1、4 变压器学习目标素养提炼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.掌握理想变压器的功率关系3.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.物理观念：原线圈、副线圈、自耦变压器、互感器科学思维：功率关系 P1P2、电压关系U1U2n1n2、电流关系I1I2n2n1在实际问题中的应用科学探究：探究变压器的工作原理.01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03随堂 演练达标04课后 达标检测一、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，与电源连接的线圈叫作，与负载连接的线圈叫作2原理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
2、也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生，能够输出电压和电流副线圈原线圈互感现象磁场感应电动势3作用改变交变电流的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，所以在副线圈上不会有感应电动势产生电压二、电压与匝数的关系1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U1U2n1n2.2两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3理想变压器没有的变压器4应用可以满足各种不同电压要求的用电设备，让交流电得到广泛的应用匝数降压升压能
3、量损失判断辨析(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)理想变压器是一个理想化模型()(3)学校中用的变压器工作时没有能量损失()要点一 理想变压器的工作原理及规律探究导入 如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上连接电路，接通电源，小灯泡能发光(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？提示：(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈
4、中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率t 都相同，若左边匝数为 n1，则 U1E1n1t.若右边匝数为 n2，则 U2E2n2t，故有E1E2n1n2；若忽略左边线圈的电阻则有 U1U 电源，这样看来只要 n1n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关(3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势1理想变压器的特点(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量(2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线
5、圈磁通量无差别(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率2工作原理原线圈上通有交变电流时，铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势；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从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化3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E1E2n1n2.4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U2E
6、2，所以U1U2n1n2.当有 n 组线圈时，则有：U1n1U2n2U3n3.5功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入P 出6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.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周期和频率(4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，则空载电流趋于零典例1(多选)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
7、 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思路点拨(1)a、b 灯泡均正常发光，a、b 两灯的电压相同，均为额定电压 U0.(2)U10U0，由此可得变压器的输入电压 U19U0.解析 设灯泡的额定电压为 U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为 U19U0，副线圈两端电压为 U2U0，故U1U291，n1n2U1U291，A 正确，B 错误；根据公式I1I2n2n1可得I1I219，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式
8、 PUI 可得两者的电功率之比为 19，C 错误，D 正确答案 AD总结提升理想变压器的四点注意(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1(多选)理想变压器正常工作时，在其两侧的原、副线圈中一定相同的物理量是()A交流电的频率 B输入、输出功率C磁通量的变化率D电压的最大值解析：理想变压器原、副线圈中的频率相同，磁通量的变化率相同，电压不一定相同，功率相同故 A、B、C 正确，D 错误答案：ABC2.一输入电压为 220 V，输出电压为 36 V 的变
9、压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了 5 匝线圈，如图所示，然后将原来线圈接到 220 V 交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A1 100 360 B1 100 180C2 200 180 D2 200 360解析：对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得 n1n3U1U3 522011 100，同理变压器烧坏前 n2n1U2U1 1 10036220180，故 B 正确答案：B要点二 理想变压器的动态分析探究导入 在输电系统、大工厂、电气化车间都用到变压器，理想变压
10、器的电压、电流和功率输入与输出之间存在怎样的制约关系？提示：输入电压决定输出电压；输出电流决定输入电流；输出功率决定输入功率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 U2n2n1 U1.2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 I1n2n1I2.3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 由用户负载及电压 U2确定，I2P2U2.(3)总功率 P 入P2，即变压器的输入功
11、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.特别提醒(1)电压的制约关系，反映了感应电动势的因果关系(2)电流和功率的制约关系，体现了能量守恒的特点(3)理想变压器的副线圈可以看作负载的无阻电源，与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法典例2 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.和是理想
12、交流电压表，示数分别用 U1 和 U2 表示；和是理想交流电流表，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 变小思路点拨 解答本题时可按以下思路分析：解析 交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值，A、B 错误由于输入端电压 U1和理想变压器匝数比不变，所以 U2 不变滑片 P 向下滑动过程中，电阻变小，电流 I2变大，输出功率变大，则输入功率变大，电流 I1 变大，C 正确，D 错误答案 C总结提升(1)对于输出电压的
13、大小，条件充分时只需根据原线圈电压和原、副线圈匝数比确定(2)P1、P2、I1、I2的判断，往往都与 R 的大小有关，对 P1、I1 的确定需从 P2、I2入手3(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头 Q 来调节，在副线圈两端连接了定阻电阻 R0 和滑动变阻器 R，P 为滑动变阻器的滑动触头在原线圈上加一电压为 U 的正弦交流电，则()A保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表读数变大B保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表读数变小C保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时，电流表读数变大D保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动
14、时，电流表读数变小解析：Q 位置不动，副线圈电压 U2 不变，当 P 上滑时，R 增大，由 PU22RR0可知总功率减小，原线圈电压 U1 不变，由 PU1I1 可知原线圈电流 I1 减小，故 A错误，B 正确；当 P 位置不动，Q 上滑时，由U2U1n2n1知 U2 增大，同理分析原线圈电流 I1 增大，故 C 正确，D 错误答案：BC4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交流电表下列说法正确的是()A当滑动变阻器的滑动触头 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
15、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：由于原、副线圈两端电压不变，当滑动变阻器滑动触头 P 向上滑动时，连入电路的电阻变大，所在电路总电阻变大，副线圈中电流减小，R1 中电流减小，R1 消耗的功率减小，A 项错误；R1 中电流减小，则 R1 两端电压减小，而副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数变大，B 项正确；副线圈中电流减小，原线圈中电流随之减小，故 C 项错误；若闭合开关 S，负载电路的总电阻减小，副线圈中电流增大，R1 中电流增大，则 R1 两端电压升高，R2两端电压减小，A2 示数变小，D 项错误答案：B常见的三种变压器
16、在现实生活中，除了输电线路用的大型变压器之外，在日常的工作和生活中还会用到一些常见的变压器，我们一起来认识一下它们的结构和原理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2电压互感器(1)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地(2)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压3电流互感器(1)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表；为了安全，外壳和副线圈应接地(2)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流5(多选)调压变压器是一种自耦
17、变压器，它的构造如图所示线圈 AB 绕在一个圆环形的铁芯上AB 间加上正弦交流电压 U，移动滑动触头 P 的位置，就可以调节输出电压在输出端连接了滑动变阻器 R 和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为 Q，则()A保持 P 的位置不动，将 Q 向下移动时，电流表的读数变大B保持 P 的位置不动，将 Q 向下移动时，电流表的读数变小C保持 Q 的位置不动，将 P 沿逆时针方向移动时，电流表的读数变大D保持 Q 的位置不动，将 P 沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小解析：当 P 的位置不动时，U2n2n1U1 不变，将 Q 向下移动，R 就变大，由 I2U2R知 I2 减小，故选项 B 正确；保持
18、 Q 的位置不变，R 就不变，将 P 逆时针旋转，则 n2 增大，U2必增大，所以 I2 也增大，故选项 C 正确故应选 B、C.答案：BC1.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比 n1n241，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表 A1的示数是 12 mA，则副线圈中电流表 A2的示数是()A3 mA B48 mAC0 D与 R 的阻值有关解析：当导线在平行导轨上匀速运动时，产生的电流是恒定的电流，不会使副线圈的磁通量变化，因而副线圈中无感应电流，选项 C 正确答案：C2.如图所示，理想变压器的原线圈接在 u220 2sin 100t(V)的交流电源上，副线圈接有 R55 的负载电阻
19、，原、副线圈匝数之比为 21，电流表、电压表均为理想电表下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为 220 2 WB电流表的读数为 1 AC电压表的读数为 110 2 VD副线圈输出交流电的周期为 50 s解析：由题知，变压器的输入电压 U1220 22 V220 V，所以 U2n2n1U1110 V；副线圈电流 I2U2R 2 A，原线圈电流 I1n2n1I21 A本题中电压表、电流表的读数为有效值，故 B 项正确，C 项错误；原线圈输入功率 P1U1I1220 W，故 A项错误；交流电的周期 T2 2100 s0.02 s，故 D 项错误答案：B3(多选)图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接
20、线图，下列说法中正确的是()A线圈匝数 n1n2，n3n4B线圈匝数 n1n2，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，副线圈电流较大，输出端不可以短路；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，副线圈电压较大，输出端不可以断路，故选项 C、D 正确答案：CD4(多选)如图是街头变压器给用户供电的示意图，将此变压器视为理想变压器，输入端接入的电压 u2 200 2sin 100t(V)，输出电压通过输电线输送给用
21、户，输电线的电阻用 R 表示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，题中电表均为理想交流表，则下列说法正确的是()AV2 表的读数为 220 2 VBA1 表的示数随 A2 表的示数的增大而增大C副线圈中交流电的频率为 50 HzD用户端闭合开关 S，则 V2 表读数不变，A1 表读数变大，变压器的输入功率增大解析：由电压表达式公式知原线圈电压有效值为 2 200 V，电压与匝数成正比，所以 V2 表的读数为 220 V，A 错误；电流与匝数成反比，所以 A1 表的示数随 A2表的示数的增大而增大，B 正确；由表达式知角速度为 100 rad/s，所以频率为 f1002 Hz50 Hz，C 正确；用户端闭合开关 S，则副线圈的电阻减小，电压由输入电压和匝数比决定，所以 V2 表读数不变，A1 表和 A2 读数都变大，变压器的输入功率等于输出功率，都增大，D 正确答案：BCD04课后 达标检测