1、4 变 压 器,【自主预习】 1.变压器的构造和原理 (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_,与负载连接的线圈叫_ _。,原线圈,副线,圈,(2)原理:_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_。 (3)作用:改变交变电流的_,不改变交变电流的_ _和_。,互感,感应电动势,电压,周,期,频率,2.理想变压器的基本关系 (1)理想变压器:没有_的变压器叫作理想变压 器。 (2)电压与匝数的关系:原、副线圈的电压比等于两个 线圈的_,即 (3)两类变压器:副线圈的电压比原线圈电压低的变
2、压 器叫_变压器;副线圈的电压比原线圈的电压高的 变压器叫_变压器。,能量损失,匝数比,降压,升压,【预习小测】 1.如图所示四个电路,能够实现升压的是 ( ),【解析】选D。变压器只能对交变电流变压,不能对直流电变压,故A、B错误。由于电压与线圈匝数成正比,所以D项能实现升压。,2.一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为 ( ) A.200 B.400 C.1 600 D.3 200 【解析】选B。据变压器的变压规律 ,可求副线圈匝数为400,所以B项正确。,3.(多选)对于确定的理想变压器,原、副线圈的电流分别
3、为I1、I2,电压分别为U1、U2,功率分别为P1、P2,关于它们的关系正确的是 ( ) A.I2由I1决定 B.U2由U1决定 C.P1由P2决定 D.U1由U2决定 【解析】选B、C。对于理想变压器,U1决定U2,I2=所以I2决定I1,P2决定P1,选项B、C正确。,4.如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数之比为1n,副线圈接一定值电阻R,则 ( ),A.若ab之间接直流电压U,则R中的电流为 B.若ab之间接直流电压U,则原、副线圈中的电流均为零 C.若ab之间接交流电压U,则原线圈中的电流为 D.若ab之间接交流电压U,则副线圈中的电流为,【解析】选C。若ab之间接直流电压U,则
4、副线圈两端的电压为0,则R中的电流为0,但原线圈中的电流不为零,选项A、B均错;若ab之间接交流电压U,则副线圈两端的电压为U2=nU,副线圈中的电流为I2= ,则原线圈中的电流为I1= 选项C正确、D错误。,主题一 变压器的构造和原理 【互动探究】,如图甲、乙、丙所示分别是变压器的实物图、结构示意 图和电路符号。 试结合上述情景,讨论下列问题: (1)变压器的结构是怎样的? 主要构造是_ _ _ _,由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成,的,变压器的结构示意图和电路符号如题图乙、丙所,示。原线圈:与交流电源相连接的线圈,又叫初级线圈。,副线圈:与负载相连的另一个线圈,又叫次级线圈。,(2)
5、为什么原、副两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流?变压器能够改变恒定电流的电压吗?,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。恒定不变的电流不能产生变化的磁场,不满足产生感应电动势的条件,所以变压器不能够改变恒定电流的电压。,(3)变压器是靠互感现象工作的,试探究变压器能否改变交流电的频率。 提示:变压器在工作时,原、副线圈磁通量的变化情况相同,所以变压器不能改变交流电的频率。,【探究总结】 1.变压器的原理:
6、变压器的工作原理是互感现象,原线圈中交变电流铁芯中产生交变磁通量副线圈中产生感应电动势E2副线圈中交变电流。,2.注意三个问题: (1)记住变压器的电路符号,与原线圈对应的物理量U1、I1、n1,与副线圈对应的物理量U2、I2、n2。其中的电压值U1及U2、电流值I1及I2都是指交变电流的有效值。 (2)变压器只能在交变电流下工作,若输入的是恒定的直流电流,则变压器无法输出,即U2=0,I2=0,变压器只能改变交变电压。 (3)变压器不能改变交变电流的频率。,【典例示范】 关于变压器的工作原理,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
7、任何时候都不相等 C.穿过副线圈磁通量的变化使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,【解题指南】解答本题需要把握以下两点: (1)互感现象是变压器工作的基础。 (2)原线圈与副线圈磁通量间的关系。,【解析】选C。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;因铁芯是闭合的,没有漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;由于通过副线圈的磁通量发生变化,根据法拉第电磁感应定律,在副线圈上产生感应电动势,故C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故D错误。,【探究训练】 理想变压器的原、副线圈
8、中不一定相同的物理量有 ( ) A.交变电流的频率 B.磁通量的变化率 C.功率 D.交变电流的峰值,【解析】选D。理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量的变化率相同,原、副线圈中功率相同;变压器的原理是互感现象,其能改变交变电流的峰值,不改变频率,故选D。,【补偿训练】 1.(多选)对于理想变压器,下列说法中正确的是 ( ) A.变压器是利用互感现象制成的 B.变压器可以改变各种电源的额定功率 C.变压器不仅能改变电压,还能改变电流 D.变压器的初级电流随次级电流的增大而增大,【解析】选A、C、D。变压器的原线圈中的电流变化,在副线圈中感应出电流,这种现象叫互感,故A正确;
9、输入功率等于输出功率,故B错误;变压器的匝数与电压成正比,与电流成反比,C正确;因为电流与匝数成反比,所以原、副线圈中电流同时变化,D正确。,2.(多选)关于变压器,下列说法正确的是 ( ) A.变压器的工作原理是电磁感应 B.所有变压器的工作基础都是互感现象 C.各种电流接入变压器的输入端,变压器都能持续正常工作 D.只有交变电流接入变压器的原线圈中,变压器才能持续正常工作,【解析】选A、D。变压器之所以能变压,是因为原线圈 接交流电源时,有交变电流流过原线圈,引起穿过原、 副线圈的磁通量发生变化,在原、副线圈中都产生了感 应电动势,所以变压器的工作原理是电磁感应,所以选 项A正确;有一种变
10、压器叫自耦变压器,它只有一个线圈 绕在铁芯上,但有三个抽头,可升压、也可降压,这种变 压器的工作基础是自感现象,也就是说,当变压器是利,用两个线圈变压时,其工作基础是互感现象,当变压器是利用一个线圈变压时,其工作基础是自感现象,所以选项B错误;变压器要想持续正常工作,原线圈必须接入交变电流,若接入直流,原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势,变压器不能持续正常工作,所以选项C错误,D正确。,主题二 理想变压器的基本关系 【互动探究】 1.理想变压器与一般变压器有什么不同? 理想变压器:_ _。 一般变压器:_ _。,没有能量损失,输入功率等于输出功率,效率是100%,工作时有能量损失,线圈和铁
11、芯上都会,产生热量,而造成电能损失,效率不可能是100%,2.利用可拆变压器怎样探究变压器电压与匝数间的关系? 提示:先保持原线圈的匝数不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响。 保持副线圈的匝数不变,改变原线圈的匝数,研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。 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。,3.通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验,得到的结论是什么? 结果是:_。,4.从理想变压器模型出发,结合变压器原、副线圈中的电压与匝数的关系,请推导出变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系。 理想变压器的_,即_, 又因为 ,所以_。,输入功率等于输出功率,U1
12、I1=U2I2,【探究总结】 1.理想变压器中的几个关系:,2.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RI2 P2P1I1。 (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、n2U2I2 P2P1I1。,3.变压器中的制约关系: (1)电压:变压器的原、副线圈的匝数比( )一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2= U1。 (2)电流:变压器的原、副线圈的匝数比( )一定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2决定,即I1=I2。,(3)功率。 变压器的输出
13、功率由负载决定,变压器的输出功率等于各个负载消耗的功率之和,即P2=P负1+P负2+ 变压器的输入功率由输出功率决定,即P1=P2。,【典例示范】 (多选)(2016全国卷)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91 B.原、副线圈匝数之比为19 C.此时a和b的电功率之比为91 D.此时a和b的电功率之比为19,【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析: (1) (2) (3)P=UI。,【解析】选A、D。设灯泡的额定电压为U0,两灯均能正 常发光,所以原线圈输
14、出端电压为U1=9U0,副线圈两端 电压为U2=U0,故 A正确,B错误;根据 公式 可得 小灯泡两端的电压相等,所以根 据公式P=UI可得两者的电功率之比为19,C错误,D正 确。,【探究训练】 1.(2018延边高二检测)一台理想变压器的原、副线 圈匝数比为41,若原线圈加上u=1 000 sin(100t)V 的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是( ) A.250V B.353.5V C.499.8V D.200V,【解析】选A。原线圈两端电压的有效值U1=1 000V,由得U2= U1= 1 000V=250V,用交流电压表测得副线圈两端的电压是250V,A正确。,2.如图所
15、示,接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电,如果将原、副线圈减少相同匝数,其他条件不变,则 ( ),A.小灯泡变亮 B.小灯泡变暗 C.原、副线圈两端电压的比值不变 D.通过原、副线圈电流的比值不变,【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析: (1)变压器电压与匝数关系: (2)变压器电流与匝数关系:,【解析】选B。根据变压器电压与匝数关系: 因为是降压变压器,则n1n2,当原、副线圈减少相同匝 数时,由数学知识可知 变大,则U2减小,故灯泡变暗, 选项A、C错误,B正确;根据 可知通过原、副线 圈电流的比值变小,选项D错误。故选B。,【补偿训练】 1.(多选)理想变压器原、副线圈匝数
16、比为101,以下说法中正确的是 ( ) A.穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是101 B.穿过原、副线圈每一匝的磁通量的变化率相等 C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为101 D.正常工作时,原、副线圈的输入、输出功率之比为11,【解析】选B、D。对于理想变压器,穿过两个线圈的磁通量相同,磁通量变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,输入功率等于输出功率。,2.(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值电阻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
17、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向上滑动时,电流表读数变小,【解析】选B、C。保持Q的位置不动,将P向上滑动时,滑动变阻器R的有效电阻变大,输出电压不变,则输出电流减小,电流表示数变小,故选项A错误,B正确;保持P的位置不动,将Q向上滑动时,输出电压变大,电流表示数变大,故选项C正确,D错误。,【通法悟道】变压器的动态分析的思路 (1)首先抓住三个决定原则:输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1;输出功率决定输入功率。 (2)把副线圈当作电源,研究副线圈电路电阻的变化。 (3)根据闭合电路的欧姆定律,判定副线圈电流的变化、功率的变化。,(4)根据理想变压器原、副线圈间的电流关系和电功率关系判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。,【课堂小结】,
