1、3变压器1了解变压器的构造及其工作原理。2.知道如何探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。3.掌握理想变压器的原、副线圈的电压与匝数的关系，能应用理想变压器的功率关系分析电流关系并解决基本问题。4.了解变压器的能量输送过程。一、变压器的原理1构造：如图，变压器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作原线圈，也叫初级线圈；与负载连接的线圈叫作副线圈，也叫次级线圈。2原理：互感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，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，能够输出电压和电流。3作用：在输入的交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数
2、，副线圈输出的电压也不一样，即变压器的作用是改变交变电流的电压。4理想变压器：把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。二、电压与匝数的关系1电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即。2变压器的效率：变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。3两类变压器：如果副线圈的电压比原线圈的电压低，这样的变压器叫作降压变压器，反之则叫升压变压器。4变压器中的能量转化(1)变压器能输送电能是利用了电磁感应。(2)能量输送、转化过程原线圈将电场的能量转变成磁场的能量；铁芯将磁场能输送给副线圈；副线圈上产生感应电流，将磁场的能量转化成了电场
3、的能量。判一判(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)实际上变压器的效率都是比较高的。()(3)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。()(4)学校中用的变压器工作时没有能量损失。()提示：(1)(2)(3)(4)想一想如果将变压器的原线圈接到稳恒直流电源上，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，在原线圈上接稳恒直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生。课堂任务实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图1是变压器的示
4、意图，在输入的交流电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不一样。两个线圈之间没有导线连接，变压器副线圈为什么能输出电流？提示：互感现象是变压器工作的基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。活动2：根据电磁感应定律，通过分析，你认为线圈两端的电压与线圈的匝数可能有什么关系？提示：根据电磁感应定律En，两线圈中的磁通量变化率基本相同，所以猜想两线圈两端的电压与线圈的匝数成正比。活动3：实验中要注意控制变量，可以利用教学用的可拆变压
5、器(图2)通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。可拆变压器有什么优点？提示：可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。活动4：本实验的原理是什么？请画出实验电路图和记录数据的表格。提示：(1)本实验的原理是：保持原线圈输入的电压一定，改变原、副线圈的匝数，测量副线圈上的电压，找出原、副线圈电压与匝数的关系。(2)画出电路图如图所示。电路图上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值。要事先推测副线圈两端电压的可能数值。(3)记录数据的表格如表1、表2所示。表1：保持原线圈匝数n1不变n1U1/Vn2U2/V表2：保持副线圈匝数n2不变n1U1/Vn2U2/V活动5：请根
6、据画出的电路图写出操作步骤。提示：(1)组装可拆变压器。(2)按电路图连接电路，注意原线圈一侧接低压交流电源。(3)原、副线圈各取一定的匝数，闭合开关，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将数据记入设计的表格。(4)保持原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格1。(5)保持副线圈的匝数不变，多次改变原线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格2。(6)先将两个多用电表从电路中断开，然后断开交流电源的开关，拆除电路。(7)将多用电表的选择开关置于交流电压最大量程挡或“OFF”位置，整理器材。活动6：本实
7、验中操作时应注意什么？提示：(1)连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。只有这时才能接通电源。(2)为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V；即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。(3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。(4)先拆除多用电表，再断开开关，以免烧杯电表。活动7：分析表格记录的数据，可得出什么结论？提示：原、副线圈上的电压之比近似等于它们的匝数之比。1误差分析实验数据没有严格遵从实验结论所述规律，是因为以下因素使得变压器工作时有能量损耗。(1)变压器线圈
8、通过电流时会发热；(2)铁芯在交变磁场的作用下会发热；(3)交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内。2理想变压器(1)定义：有些变压器的能量损耗很小，可以忽略。我们把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。(2)特点原、副线圈中的电流产生的磁场均束缚在闭合铁芯内，即无漏磁。原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”。闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”。理想变压器严格遵守P入P出。说明：对于实际变压器(特别是大型变压器)，一般都可以近似看成是理想变压器，理想变压器是从实际变压器中抽象出来的理想化物理模型，理想变压器是没有功率损耗的变压器，而实际变压器或多或少是有功率损耗的。(3)遵从
9、的规律：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即。例1在“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。(1)下列器材中，实验需要的器材是_。A干电池 B低压交流电源C220 V交流电源 D条形磁体E可拆变压器和导线 F直流电压表G多用电表(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈两端的电压值。由于交变电流的电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的_(选填“有效”或“最大”)值。其中一次操作后副线圈所接多用电表读数如图所示，此时电表读数为
10、_。(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成_(选填“正比”或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损导致原线圈与副线圈的电压之比一般_(选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。规范解答(1)“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，所以只需要多用电表、低压交流电源以及可拆变压器和导线，故选B、E、G。(2)多用电表测量的是交流电压的有效值。题图多用电表选用的挡位是交流电压10 V挡，由题图可得电表读数为7.2 V。(3)根据可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比；实验中由于变压器的铜损和铁损导致副线圈的电压U2较小，所以导致。完美答案(
11、1)BEG(2)有效7.2(3)正比大于实验点拨(1)只有理解实验原理及人身和器材的安全要求，才能正确选择实验器材、设计实验步骤。(2)本实验用的是多用电表的交流电压挡，应复习多用电表的有关知识。(3)对本实验做数据分析和误差分析时，要注意可拆变压器与理想变压器的区别。(2019江苏省高二期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中。(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是_。A为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 VB连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源C因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱D为了多用表的安全，使用交流电压挡测
12、电压时，先用最大量程挡试测(2)多用电表刻度盘上交流电压的刻度是_(选填“均匀”或“不均匀”)的。(3)某实验小组通过实验，记录的数据如下表：原线圈匝数n1(匝)100200400400副线圈匝数n2(匝)400400200800原线圈两端的电压U1(V)1.964.908.004.86副线圈两端的电压U2(V)7.809.763.909.64通过分析实验数据可得出的实验结论是：_。(4)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00 V和3.90 V，据此可知电压比与匝数比并不相等，主要原因是：_(至少说出两个原因)。答案(1)D(2)不均匀(3)在误差
13、允许的范围内，变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比(4)有漏磁、铁芯发热、导线发热解析(1)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，故A错误；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，B错误；通电时，不可直接用手接触裸露的导线、接线柱，否则无形之中，将人体并联在电路中，导致所测数据不准确，故C错误；为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，应先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。(2)由多用电表的表盘可知，多用电表刻度盘上交流电压的刻度是不均匀的。(3)通过分析实验数据可得出的实验结论是：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的
14、电压之比，等于原、副线圈的匝数之比。(4)原、副线圈的电压之比与匝数之比并不相等，主要原因是变压器不是理想变压器，即有漏磁、铁芯发热、导线发热。课堂任务电压与匝数的关系及其应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲所示，你能从理论上推导理想变压器原、副线圈的电压之比与原、副线圈匝数之比的关系式吗？提示：如图甲，原线圈与交流电源组成的电路中，由于电流i1的大小和方向不断变化，而在原线圈中产生感应电动势E1(有效值)以阻碍电流i1的变化。对于理想变压器，线圈电阻不计，所以原线圈中产生的感应电动势等于交流电源的输出电压，即E1U1。根据法拉第电磁感应定律，有E1n1，其中1是穿过原线
15、圈的磁通量。对于理想变压器，原线圈激发的磁场全部在铁芯中，所以穿过副线圈的磁通量21。根据法拉第电磁感应定律，副线圈中产生的感应电动势E2n2。对于理想变压器，线圈电阻不计，所以副线圈中产生的感应电动势等于副线圈的输出电压，即E2U2。由以上各式可得： 。活动2：如图甲，你能推导出理想变压器原、副线圈中的电流大小与它们的线圈匝数之间的关系吗？提示：理想变压器没有能量损耗，所以输出功率等于输入功率，即P2P1，结合关系式，P1U1I1，P2U2I2，可得：n1I1n2I2。活动3：如图乙，家庭电路都是接在变电站的副线圈两端，家庭电路的电压一般可认为不变，傍晚工作的用电器增多时，两个电流表的示数如
16、何变化？提示：家庭电路的电压一般可认为不变，用电器增多时，变压器负载总电阻减小，所以电流表A2的示数增大；又因为耗电功率增大，所以输入功率增大，而原线圈两端电压不变，所以电流表A1的示数也增大。活动4：实际上变电站离用户较远，输电线电阻r线不能忽略，导致傍晚工作的用电器增多时，用户灯光偏暗，请根据图丙分析此现象。提示：用电器增多时，变压器负载总电阻减小，所以电流表A2的示数增大，输电线电阻r线分得的电压增大，到达用户的电压低于220 V，所以灯泡发光偏暗。活动5：为了解决以上弊端，变电站将变压器升级成了可调压变压器，如图丙，那么该如何调节呢？提示：傍晚用电高峰时，输电线分压较多，为了使用户的电
17、压保持220 V不变，应增加变压器副线圈的匝数；深夜用电较少时，应减小变压器副线圈的匝数，防止用户电压过高而损坏电器。1理想变压器原、副线圈两端的电压关系：(1)对于，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。(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。(3)若变压器有两个副线圈，则有，所以有、和。(4)根据可得：当n2n1时，U2U1，这种变压器称为升压变压器；当n2n1时，U2n2Bn3n4Ca为交流电流表，b为交流电压表Da为交流电压表，b为交流电流表答案AD解析由电路连接方式可知，左图是电压互感器，把高电压经过变压器变成低电压后测量，所以n1n2，a为交流电压表。由
18、电路连接方式可知，右图为电流互感器，把大电流经过变压器变为小电流再测量，所以n3n4，b为交流电流表。综上所述，A、D正确，B、C错误。3(变压器基本规律的应用)如图所示，理想变压器的原线圈接入u11000sin100t(V)的交变电压，副线圈通过电阻r6 的导线对“220 V880 W”的电器RL供电，该电器正常工作。由此可知()A原、副线圈的匝数比为501B交变电压的频率为100 HzC副线圈中电流的有效值为4 AD变压器的输入功率为880 W答案C解析根据接入电压u11000sin100t(V)，可知输入电压的有效值为11000 V，由“220 V880 W”的电器正常工作，可知通过该电
19、器的电流为I4 A，副线圈的输出电压为U出IrU46 V220 V244 V，原、副线圈匝数比等于输入电压与输出电压之比，为275061，故A错误，C正确；交流电的频率f Hz50 Hz，故B错误；变压器的输出功率P出PRLPr880 W，P入P出，故D错误。4(变压器基本规律的应用)(多选)如图所示，在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1600，n2120，交流电源电压U1220 V，原线圈中串联一个0.2 A的保险丝(电阻不计)，为保证保险丝不被烧断，则()A负载功率不能超过44 WB副线圈电流最大值不能超过1 AC副线圈电流有效值不能超过1 AD副线圈电流有效值不
20、能超过0.2 A答案AC解析P入U1I12200.2 W44 W，由P入P出可知负载功率不能超过44 W，A正确；由n1I1n2I2，得I21 A，故副线圈电流有效值不能超过1 A，故C正确，B、D错误。5. (变压器基本规律的应用)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦式交流电源，副线圈接入“220 V60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()A电流表的示数为 AB电源输入功率为1200 WC电流表的示数为 AD原线圈两端电压为11 V答案C解析由灯泡正常发光，可知副线圈两端电压为220 V，由可知，原线圈两端电压U120220 V4400 V，D错误。因输入功率等于输
21、出功率，则电源输入功率P1P260 W，故B错误。电流表读数为有效值，即原线圈中电流I1 A A，故A错误，C正确。6(自耦变压器的应用)(多选)如图甲所示为一自耦变压器，变压器的原线圈AB端输入电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻R011 ，电容器C的击穿电压为22 V，移动滑动触头使电容器刚好不会被击穿，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是()A电压表的示数为220 VB原、副线圈的匝数比为101C电流表的示数等于通过电阻R0的电流D原线圈AB端输入电压的变化规律为u311sin100t(V)答案AD解析电压表的示数等于交变电压的有效值，所以电压表的示数为U1220 V，A正确；电容器刚
22、好不被击穿，所以副线圈两端电压的最大值为22 V，有效值为U2 V11 V，所以原、副线圈的匝数比为n1n2U1U2101，B错误；交变电流能“通过”电容器，所以电流表的示数大于通过R0的电流，C错误；由ut图像可知Um311 V，T0.02 s，所以100 rad/s，故u311sin100t(V)，D正确。7(变压器的动态分析)如图甲所示为一自耦变压器，P2为副线圈的滑动触头，电压表与电流表均为理想交流电表，P1为滑动变阻器R的滑动触头，变压器的原线圈接有如图乙所示的交流电，则下列说法正确的是()A当P2位于正中央时，电压表的读数为110 VB流过电流表的电流方向1 s内改变50次C在P2
23、向下缓慢移动的过程中，两理想电表的读数均减小D当P1向下移动时，变压器的输入功率减小答案C解析当P2位于正中央时，原、副线圈的匝数比为21，原线圈电压的有效值为U1220 V，又由可知副线圈的输出电压的有效值为110 V，因此电压表的读数为110 V，故A错误；由图乙可知该交流电的周期为T0.02 s，则1 s内电流方向改变100次，故B错误；在P2向下缓慢移动的过程中，副线圈的匝数减小，则副线圈的输出电压减小，电压表的读数减小，由欧姆定律可知电流表的读数也减小，故C正确；当P1向下移动时，U2不变，R减小，故I2增大，由PUI可知变压器的输出功率增大，由P入P出知，变压器的输入功率也增大，故
24、D错误。8(探究变压器电压与匝数的关系)(1)变压器的工作原理是：_。(2)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，某同学先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)；上述过程中采用的实验方法是_。(3)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是_。A6 VB4.3 VC2.1 V答案(1)互感现象(2)增大减小控制变量法(3)C解析(2)先保持原线圈的匝数不变，增
25、加副线圈的匝数，因电压和匝数成正比，即，则观察到副线圈两端的电压增大；同理，可知再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小；上述过程中采用的实验方法是控制变量法。(3)当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，左侧线圈的匝数为16n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈的匝数为4n，其中n为某一个常数；理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为：，如果是理想变压器，则“0”“4”接线柱间输出的电压是3 V，实验中考虑到漏磁、绕组导线中产生的焦耳热等因素，所以“0”“4”接线柱间输出的电压要小于3 V，故A、B错误，C正确。9. (变压器基本规律的应用)(
26、2020山东烟台高二期末)如图所示，三个相同的灯泡与理想变压器相连接，当接上交流电源后，三个电灯均正常发光，导线电阻不计，电源的输出电压U1与副线圈两端的电压U2之比为()A12 B11 C21 D31答案D解析设灯泡正常发光时的电流为I，电压为U，根据题意，三个灯泡都正常发光，则副线圈中的电流为2I，原线圈中的电流为I，副线圈两端的电压U2U，原线圈电流与副线圈电流之比为12，则变压器的原、副线圈匝数比为21，电压比为21，即变压器的输入电压为2U，所以U1U2U3U，电源的输出电压U1与副线圈两端的电压U2之比为31，D正确，A、B、C错误。10(变压器的动态分析)(多选)由于天气原因，某
27、小区的供电系统遭到严重破坏。为此，启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示，发电机输出的电压u480sin100t(V)，图中R表示输电线的电阻，滑动触头P置于a处时，用户的用电器恰好正常工作。在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则()A若A2的示数为2 A，R10 ，则原、副线圈的匝数比n1n221B若A2的示数为2 A，R10 ，则原、副线圈的匝数比n1n221C若发电机的输出电压发生波动使V1的示数小于正常值，而用电器不变时，应使滑动触头P向下滑动D若V1的示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向上滑动答案AD解析若A2的示数为2 A，R
28、10 ，又用户电压为220 V，故副线圈两端电压U2220 VI2R240 V，又原线圈两端电压U1480 V，故原、副线圈的匝数比n1n2U1U221，故A正确，B错误；由得U2U1，若U1变小，为保证用电器仍能正常工作，则n2应变大，滑动触头P应向上滑动，故C错误；当用电器增加时，副线圈中的电流增大，输电线电阻R上的电压增大，为保证用电器仍能正常工作，副线圈两端的电压应增大，故滑动触头P应向上滑动，故D正确。11. (变压器基本规律的应用)如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n11100匝，接入电压U1220 V的交流电路中。(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U26 V、U3110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6 V20 W”“110 V60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？答案(1)30550(2) A解析(1)根据原、副线圈电压与匝数的关系，由得n2n11100匝30匝，同理，n3n11100匝550匝。(2)设原线圈输入电流为I1，由P入P出得U1I1U2I2U3I3P2P3，所以I1 A A。