，R1 消耗的功率变大B当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，电压表 V 示数变大C当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，电流表 A1 示数变大D若闭合开关 S，则电流表 A1 示数变大，A2 示数变大解析：选 B.当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，变压器副线圈的总负载的等效电阻增大，R1 中电流减小，R1 两端电压减小，电压表示数变大，R1 消耗的电功率变小，选项 A 错误，B 正确；当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，变压器副线圈输出电流减小，输出功率减小，根据变压器输入功率等于输出功率，变压器输入功率减小，电流表
13、 A1 示数变小，选项 C 错误；若闭合开关 S，变压器副线圈的总负载的等效电阻减小，则 R1 中电流增大，R1 两端电压增大，电压表示数减小，电流表 A2 示数减小，电流表 A1 示数变大，选项 D 错误 自耦变压器和互感器1自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图所示2互感器交流电压表和交流电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压(如图甲所示)(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流
14、变成小电流(如图乙所示)(多选)如图甲、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，其中的电表为电压表；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，其中的电表为电流表，故选项 C、D 正确答案 CD(1)电压互感器应并联接入电路；电流互感器应串联接入电路(2)电压互感器是把高电压变成低电压，故原线圈匝数 n1 大于副线圈匝数 n2.(3)电流互感器是把大电流变成小电流，故原线圈匝数 n1 小于副线圈匝数 n2.本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
