高中物理第五章第4节变压器解析版新人教版选修3_2

变压器

变压器的原理 电压与匝数的关系 1．变压器

(1)构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。 ①原线圈：与交流电源连接的线圈； ②副线圈：与负载连接的线圈。

(2)变压器的工作原理：变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，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。

(3)作用：改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率。 (4)原、副线圈的作用

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。 2．电压与匝数的关系

(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：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，即：U 1U 2＝n 1n 2

。

(3)两类变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。( ) 2．实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。( ) 3．理想变压器可以改变交变电流的频率。( ) 4．电流通过铁芯从原线圈流到副线圈。( ) 答案：1.√ 2.√ 3.× 4.×

[释疑难·对点练]

1．理想变压器的特点 (1)变压器铁芯内无漏磁。

(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。 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ΔΦ

Δt ，根据法拉第

电磁感应定律有E 1＝n 1ΔΦΔt ，E 2＝n 2 ΔΦΔt ，所以E 1E 2＝n 1

n 2

。

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U 1＝E 1，副线圈两端的电压U 2＝E 2，所以U 1U 2＝n 1

n 2

。

4．探究理想变压器电压与匝数的关系过程

(1)多用电表交流电压挡量程选择及读数：要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。

(2)可拆变压器的组装：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。 (3)设计实验数据记录表：

(4)

(5)改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压：改变输入电压，输出电压也随之改变，但是两者的比值不变。

(6)对调原、副线圈，重新测量输入、输出端电压：对调原、副线圈后，输出端电压发生变化，两者的比值为对调前的倒数。

(7)改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压：改变线圈匝数后，输出电压随之变化，输入、输出电压的比值也随之变化。

(8)实验结果分析及结论得出：在误差允许的范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，数学表达式为：U 1U 2＝n 1n 2

。

[试身手]

1．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，下列说法中正确的是( ) A ．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1

B ．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等，但穿过每匝线圈的磁通量并不相等

C ．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1

D ．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1

解析：选D 对理想变压器，无磁通量损失，因而穿过两个线圈的磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，才导致电压与匝数成正比，选项A 、B 、

C 错误；理想变压器可以忽略各种损耗，故输入功率等于输出功率，选项

D 正确。

理想变压器中的功率关系及电流关系 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 入＝P 出。

3．电流关系

由I 1U 1＝I 2U 2，可得I 1I 2＝n 2

n 1

。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．在理想变压器中原、副线圈的磁通量的变化率是一致的。( ) 2．理想变压器能提高功率。( ) 3．利用理想变压器可以提高电流。( ) 答案：1.√ 2.× 3.√

[释疑难·对点练]

1．变压器的变压原理：当原线圈加上交流电压U 1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生变化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生变化的磁通量，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。

2．能量转化：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。

3．根据理想变压器输入功率等于输出功率，即I 1U 1＝I 2U 2，可得I 1I 2＝n 2n 1

，即通过原、副线圈的电流与原、副线圈的匝数成反比。

4．由功率关系，当只有一个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2，得I 1I 2＝U 2U 1＝n 2n 1

，当有多个副线圈时，

I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋…，得I 1n 1＝I 2n 2＋I 3n 3＋…。

[试身手]

2．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V ，额定功率为22 W ，原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，

灯泡正常发光。若用U 和I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则( )

A ．U ＝110 V ，I ＝0.2 A

B ．U ＝110 V ，I ＝0.05 A

C ．U ＝110 2 V, I ＝0.2 A

D ．U ＝110 2 V ，I ＝0.2 2 A

解析：选A 在副线圈电路中，I 2＝P U 2＝0.1 A ，再根据U 1U 2＝n 1n 2，及I 1I 2＝n 2n 1

，得U 1＝110 V ，

I 1＝0.2 A ，故B 、C 、D 错，A 正确。

变压器工作时的制约关系及动态分析 1．电压制约

当变压器原、副线圈的匝数之比⎝ ⎛⎭

⎪⎫n 1n 2一定时，输出电压U 2由输入电压决定，即U 2＝n 2U 1

n 1

。 2．电流制约

当变压器原、副线圈的匝数之比⎝ ⎛⎭

⎪⎫n 1n 2一定，且输入电压U 1确定时，原线圈中的电流I 1

由副线圈中的输出电流I 2决定，即I 1＝

n 2I 2

n 1

。 3．负载制约

(1)变压器副线圈中的功率P 2由用户负载决定，P 2＝P 负1＋P 负2＋…。 (2)变压器副线圈中的电流I 2由用户负载及电压U 2确定，I 2＝P 2U 2

。 (3)总功率P 入＝P 线＋P 2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．对于理想变压器，无论有几个副线圈，输入功率和输出功率总是相等。( ) 2．理想变压器的输出功率决定输入功率，即输出端需要多大的功率，输入端就可提供多大的功率。( )

3．对于理想变压器，I 1I 2＝n 2n 1

的成立是需要条件的。( ) 4．负载变化时，可能引起原线圈电压的变化。( ) 答案：1.√ 2.√ 3.√ 4.×

[释疑难·对点练]