1、第2节 变压器第4章 远距离输电学习目标1.知道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.通过实验探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系知道理想化模型在物理学研究中的重要性3.了解变压器在生活中的应用第4章 远距离输电一、变压器的结构与工作原理 1结构：由_和两个或两个以上的_(绕组)组成原线圈与_相连，副线圈与_相连，铁芯由涂有绝缘漆的_而成 2分类：_变压器和_变压器3工作原理：电磁感应是变压器的工作原理，即_是变压器工作的基础 闭合铁芯线圈电源负载硅钢片叠合升压降压互感现象想一想 1.变压器的原、副线圈连在一起吗？是原线圈中的电流直接跑到副线圈中去了
2、吗？提示：两线圈彼此绝缘，变压器是利用了互感现象在副线圈中感应出电流.二、科学探究变压器与匝数的关系 1定性探究变压器电压与匝数的关系 如图所示为原、副线圈匝数可变的变压器先保持原线圈匝数不变，使副线圈的匝数依次减少，电压表V2的示数依次_再保持副线圈的匝数不变，使原线圈匝数依次减少，电压表V2的示数依次_ 减小增大2变压器电压与匝数的关系 理想变压器特点 铁芯无漏磁、原副线圈无电阻 电压与匝数关系 电流与匝数关系 功率关系 I1I2n2n1P1P2U1U2n1n2提示：U110 V，根据小灯泡正常发光，则 U2 PR3 V，ILaU2R 0.1 A，根据n1n2 U1U2 103，I2I1
3、n1n2，所以 I2 n1n2I10.3 A，ILbI2ILa0.2 A.故答案为：103 0.2做一做 2.如图，理想变压器原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡La和Lb，小灯泡La的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为_，流过灯泡Lb的电流为_ A.1030.2三、常见变压器 1自耦变压器(1)示意图(2)特点 铁芯上只有一个_(3)用途 可升高电压，也可降低电压如果把整个绕组作_，副线圈只取绕组的一部分，就可以成为_变压器(图甲)；如果把绕组的一部分作原线圈，整个绕组作_，就可以成
4、为_变压器(图乙)绕组原线圈降压副线圈升压2三相变压器：它是_个相同容量的单相变压器的_，有三个铁芯柱，每个铁芯柱上都绕有同一相的两个线圈，一个是高压线圈，另一个是低压线圈 做一做3.如图所示,自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB100 V，R040，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为_V，通过电阻R0的电流为_A.三组合2005 1理想变压器的特点(1)没有漏磁,即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；(2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)；(3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流；(4)理想变压器是一种理想化模型 理想变压器的特
5、点及工作原理 2工作原理 变压器工作原理的物理过程示意图如图所示原线圈上加交变电压U1产生交变电流；铁芯中产生交变磁场即产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势U2；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电由于铁芯闭合，在不考虑铁芯漏磁的情况下，穿过原、副线圈的每匝线圈的磁通量及其变化率均相同，因此在原线圈上所加的交流电压值与原 线圈匝数不变的情况下，副线圈上产生的交变电压与副线圈的匝数成正比这样可以通过绕制不同匝数的副线圈来得到各种数值的交变电动势，从而改变交流电的电压 要强调的是：从能量转换角度看，变压器是把电能转化为磁能，再将磁能转化为电能的装置，一般地说，经过转换后电压
6、、电流均发生了变化特别提醒：(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(4)若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压(2014北海高二检测)如图所示，理想变压器的原线圈两端接平行直导轨，导轨处于匀强磁场中，副线圈上接电阻R和电压表，当导体棒ab运动时，下列说法中正确的是()A导体棒ab匀速运动时，电压表有示数 B导体棒ab匀速运动时，电压表没有示数 C导体棒ab做加速运动时，电压表没有示数 D导体棒ab做减速运动时，电压表没有示数 B 解析 导体棒ab运动切割磁感线时，产生感
7、应电动势EBLv.若ab匀速运动，感应电动势E不变，原线圈中电流也不变，因此穿过副线圈的磁通量不变，副线圈不会产生感应电动势，所以电压表无示数，A错误，B正确当ab加速或减速运动时，感应电动势E变化，原线圈中电流变化，穿过副线圈的磁通量变化，副线圈产生感应电动势，所以电压表有示数，C、D错误 名师归纳变压器是依据电磁感应工作的，因此只能在电流变化的电路中工作，如果变压器接入恒定电流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器就起不到变压作用 1如图所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10000 V的高压，开
8、关是自动控制的，如果我们在副线圈两端要得到一个高压，应该()A开关总处于接通状态 B开关由接通时断开 C开关由断开时接通D开关总处于断开状态 BC解析：欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有当开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选BC.1变压(变流)规律 表达 名称 规律表示 依据 备注 变压规律 功率关系 变流规律 P入P出 能量守恒 U1I1U2I2 适于一个原线圈及多个副线圈的情况 适于理想变压器 适于一个原线圈，一个副线圈 U1n1U2n2EntI1I2n2n1理想变压器的变压(变流)规律2.变压器工作时的制约关系(1)
9、电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2n2U1/n1.(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)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I1n2I2/n1.(3)功率制约：P2决定P1，P2增大,P1增大，P2减小，P1减小，P2为0，P1为0.特别提醒：变压器原副线圈功率制约关系、电流制约关系实质上体现了能量守恒特点(不计变压器能量损失)，消耗了多少能量，必定提供了多少能量，反过来提供了不消耗，提供的多消耗的少，显然是不符合能量守恒定律的 一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈
10、440匝，并接一个100 的负载电阻，如图所示(1)当原线圈接在44 V直流电源上时,电压表示数为_ V，电流表示数为_ A.(2)当原线圈接在220 V交流电源上时,电压表示数为_V，电流表示数为_ A此时输入功率为_ W，变压器效率为_ 00440.4419.36100%解析(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零(2)由U2U1n2n1得U2U1n2n1220 4402 200 V44 V(电压表读数)，I2U2R 44100 A0.44 A(电流表读数)，P 入P 出I2U
11、20.4444 W19.36 W，效率 100%.规律方法(1)变压器能改变交流电压，不能改变恒定直流电压(2)理想变压器的效率是100%.(3)交流电压表与电流表的示数均为有效值(4)输入功率由输出功率决定 2(2013高考广东卷)如图，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 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 WD解析：根据 u112 2sin 100t(V)及 UUm2知 U112 V，f 250 Hz，选项 A
12、 错误；根据U1U2n1n2得 U2n2n1U11212 V6 V，即 V 的读数为 6 V，选项 B 错误；根据I2U2RL66A1 A，即 A 的读数为 1 A，选项 C 错误；根据 P1P2 及 P2U22RL626 W6 W，选项 D 正确含有变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循欧姆定律首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判定，具体问题具体分析1原、副线圈匝数比n1n2不变，分析原、副线圈的电压 U1、U2，电流 I1、I2，输出和输入功率 P1、P2 随负载电阻变化而变化的情况将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为
13、U1，副线圈两端的电压 U2(U2n2n1U1)为定值，流过副线圈的电流 I2(I2n1n2I1)随负载电阻的减含有变压器的动态电路分析 小而增大，变压器的输出功率 P2(P2U2I2)也随着增大，不计变压器的能量损失，则变压器的输入功率 P1(P1P2)也增大，流过原线圈的电流 I1(I1P1U1)也增大动态分析的顺序是 U1U2I2P2P1I1.2负载不变，上述物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况：一般情况下，我们认为原线圈输入电压 U1和匝数 n1 不变，当副线圈匝数 n2 增大时，副线圈两端电压 U2(U2n2n1U1)增大，流过副线圈的电流 I2(I2U2R)增大，变压器输出功
14、率 P2(P2U2I2)增大，则理想变压器的输入功率 P1 增大，流过原线圈的电流 I1 增大(2012高考福建卷)如图，理想变压器原线圈输入电压 uUmsin t，副线圈电路中 R0 为定值电阻，R 是滑动变阻器V1 和 V2 是理想交流电压表，示数分别用 U1 和U2 表示；A1 和 A2 是理想交流电流表，示数分别用 I1 和 I2表示下列说法正确的是()AI1 和 I2 表示电流的瞬时值BU1 和 U2 表示电压的最大值C滑片 P 向下滑动过程中，U2 不变、I1 变大D滑片 P 向下滑动过程中，U2 变小、I1 变小C思路点拨 解决有关理想变压器的动态分析问题，关键是明确各量之间的相
15、互制约关系电压“入定出”，功率、电流“出定入”解析 在交变电流电路中电流表和电压表显示的均是有效值，A、B 错误；副线圈电压 U2 仅由原线圈输入电压和匝数比决定，故不变化，D 错误；P 下滑过程中 R 电阻减小，由欧姆定律得，电流 I2U2RR0变大，由I2I1n1n2知 I1变大，C 正确规律总结有关负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断，先要由U1U2n1n2确定 U2 是否变化，再根据 U2 及负载电阻的变化情况，由欧姆定律确定副线圈中电流 I2的变化情况，最后再由功率及电流的决定关系判断原线圈中电流的变化情况3(2014山西太原高二检测)如图所示，某理想变压器的原线圈接一交流电，副
16、线圈接如图所示电路，开关 S 原来闭合，且 R1R2，现将 S 断开，那么交流电压表的示数 U、交流电流表的示数 I、电阻 R1 上的功率 P1 及该变压器原线圈的输入功率 P 的变化情况正确的是()AU 增大BI 增大CP1 减小DP 减小AD解析：开关 S 由闭合到断开时，负载的总电阻变大，变压器的输出电压 U2 不变，则输出电流 I2 变小，R 上的电压变小，R1 上的电压变大，电阻 R1 上的功率 P1U2R1R1 U2R1，R1 不变，U 变大，则 P1 增大，故 A 正确，C 错误由电流与匝数的关系可知电流表的示数 I 减小，B 错误输出电功率 P 出I2U2，U2 不变，I2 减
17、小，则 P 出减小，输入功率等于输出功率，所以 D 正确易错辨析变压器与分压器的分析范例 如图所示的甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测量c、d间与g、h间的电压均为110 V若分别在c、d两端及g、h两端加上110 V的交流电压，则a、b间及e、f间的电压分别为()A220 V、220 V B220 V、110 VC110 V、110 V D220 V、0 VB错因分析 本题易错选项及错误原因具体分析如下：易错选项 错误原因 A 变压器的工作原理是电磁感应，一般应接交流电，能使交变电压升高或降低滑动变阻器的工作原理是串联电阻分压，可接交流电或直流电求解此
18、题常见的错误是不少人受变压器变压的影响，认为g、h间接110 V电压时，e、f间电压为220 V，而错选A.这是没有搞清楚变压器变压与变阻器分压的区别所致 解析 当a、b间接220 V电压时，c、d间电压为110 V，说明c、d间线圈的匝数为原线圈匝数的一半；反过来，当c、d间接110 V电压时，a、b间电压应为220 V当e、f间接220 V电压时，g、h间电压为110 V，说明g、h间电阻为e、f间电阻的一半；当g、h间接110 V电压时，e、g间没有电流，e、g间电压为零，所以e、f间电压与g、h间电压相等，均为110 V.真知灼见 变压器(如图甲所示)和分压器(如图乙所示)都能起到改变电压的作用，但二者又有着本质的区别 1工作原理不同 变压器是一种“电感性装置”，是根据电磁感应原理工作的；而分压器是一种“电阻性装置”，是根据电阻串联分压原理工作的 2受负载影响不同若在 cd 间、gh 间分别接入负载电阻 R0 后，对于变压器，Ucd 不随 R0 的变化而变化；而对于分压器，Ugh 随 R0 的增大而增大，随 R0 的减小而减小3遵循规律不同理想变压器工作时，穿过铁芯的磁通量是一定的，线圈两端的电压遵循法拉第电磁感应定律，UabE1n1t，UcdE2n2t；而分压器工作时，回路电流为定值，遵循欧姆定律，UefIRef，UghIRgh.
