1、1第 4课时 变压器研究选考把握考情考试要求知识内容变压器加试 c教学要求1.知道变压器的基本结构及符号，会区分原、副线圈2.了解变压器的工作原理，知道变压器不能改变直流电压的原因3.掌握理想变压器原、副线圈的电压与匝数的关系4.了解变压器的应用5.了解变压器能量损耗的原因，知道理想变压器的输入功率等于输出功率6.知道理想变压器的原、副线圈中电流与匝数的关系7.会应用电压与线圈匝数、电流与线圈匝数的关系解决简单的问题说明 不要求分析、计算两个及以上副线圈和有两个磁路的变压器问题知识点一 变压器的构造和原理基 础 梳 理1.变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。与交流电源相连接的线
2、圈叫原线圈(匝数用 n1表示，又叫做初级线圈)，与负载相连的另一个线圈叫副线圈(匝数用 n2表示，又叫做次级线圈)，两个线圈都绕在闭合铁芯上。如图 1所示。图 12.变压器的工作基础是互感现象。因此变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。(后两空选填“变化”或“恒定”)要 点 精 讲1.对变压器工作原理的理解。如图 2所示，当原线圈上加交流电压 U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在副线圈中要产生感应电动势 U2。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为：原线圈电能磁场能副
3、线圈电能。2图 22.原、副线圈的地位(1)原线圈在其所处回路中充当负载。(2)副线圈在其所处回路中充当电源。【例 1】 如图 3所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 n1 n241，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表 的示数是 12 mA，则电流表 的示数为( )图 3A.3 mA B.0C.48 mA D.与负载 R的值有关解析 导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈 n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈 n2上无感应电动势出现，所以电流表 A2中无电流通过。故选项B正确。答案 B名师点睛 本题常见错误是忽略了变压器的工作条件，只有原线圈中
4、的电流是变化的，才能引起副线圈中的磁通量发生变化，产生感应电动势。3知识点二 理想变压器电压与匝数的关系基 础 梳 理1.理想变压器：没有能量损失的变压器。2.电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即 。U1U2 n1n23.降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器。4.升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器。要 点 精 讲1.理想变压器的特点理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗。实际变压器一般可看成理想变压器。2.对理想变压器“变压”原理的理解变压器的工作基础是互感现象，由
5、于互感作用，穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量的变化率 相等。若原线圈匝数为 n1，则 U1 n1 ；副线圈匝数为 n2，则 U2 n2 ， t t t所以 。U1U2 n1n2【例 2】 如图中，可以将电压升高给电灯供电的变压器是( )解析 变压器只能对交变电流实现变压，不能对直流变压，故选项 A、D 错误；由于电压与变压器线圈匝数成正比，副线圈匝数多于原线圈的变压器才能实现升压，所以选项 B错误，C正确。答案 C【跟踪训练 1】 某型号家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动触头，如图 4所示，当变压器输入电压发生变化时，可通过向上、向下调节 P1、 P2的位置，使输出电压稳定在 2
6、20 V。现发现输出电压低于 220 V，欲通过调节 P1、 P2的位置使输出电压稳定在4220 V，下列措施可行的是( )图 4A.保持 P1不动，将 P2向上移B.保持 P2不动，将 P1向下移C.将 P1向上移，同时 P2向下移D.将 P1向下移，同时 P2向上移解析 设变压器的输入电压为 U1，输出电压为 U2，原、副线圈匝数分别为 n1、 n2；现输出电压低于 220 V，要调高 U2，根据变压器的工作原理， ，则 U2 U1，增大 U2的方U1U2 n1n2 n2n1法：可以增大 n2，A 正确，也可以减小 n1，B 正确，还可以增大 n2的同时减小 n1，D 正确。答案 ABD【
7、跟踪训练 2】 将输入电压为 220 V，输出电压为 6 V的变压器，改装成输出电压为 30 V的变压器，副线圈原来的匝数为 30匝，原线圈的匝数不变，则副线圈应增加的匝数为( )A.150匝 B.144匝C.130匝 D.120匝解析 由题意 ， ，将 n230 匝代入得 n2150 匝，则副线圈应增加n1n2 2206 n1n2 22030 n120 匝。答案 D5知识点三 理想变压器中的功率关系及电流关系基 础 梳 理1.理想变压器的特点：(1)变压器铁芯内无漏磁；无发热损失。(2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失。实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器。2.功率关系： P
8、 入 P 出 。3.电流关系：由 I1U1 I2U2，可得 。I1I2 n2n1要 点 精 讲要点 1 对理想变压器规律的理解1.由 知，对于只有一个副线圈的变压器，电流与匝数成反比。因变压器高压线圈匝I1I2 n2n1数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，可用较粗的导线绕制。2.变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变功率和交变电流的频率，输入功率总等于输出功率，副线圈中交变电流的频率总等于原线圈中交变电流的频率。3.变压器的电流关系也是有效值(或最大值)间的关系。【例 3】 如图 5所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 201，原线圈接正弦交流电源，副线圈
9、接入“200 V 60 W”灯泡一只且灯泡正常发光。则( )图 5A.电流表的示数为 0.015 AB.电源输出功率为 1 200 WC.电流表的示数为 6 AD.原线圈端电压为 10 V解析 从副线圈接入“200 V 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光这一条件可以看出，输出功率为 60 W，由公式 得电流表读数是 0.015 A，由 得原线圈端电压为 4 000 I1I2 n2n1 U1U2 n1n2V。答案 A【跟踪训练 3】 理想变压器连接电路如图 6甲所示，已知原、副线圈匝数比为 101，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为 2 A，则( )6图 6A.电压表读数为 282 V B.电
10、压表读数为 28.2 VC.输入功率为 56.4 W D.输入功率为 40 W解析 由题图乙可知， Um282 V，则输入电压有效值 U1 200 V。根据 知，Um2 U1U2 n1n2U220 V，再根据 知， I10.2 A，输入功率 P U1I140 W，故 A、B、C 错，D 正确。I1I2 n2n1答案 D要点 2 理想变压器中各量的制约关系和动态分析1.理想变压器工作时各量的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比( )一定时，输入电压 U1决定输出电压 U2，n1n2即 U2 。n2U1n1(2)功率制约： P 出 决定 P 入 ， P 出 增大， P 入 增大； P
11、 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( )一定，且输入电压 U1确定时，副线圈中n1n2的输出电流 I2决定原线圈中的电流 I1，即 I1 。n2I2n12.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 R I2 P2 P1 I1。(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数之比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、 n2 U2 I2 P2 P1 I1。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
12、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作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 4】 如图 7所示为一理想变压器，K 为单刀双掷开关， P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈上的电压，则( )7图 7A.保持 U1及 P的位置不变，K 由 a合到 b时， I1将增大B.保持 P的位置及 U1不变，K 由 b合到 a时， R消耗的功率将减小C.保持 U1不变，K 合在 a处，使 P上滑， I1将增大D.保持 P的位置不变，K 合在 a处，若 U1增大， I1将增大解析 K 由 a合到 b时， n1减小而 U1不
13、变，由 可知，副线圈上的电压增大，流过负U1U2 n1n2载 R的电流 I2增大， P2增大，又由于 P1 P2 U1I1，故 I1增大，故选项 A正确；同理 K由b合到 a时， P2减小，故选项 B正确； P上滑时，负载电阻 R增大，而 U1、 U2均不变，由I2 可知 I2减小，又由于 n1、 n2均不变，由 可知 I1将减小，故选项 C错误；当U2R I1I2 n2n1U1增大时，由 可知 U2也增大， I2 增大，再由 可知 I1增大，故选项 D正确。U1U2 n1n2 U2R I1I2 n2n1答案 ABD规律总结 (1)理想变压器原、副线圈的电路发生变化时，电流和电压如何变化的判断
14、，先要由 判断 U2是否变化，再根据 U2及负载电阻变大或变小的情况，由欧姆定律确定副U1U2 n1n2线圈中的电流 I2的变化情况，最后再由 P 入 P 出 判断原线圈中电流的变化情况。(2)理想变压器的动态问题的分析思路可表示为：知识点四 实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系要点精讲1.实验目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。2.实验原理：原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断的变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压，本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。83.实验器材：
15、两只多用电表(或两只交直流数字电压表)、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。4.实验步骤(1)按如图 8所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。图 8(2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录下每次的两个电压值。(4)保持电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。5.数据记录与处理次序 n1(匝) n2(匝) n1 n2 U1(V) U2(V) U1 U212346.结论：原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数比相等。7.误差分析(1)实验变压器存在各种损耗。(
16、2)交流电表的读数存在误差。8.注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。(2)为了人身安全学生电源的电压不能超过 12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。(3)为了多用电表的安全，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。【例 5】 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：9A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B.条形磁铁C.直流电源D.多用电表E.开关、导线若干上述器材在本实验中不必用到的是_(填器材前的序号)，本实验中还需用到的器材有_。答案 BC 低压交流电源
17、【例 6】 做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是( )A.原线圈接直流电压，电表用直流电压挡B.原线圈接直流电压，电表用交流电压挡C.原线圈接交流电压，电表用直流电压挡D.原线圈接交流电压，电表用交流电压挡解析 副线圈上的感应电动势是通过两个线圈间的互感现象产生的，所以原线圈上的电流应该是变化的，应为交流电流，电压为交流电压，故 D正确。答案 D 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
18、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.理想变压器原、副线圈匝数比为 51，正常工作时，下列说法正确的是( )A.穿过原、副线圈的磁通量相等，且每一匝线圈磁通量的变化率相等B.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为 51C.原、副线圈的电压之比为 51D.原、副线圈的输入、输出功率之比为 11解析 对理想变压器，无磁通量损失，因而穿过两
19、个线圈的磁通量相等，磁通量变化率也相等，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，所以电压与匝数成正比，A、C 正确，B 错误；10理想变压器可以忽略各种损耗，故输入功率等于输出功率，D 正确。答案 ACD3.如图 9甲所示，理想变压器的原线圈电路中装有 0.5 A的保险丝 L，原线圈匝数 n1600 匝，副线圈匝数 n2120 匝。当原线圈接在如图乙所示的交流电源上，要使整个电路和用电器正常工作，则副线圈两端可以接( )图 9A.阻值为 12 的电阻B.并联两盏“36 V 40 W”的灯泡C.工作频率为 10 Hz的用电设备D.耐压值为 36 V的电容器解析 当原线圈接在题图乙所示的交流电源上，变压
20、器输入电压为 180 V，由变压器的电压规律得，副线圈输出电压为 36 V，由电流规律可知副线圈最大电流为 2.5 A，副线圈两端可以接的最小电阻为 14.4 ，选项 A错误；变压器最大输入功率为 1800.5 W90 W，副线圈两端可以并联两盏“36 V 40 W”的灯泡，选项 B正确；由图乙可知，交变电流频率为 50 Hz，副线圈两端不可以接工作频率为 10 Hz 的用电设备，选项 C错误；副线圈输出电压最大值为 36 V，耐压值为 36 V的电容器如果接上的话，将会被击穿，选项 D2错误。答案 B4.如图 10，将额定电压为 60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关 S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为 220 V和 2.2 A。以下判断正确的是( )图 10A.变压器输入功率为 484 WB.通过原线圈的电流的有效值为 0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为 2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比 n1： n2113解析 对于理想变压器，输入功率等于输出功率，所以输入功率 P 入 602.2 W132
