1、6 变压器课标解读 1.知道变压器的构造，了解变压器的工作原理.2.理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.3.探究理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.4.了解电压互感器和电流互感器01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03 课后 巩固提升课时作业一、变压器的结构与原理1结构：一个和两组与电源相连的一组线圈称为，也叫线圈；另一组接负载，称为，也叫次级线圈如图甲、乙所示，分别表示变压器模型与符号2工作原理：变压器工作的基础是现象铁芯线圈原线圈初级副线圈电磁感应思考 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
2、能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二、变压器的电压、电流与匝数的关系1变压器的电压与匝数的关系(1)理想变压器没有漏磁(磁通量全部集中在铁芯内)和发热损失(原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计)的变压器，即没有的变压器叫做理想变压器(2)理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成，即.2电流与匝数的关系I2I1(只适用于一个副线圈)能量损失正比U1U2n1n2n1n2判断(1)理想变压器不考虑铁芯漏磁与发热()(2)U1U2n1n2只适用于一个原线圈和一个副线圈组成的变压器()(3)在理想变压器中，即使有多个(大于等于 3 个)线圈同时工作
3、，I1I2n2n1也同样适用()提示：(1)(2)(3)三、电压互感器和电流互感器1电压互感器：如图甲所示，它是一种降压变压器原线圈在高压电路中，副线圈接电压表互感器将变为，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压并联高压低压2电流互感器：如图乙所示，它是一种升压变压器原线圈在待测高电流电路中，副线圈接电流表互感器将变成，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流串联大电流小电流思考 电压互感器中，哪一个线圈应该用粗一点的导线？提示：匝数少的电流大，应用较粗的导线要点一 理想变压器的特点及规律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
4、)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)铁芯中不产生涡流(4)理想变压器是一种理想化模型2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E1E2n1n2.3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U1U2n1n2.4功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入P 出5电流关系由功率关系知，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得I1I2U2U1n2n1.特别提醒(1)据U1U2n1n2知，当 n2n1 时，U2U1，这种变压器称
5、为升压变压器；当 n2n1 时，U2U1，这种变压器称为降压变压器(2)对于公式U1U2n1n2，无论副线圈一端是空载还是负载，此公式都是适用的但I1I2n2n1只能在只有一个副线圈且 n2 有负载工作时才成立，当有多个副线圈有负载工作时，必须应用能量守恒 P 入P 出来解决问题例 1 如图所示，一理想变压器的原线圈匝数 n11 100 匝，副线圈匝数 n2220匝交流电源的电压 u220 2sin 100t V，电阻 R44，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法错误的是()A该交变电流的频率为 50 HzB电流表的示数为 0.2 AC电流表的示数为 1.4 AD电压表的示数为 44 V思路
6、点拨 解答本题时应把握以下三点：(1)交流电表测量的是交变电流的有效值(2)理解变压器不改变交变电流的频率(3)原、副线圈中的电压和电流的最大值、有效值都满足理想变压器的电压和电流关系解析 根据交流电源的电压 u220 2sin 100t V 可知，该交变电流的电压的最大值为 220 2 V，电压的有效值为 220 V，频率为 50 Hz.变压器可以改变交变电流的电压、电流大小，但不改变交变电流的频率，故副线圈上交变电流的频率为 50 Hz.交流电表的读数为有效值，根据变压器中原、副线圈的电压关系U1U2n1n2，得 U244 V，即电压表的示数为 44 V由欧姆定律得 I2U2R 1 A，即
7、电流表的示数为1 A根据变压器中原、副线圈的电流关系I1I2n2n1，得 I10.2 A，即电流表的示数为 0.2 A.答案 C(1)解决理想变压器问题时应利用原、副线圈的几个关系，特别是“功率相等”的关系，利用功率关系可使问题快速得到解决(2)当原线圈串接用电器时，要特别注意对原线圈上电压的理解公式U1U2n1n2中的U1 是加在原线圈上的电压，若用电压关系不易解决时，可变通用电流关系解决1(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 21，电池和交变电源的电动势都为 6 V，内阻均不计，下列说法正确的是()AS 与 a 接通的瞬间，R 中无感应电流BS 与 a 接通稳定后，R 两端的电压
8、为 0CS 与 b 接通稳定后，R 两端的电压为 3 VDS 与 b 接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为 21解析：S 与 a 接通的瞬间，副线圈中有瞬间的感应电流，选项 A 错误；S 与 a 接通稳定后，理想变压器的原线圈电流稳定不变，R 两端电压为零，选项 B 正确；S 与b 接通稳定后，根据 U1U2n1n2，可得 R 两端的电压为 3 V，选项 C 正确；原、副线圈中电流的频率相同，选项 D 错误答案：BC2.如图所示，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 a 和 b.小灯泡 a 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
9、，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b 的电流为_A.解析：根据 PU2R 和 PI2R 得灯泡 a 两端的电压 U2 PR 0.330 V3 V，通过灯泡 a 的电流 IaPR0.330 A0.1 A，根据U1U2n1n2得原、副线圈匝数之比n1n2U1U2103，根据I1I2n2n1，得副线圈上的电流 I2n1n2I1103 0.09 A0.3 A，根据 I2IaIb，得流过灯泡 b 的电流为 IbI2Ia0.2 A.答案：103 0.2变压器的电压关系、电流关系是有效值(或最大值)间的关系，即如公式U1U2n1n2中，若 U1 是有效值则 U2 就是
10、有效值，若 U1 是最大值则 U2 就是最大值 要点二 理想变压器各量的制约关系及动态分析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P 线P2，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
11、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)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率(2)可以把理想变压器的副线圈看做给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法例 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
12、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 对于理想变压器 U2n2n1U1，U1不变则 U2不变，与调节 P 无关，故 B 正确又ULU2，所以灯的亮度不变，A 错误P 向上滑动时 RP 减小，则 R 总减小，P 出U22R总增大，P 入P 出U1I1，所以 I1 增大，可知 C 错误，D 正确答案 BD1(多选)如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片 P 处于图示位置时，灯泡 L 能发光要使灯泡变亮，可以采取的方法有()A向下滑动 P B增大交流电源的电压C
13、增大交流电源的频率 D减小电容器 C 的电容解析：向下滑动 P 时，副线圈的匝数变少，由变压比公式可知，副线圈两端的电压变小，灯泡变暗，A 项错误；增大交流电源的电压，由变压比公式可知，副线圈两端的电压增大，灯泡变亮，B 项正确；电压不变，增大交流电源的频率，可减小电容器的容抗，电路中的电流变大，灯泡变亮，C 项正确；减小电容器的电容，电容器的容抗增大，电路中电流减小，灯泡变暗，D 项错误答案：BC2(多选)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡 L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表 V1、V2 和理想交流电流表 A1、
14、A2，导线电阻不计，如图所示当开关 S闭合后()AA1示数变大，A1 与 A2 示数的比值不变BA1 示数变大，A1 与 A2 示数的比值变大CV2 示数变小，V1 与 V2 示数的比值变大DV2 示数不变，V1 与 V2 示数的比值不变解析：交流电源的电压有效值不变，即 V1 示数不变，因U1U2n1n2，故 V2 示数不变，V1 与 V2 示数的比值不变，D 对S 闭合使负载总电阻减小，I2U2R，所以 I2 增大因I1I2n2n1，所以 A1示数增大，A1与 A2 示数的比值不变，A 对答案：AD随堂训练 1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
15、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：通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积 S 不变，故磁通量 变化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故 B 错误；由互感现象知 C 正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故 D 错误答案：C2在图甲所示的电路中，理想变压器原线圈两端的正弦式交变电压变化规律如图乙所示已知变压器原、副线圈的匝数比 n1n2101，串联在原线圈电路中电流表的示数为 1 A，则下列说法正确的是()甲 乙A电压表的示数为 200 2 V
16、B变压器的输出功率为 200 WC变压器输出端交流电的频率为 100 HzD电流表的示数为 0.1 A解析：由图乙可知，f50 Hz，由变压器的原理可知，副线圈输出的电流频率为 50 Hz，C 错误；由 U1200 V 可知，A 错误；由 P 出P 入U1I1得 P 出200 W，B 正确；由I2I1n1n2得 I210 A，D 错误答案：B3(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P 为滑动变阻器的触头下列说法正确的是()A副线圈输出电压的频率为 50 HzB副线圈输出电压的有效值为 31 VCP 向右移动时，原、副线圈
17、的电流比减小DP 向右移动时，变压器的输入功率增加解析：变压器不改变电压的频率，副线圈中的电压频率等于原线圈中的电压频率，f1T12102 Hz50 Hz；由U1U2n1n2可得副线圈中电压的最大值为 31 V，故有效值为312 V；由I1I2n1n2可知原、副线圈的电流比不变；P 向右移动时，输出电路中电压不变，电阻减小，电流增大，输出功率增大，变压器的输入功率等于输出功率也增大，故正确的选项为 A、D.答案：AD4图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n1n251，电阻 R20，L1、L2 为规格相同的两只小灯泡，S1 为单刀双掷开关原线圈接正弦交变电源，输入电压 u 随时间 t 的变化关
18、系如图乙所示现将 S1 接 1、S2闭合，此时 L2 正常发光下列说法正确的是()A输入电压 u 的表达式 u20 2sin 50t VB只断开 S2后，L1、L2 均正常发光C只断开 S2 后，原线圈的输入功率增大D若 S1 换接到 2 后，R 消耗的电功率为 0.8 W解析：由题图乙知周期为 0.02 s，因此输入电压的表达式 u20 2sin 100t V，A 错；只断开 S2，L1、L2两端的电压小于额定电压，都不能正常发光，B 错；只断开 S2，负载电阻变大，功率变小，C 错；S1换接到 2 后，据 PU2出R 和U入U出n1n2得 R 消耗的功率为 0.8 W，故选 D.答案：D5
19、.如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压 U13 300 V，副线圈的输出电压 U2220 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数 U02 V，求：(1)原、副线圈的匝数各是多少？(2)当 S 断开时，的示数 I25 A，那么的示数是多少？(3)当 S 闭合时，的示数将如何变化？的示数如何变化？解析：(1)根据变压比n1n0U1U0及n2n0U2U0有n1U1U0n03 30021 匝1 650 匝，n2U2U0n02202 1 匝110 匝(2)对理想变压器有 P 入P 出，I1U1I2U2 得I1U2U1I2 2203 3005 A0.33 A.(3)开关 S 闭合时，负载增加，但总电阻减小，设每个灯泡的电阻为 R，副线圈的输出电压 U2 不变，I22U2R，即 I2 增加，输出功率 P 出I2U2也增加根据理想变压器P 入P 出，即 I1U1I2U2，原线圈中的电流 I1 也随之增大答案：(1)1 650 匝 110 匝(2)0.33 A(3)变大 变大课时作业
