高中物理远距离输电变压器变压器的雏形感应线圈素材鲁科选修
2018版高中物理第4章远距离输电4.2变压器学案鲁科版选修3_
第2讲 变压器[目标定位] 1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理.2.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.3.了解自耦变压器的工作原理．一、变压器的结构1．构造：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成．2．物理量：(1)与电源相连的线圈叫原线圈或初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈或次级线圈．(2)原线圈两端的电压叫输入电压，用符号U 1表示；副线圈两端的电压叫输出电压，用符号U 2表示．3．分类：按输出电压的升降，变压器分为升压变压器和降压变压器．二、变压器的工作原理1．工作原理：互感现象是变压器工作的基础．2．理想变压器：在理想变压器中，通过原、副线圈的变化磁通量相同，在原、副线圈上每匝产生的感应电动势相同．三、变压器电压与匝数的关系1.＝.U 1U 2n 1n 22.＝.I 1I 2n 2n 1四、自耦变压器1．特点：是只有1个绕组的变压器．2．作用：(1)这个绕组可以当做原线圈接电源，而绕组的一部分当做副线圈接负载，成为降压变压器．(2)可以将绕组的一部分当做原线圈接电源，而将整个绕组当做副线圈接负载，成为升压变压器．想一想 1.把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图1所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图1答案 能．当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．想一想 2.若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？答案 不发光.一、变压器“变压”的原理 电压与匝数的关系1．变压器的工作基础是互感现象，由于互感作用，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n 1，则U 1＝n 1，副线圈匝数为n 2，则U 2＝n 2，所ΔΦΔt ΔΦΔt ΔΦΔt 以＝.U 1U 2n 1n 22．变压器的变压关系(1)只有一个副线圈：＝.U 1U 2n 1n 2(2)有多个副线圈：＝＝＝…U 1n 1U 2n 2U 3n 33．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．4．变压器不改变交流电的频率例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )A ．通过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答案 BC解析 I 变化，则磁场变化，由于面积S 不变，故Φ变化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故B 、C 正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，故D 错误．二、理想变压器的功率关系和电流关系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．2．理想变压器的功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，P 入＝P 出．3．电流关系(1)只有一个副线圈时，有U 1I 1＝U 2I 2，得n 1I 1＝n 2I 2，即＝.I 1I 2n 2n 1(2)当有多个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…，得n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…4．电压、电流、功率的制约关系(1)电压制约：输入电压U 1决定输出电压U 2.(2)功率制约：P 出决定P 入，这体现了能量守恒的特点．(3)电流制约：输出电流I 2决定输入电流I 1.例2 理想变压器连接电路如图2甲所示，已知原、副线圈匝数比为10∶1，当输入电压波形如图乙时，电流表读数为2 A ，则( )图2A ．电压表读数为282 VB ．电压表读数为28.2 VC ．输入功率为56.4 WD ．输入功率为40 W答案 D 解析 由题图乙可知，U m ＝282 V ，则输入电压有效值U 1＝≈200 V ．根据＝知，U 2＝20 U m2U 1U 2n 1n 2V ，再根据＝知，I 1＝0.2 A ，输入功率P ＝U 1I 1＝40 W ，故A 、B 、C 错，D 正确．I 1I 2n 2n1答案 A解析 U 2＝220V ，根据U 1∶U 2＝n 1∶n 2得，U 1＝110V.I 2＝＝0.1A ，根据I 1∶I 2＝n 2∶n 1得I 1＝0.2A ．所以正确答案是A.P U2例3 如图3所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n 1∶n 2∶n 3＝10∶5∶1，其中n 1接到220V 的交流电源上，n 2和n 3分别与电阻R 2、R 3组成闭合回路．已知通过电阻R 3的电流I 3＝2A ，电阻R 2＝110Ω，求通过电阻R 2的电流I 2和通过原线圈的电流I 1.图3答案 1A 0.7A解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R 2上的电压U 2＝U 1＝×220V ＝110V n 2n 1510通过电阻R 2的电流I 2＝＝A ＝1A U 2R 2110110加在R 3上的电压U 3＝U 1＝×220V ＝22V n 3n 1110根据输出功率等于输入功率得：U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3代入数据解得通过原线圈的电流为：I 1＝0.7A.三、几种常见的变压器1．自耦变压器如图4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．图4规律：＝，＝.U 1U 2n 1n 2I 1I 2n 2n 12．电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图5甲所示．(2)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．(3)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．图53．电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示．(2)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．(3)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．例4 普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图6所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为I cd，为了使电流表能正常工作，则( )图6A．ab接MN、cd接PQ，I ab＜I cdB．ab接MN、cd接PQ，I ab＞I cdC．ab接PQ、cd接MN，I ab＜I cdD．ab接PQ、cd接MN，I ab＞I cd答案 B解析 根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd 接PQ，I ab＞I cd，故B正确.变压器原理分析1．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿过原、副线圈每一匝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10∶1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1答案 BD解析 对于理想变压器，认为无磁通量损失，因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同，磁通量的变化率相等，每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比，故A、C错误，B正确；理想变压器没有能量损失，故输入功率等于输出功率，故D正确．理想变压器基本规律的应用2．理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )A．I1由I2决定 B．U2与负载有关C．P1由P2决定D．以上说法都不正确答案 AC3.如图7所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是( )图7A ．120V,0.10AB ．240V,0.025AC ．120V,0.05AD ．240V,0.05A答案 D解析 灯泡正常工作，副线圈电压U 2＝12V ，副线圈电流I 2＝2×A ＝1A ，根据匝数比得原线612圈电流I 1＝I 2＝0.05A ，原线圈电压U 1＝20U 2＝240V ，选项D 正确．120互感器的应用4．如图8所示，L 1和L 2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n 1∶n 2＝1000∶1，n 3∶n 4＝1∶100，图中电压表示数为220V ，电流表示数为10A ，则高压输电线的送电功率为( )图8A ．2.2×103WB ．2.2×10－2WC ．2.2×108WD ．2.2×104W答案 C解析 由电流互感器知电压输电线中电流I ＝1000A ，由电压互感器知电压U ＝220×103V ，则高压输电线功率P ＝UI ＝2.2×108W.。
高中物理远距离输电三相交变电流三相变压器的诞生素材鲁科选修
三相变压器的诞生1888年，俄国科学家多利沃—多布罗夫斯基提出三相电流可以产生旋转磁场，并发明三相同步发电机和三相鼠笼式电动机。
1889年，他为解决三相电流的传输及供电问题，开始研究三相变压器。
与当时的单相变压器相比，多利沃—多布罗夫斯基三相变压器的原边、副边线圈并无太大差别，主要区别是在铁心布置方面。
当年，他申请第1个三相变压器铁心的专利，3个心柱在周向垂直对称布置，上、下与两个轭环相连。
这种结构类似欧洲中世纪的修道院，故称为“Tempeltype(寺院式)”，如图1(a)所示。
“寺院式”结构后来又发展出图1(b)和图1(c)式。
1891年，西门子公司又首先采用了框式铁心，见图1(d)。
图1 三相变压器铁心世界上第一台三相变压器出现于1891年。
当年8月，世界博览会在德国法兰克福(Frankfurt)召开，会议组织者为了展示交流电的输送和应用，在175km外的德国劳芬(Lauffen)的波特兰(Portland)水泥厂内装设了一套三相水轮发电机组(210kVA，150r/min，40Hz，相电压55V)，向博览会上的1000盏电灯和一台100马力的三相感应电动机供电。
为此，德国通用电气公司(AEG)和瑞士奥立康(Oerlikon)厂分别为劳芬-法兰克福工程提供了4台和2台三相变压器。
在劳芬，AEG公司提供了2台三相升压变压器(每台100kVA，变比为1∶160，Y-Y接)，Oerlikon工厂提供了一台升压变压器(150kVA，变比为1∶155)；在法兰克福的两座降压变电所，则分别装有2台AEG公司生产的三相降压变压器(变比为123∶1)向电动机供电，以及一台Oerlikon工厂生产的三相降压变压器(变比为116∶1)向1000盏电灯供电。
实测变压器的最高效率已达到96%。
图2为AEG公司制造的三相变压器。
图2 AEG公司三相变压器(1891年)高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器课件 鲁科版选修3-2
[解析] 变压器只能改变变化的电压或电流，不能改变恒定电 压或电流，故 A 选项错误；变压器可以有一个或多个副线圈， C 选项正确；变压器的工作原理是电磁感应现象中的互感现象， 副线圈输出的电流(或电压)是原线圈电流(或电压)的感应电流 (或感应电压)，故 B 选项正确；根据变压器的结构特点和在电 路中的作用可知选项 D 正确． [答案] BCD
1.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 1∶2，两端分别接有四个阻值相同的灯泡，已知 4 盏灯均能正 常发光，则 L1 和 L2 的功率之比为( )
A．1∶1 C．9∶1
B．1∶3 D．3∶1
解析：选 C.由题意知原、副线圈电压之比为 1∶2，又灯泡电 阻相等且正常发光，则灯泡 2、3、4 的额定功率相同，电流相 同为 I；由于电流与匝数成反比，所以原、副线圈中电流之比 为 2∶1，所以灯泡 L1 电流为 3I，根据 P＝I2R 知，L1 和 L2 的 功率之比为 9∶1，故选 C.
命题视角 1 “匝数不变”的动态分析 (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，下列说法正确 的是( )
A．P 向下滑动时，灯 L 变亮 B．P 向下滑动时，变压器的输出电压不变 C．P 向上滑动时，变压器的输入电流变小 D．P 向上滑动时，变压器的输出功率变大 [解题探究] 当 P 向下(或向上)移动时，回路中电阻如何变化？
命题视角 2 “一原多副”变压器的分析与计算
如图所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为 n1∶n2∶ n3＝10∶5∶1，其中 n1 接到 220 V 的交流电源上，n2 和 n3 分 别与电阻 R2、R3 组成闭合回路．已知通过电阻 R3 的电流 I3＝2 A，电阻 R2＝110 Ω，求通过电阻 R2 的电流 I2 和通过原线圈的 电流 I1.
高中物理复习选修3-2第十一章交变电流传感器第2讲变压器远距离输电
第2讲 变压器 远距离输电知识要点一、理想变压器 1.构造和原理(1)构造:如图1所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
图1(2)原理:电磁感应的互感现象。
2.基本关系式(1)功率关系:P 入＝P 出。
(2)电压关系:U 1U 2＝n 1n 2。
有多个副线圈时U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…。
(3)电流关系:只有一个副线圈时I 1I 2＝n 2n 1。
由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时,U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 。
二、远距离输电图21.电压损失:(1)ΔU ＝U 2－U 3。
(2)ΔU ＝I 2R 线。
2.功率损失:(1)ΔP＝P2－P3。
(2)P损＝I22R线＝ΔU2 R线。
3.功率关系:P1＝P2,P3＝P4,P2＝P损＋P3。
4.电压、电流关系:U1U2＝n1n2＝I2I1,U3U4＝n3n4＝I4I3,U2＝ΔU＋U3,I2＝I3＝I线。
5.输电电流:I线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R线。
6.输电线上损耗的电功率:P损＝I线ΔU＝I2线R线＝⎝⎛⎭⎪⎫P2U22R线。
基础诊断1.[教科版选修3－2·P62·T10改编]有些机床为了安全,照明电灯用的电压是36 V,这个电压是把380 V的电压降压后得到的。
如果变压器的原线圈是1 140匝,副线圈是()A.1 081匝B.1 800匝C.108匝D.8 010匝解析由题意知U1＝380 V,U2＝36 V,n1＝1 140,则U1U2＝n1n2得n2＝U2U1n1＝108,选项C 正确。
答案 C2. (多选)理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1,原线圈两端接交流电源,则()A.原、副线圈中电流频率之比f1∶f2＝10∶1B.原、副线圈两端电压之比为U1∶U2＝10∶1C.原、副线圈内电流之比I1∶I2＝1∶10D.变压器输入和输出功率之比P1∶P2＝10∶1答案BC3.如图3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电表。
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[解析] 保持Q的位置不动，则副线圈的输出电压不变，当P向 上滑动时，副线圈电路中的总电阻变大，副线圈中的电流减小，根 据变流比可知，原线圈中的电流减小，因此电流表的读数变小，A 项错误，B项正确；保持P的位置不动，副线圈电路中的总电阻不 变，当Q向上滑动时，副线圈的匝数增多，由变压比可知，副线圈 的输出电压增大，副线圈中的电流增大，由变流比可知，原线圈中 的电流增大，电流表读数变大，C项正确，D项错误。
理想变压器电路的动态分析
1．理想变压器动态变化的两种情况 (1)原、副线圈的匝数比不变，分析各物理量随负载电阻的变 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，分析各物理量随原、副线圈的匝数比的变 化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、 n2→U2→I2→P2→P1→I1。
(1)变压器能改变交流电压，不能改变恒定直流电压。 (2)变压器不能改变交流电的周期和频率。 (3)交流电压表、电流表的示数均为有效值。 (4)理想变压器的效率是100%。
1．某理想变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压
的变化规律如图4-2-3所示，副线圈接有负载。下列判断中正确
的是
解析：交流电源电压有效值不变，即V1示数不变，因UU12＝nn12，
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，I2＝
U2 R总
，所以I2增大，因
I1 I2
＝Hale Waihona Puke n2 n1，所以A1示数增大，
A1与A2示数比值不变，A对。
答案：AD
3．(多选)如图4-2-9所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为
2．(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、A2，导线电阻不计，如图4-2-8所示。当开关S闭合后 ( )
高中物理第4章远距离输电第2节变压器课件鲁科版选修3-2
对变压器的理解 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频率． 4．若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压． 5．原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于零．
理想变压器电压与匝数的关系及自耦变 压器
理想变压器的电压关系和电流关系 1．理想变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的情况都成立． 2．电流关系只适用于有一个副线圈的情况，若有多个副线圈，则电流关系 应根据功率关系 P 入＝P 出求出．
[先填空] 1．电压与匝数的关系：UU12＝nn12． 2．电流与匝数的关系：II12＝nn21．
3．自耦变压器 (1)它只有 一个线圈，这个线圈可以作为原线圈接电源，线圈的一部分作为 副线圈接负载，成为降压变压器；也可以反过来使用，将线圈的一部分接电源， 整个线圈接负载，成为升压变压器．自耦变压器的工作原理和一般双绕组变压 器一样，原、副线圈两端的电压之比等于匝数比． (2)可调自耦变压器的最大优点是可以连续调节输出电压；缺点是低压端和 高压端直接有电的联系，使用不够安全．
U2表示．在电路中变压器的符号如图乙所示．
(3)种类：变压器分为 升压变压器和降压变压器两种． 图 4-2-1
2．变压器的工作原理 当原线圈两端加上交变电压时，就有 交变电流通过原线圈，并在铁芯中产 生交变的磁场，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线 圈，并在副线圈两端产生感应电动势．如果变压器在传输电能的过程中损失的 能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫做理想变压器．
知 识 点 一
学
业
第 2 节 变压器
分
层Leabharlann 测评知 识 点 二
高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器课件 鲁科版
三、科学探究——理想变压器电压与匝数的关系
1．原、副线圈没有__电__阻___，不产生___热____量． 2．闭合铁芯内没有漏磁，原、副线圈的磁通量应__相__同___
(不包括铁芯分支的情况)．
3．基本公式 功率关系：__P_入__＝__P_出__． 电压关系：__uu_12_＝__nn_12___. 电流关系：__II_12_＝__nn_21___.
1．输入电压 U1 决定输出电压 U2，这是因为输出电压 U2 ＝nn21U1，当 U1 不变时，不论负载电阻 R 变化与否，U2 不会改 变．
2．输出电流I2决定输入电流I1，在输入电压U1一定的情况 下 ， 输 出 电 压 U2 也 被 完 全 确 定 ． 当 负 载 电 阻 R 增 大 时 ， I2 减 小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增 大．在使用变压器时，不能使变压器次级短路．
其两端电压叫做__输__出__电__压__． 3．用途：改变交变电流的_电__压____，分__升__压___变压器和
降压变压器．
二、变压器的工作原理
当 原 线 圈 两 端 加 上 交 变 电 压 时 ， 就 有交__变__电__流__ 通 过 原 线 圈，并在铁芯中产生交变磁场，铁芯中就有变化的__磁__通__量__， 这个变化产生 _感__应__电__动__势___．如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很 小，可以忽略不计，这种变压器就叫做__理__想____变压器．
原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，
且灯泡正常发光，则( )
A．电流表的示数为
32 220
A
B．电源输出功率为 1 200 W
C．电流表的示数为
高中物理第4章远距离输电第2节变压器课件鲁科版选修32
[核心点击]
1．理想变压器的变压(变流)规律
规律表示
依据
备注
变压规律 Un11＝Un22＝Un33…
ΔΦ 适于一个原线圈 E＝n Δt 及多个副线圈的情况
功率关系
P 入＝P 出
能量守恒 适于理想变压器
II12＝nn21
适于一个原线圈一个副线 U1I1＝U2I2 圈
变流规律
n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
第二十六页，共33页。
3．自耦变压器 如图 4-2-6 所示为自耦变压器示意图，其特点是铁芯上只绕一个线圈．图甲 中把整个线圈做为原线圈，取一部分做为副线圈，可以降低电压；图乙中把一 部分做为原线圈，把整个线圈做为副线圈，可以升高电压．
图 4-2-6
第二十七页，共33页。
4．对于理想变压器，下列说法中不正确的是( ) A．原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大 B．原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大 C．原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化 D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
U1I1＝U2I2＋U3I3 适于一个原线圈，多个副 ＋… 线圈
第二十四页，共33页。
2.理想变压器各物理量间的制约关系 对于一个给定的理想变压器，原、副线圈的匝数一定． (1)输入电压决定输出电压：由Un11＝Un22，得 U2＝nn21U1. 当 U1 不变时，U2 也不会变，与负载电阻 R 多大及是否变化无关． (2)输出功率决定输入功率：对理想变压器 P 出＝P 入．
第八页，共33页。
[核心点击] 1．理想变压器有什么特点 (1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样； (2)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)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流； (4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于 0.
高中物理远距离输电变压器变压器的雏形感应线圈素材鲁科选修
变压器的雏形—感应线圈1831年8月29日，法拉第采用图1所示的实验装置进行磁生电的实验。
图1中，圆环用7/8英寸的铁棍制成，圆环外径6英寸；A是三段各24英尺长铜线绕成的线圈(三段间可根据需要串联)；B是50英尺铜线绕成的2个线圈(2个线圈可以串联)；1为电池；2为开关；3为检流器。
实验时，当合上开关2后，法拉第发现检流器3摆动，即线圈B和检流器3中有电流流过。
也就是说，法拉第通过这个实验发现了电磁感应现象。
法拉第进行这个实验的装置(法拉第感应线圈，图2)实际上是世界上第一只变压器雏形，以后法拉第又作了数次实验，同年10月28日还制成了第一台圆盘式直流发电机。
同年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了他的实验及其发现，从而使法拉第被公认为电磁感应现象的发现者，他也顺理成章地成为变压器的发明人。
图1 法拉第实验装置原理图(1831年8月29日)但实际上最早发明变压器的是美国著名科学家亨利。
1830年8月，时为纽约奥尔巴尼(Albang)学院教授的亨利利用学院假期，采用图3所示的实验装置进行磁生电实验。
当他合上开关K，发现检流计P的指针摆动；打开开关K，又发现检流计P的指针向相反方向摆动。
实验中，当打开开关K时，亨利还在线圈B的两端间观察到了火花。
亨利还发现，改变线圈A和B的匝数，可以将大(Intensity)电流变为小(Quantity)电流，也可将小电流变为大电流。
实际上，亨利这个实验是电磁感应现象的非常直观的关键性实验，亨利这个实验装置也实际上是一台变压器的雏形。
但是，亨利做事谨慎，他没有急于发表他的实验成果，他还想再做一些实验。
然而假期已过，他只得将这件事搁置一旁。
后来他又进行了多次实验，直到1832年才将实验论文发表在《美国科学和艺术杂志》第7期上。
但是，在此以前，法拉第图2 法拉第感应线圈图3 亨利实验装置原理图(1830年8月)首先公布了他的电磁感应实验，介绍了他的实验装置，因此电磁感应现象的发明权只能归法拉弟，变压器的发明权也非法拉弟莫属了。
高中物理鲁科版选修3-2第4章远距离输电第2节变压器
4.2 变压器［教学目标］：（一）知识与技能1、知道变压器的构造．知道变压器是用来改变交流电压的装置．2、理解互感现象，理解变压器的工作原理．3、掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题．4、理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题．5、理解变压器的输入功率等于输出功率．能用变压器的功率关系解决简单的变压器的电流关系问题．6、知道课本中介绍的几种常见的变压器．（二）过程与方法1、通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯．2、从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力．3、从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。
（三）情感、态度与价值观1、通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。
2、让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想．3、培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度．［教学重点］变压器工作原理及工作规律．［教学难点］（l）理解副线圈两端的电压为交变电压．（2）推导变压器原、副线圈电流与匝数关系．（3）掌握公式中各物理量所表示对象的含义．（4）变压器铁芯是否带电即如何将电能从原线圈传输到副线圈．［教学器材］：变压器、电源、小电炮、开关、电压表等导线等［教学方法］：讲授、讨论，类比、归纳法［教学过程］（一）引入新课在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？需改变电压，以适应各种不同电压的需要----变压器（二）进行新课能够改变交流电压的设备叫变压器．一、变压器（一）变压器构造教师利用课件展示画变压器实物图、示意图及其在电路图中的符号（见图1），要求学生搞清图中所用字母和符号的意义．闭合铁芯匝原线圈（初级线圈，一次线圈）n1匝副线圈（次级线圈，二次线圈）n2：输入电压U1U：输出电压2提问：把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。
高中物理远距离输电变压器高兰德吉布斯二次发电机素材鲁科选修
高兰德—吉布斯二次发电机19世纪80年代后，交流电进入人类社会生活，变压器的原理也为许多人所了解，人们自然而然想到将变压器用于实际交流电路中。
在这方面迈出第一步并做出重大贡献的是法国人高兰德(L.Gauland,1850～1888)和英国人吉布斯(J.D.Gibbs)。
1882年9月13日，它们在英国申请了第一个感应线圈及其供电系统的专利(№.4362)，他们称这种感应线圈为“Secondary generator”(二次发电机)。
图1为高兰德—吉布斯二次发电机原理图，原边线圈数与副边线圈数之比为1∶1，原边线圈串联，而副边线圈均分为数段，分别与电灯1相连。
高兰德—吉布斯二次发电机(变压器)是一种开路铁心变压器，它通过推进、拉出铁心来控制电压，原边线圈他们仍坚持采用串联(虽然麦克斯韦在1865年就证明，原边线圈如果采用串联，副边电压就不能单独控制)。
图1 高兰德—吉布斯二次发电机原理图1—电灯2—开关3—交流电源1882年10月7日，他们制成了第一台3000V/100V的二次发电机，1983年又制成一台容量约5kVA 的二次发电机在伦敦郊外一个小型电工展览会上展出表演。
当年，他们为伦敦市区铁路提供了几台小型变压器(图2)。
1884年，他们在意大利都灵技术博览会上展出了图2 高兰德—吉布斯二次发电机(1883年)他们的变压器，并表演了交流远距离输电。
采用开磁路变压器串联交流输电系统，将30kW、133Hz的交流电输送到40km远处。
当年他们还售出了几台类似的变压器，其中图3为售给意大利物理学家费拉里斯(G.Ferraris,1847～1897)的实验用变压器。
该变压器铁心为铁丝组成的开路铁心，原边线圈由0.25mm 厚铜片绕成的445个环(匝)组成，但它们在高度方向图3 高兰德—吉布斯二次发电机(1884年)分成4段，通过正前方的塞子将副边线圈的4段串联或并路，从而改变副边的输出电压。
图4为另一种高兰德—吉布斯二次发电机，这台二次发电机可以通过调节输出电压而改变输出功率的大小。
2020_2021学年高中物理第四章远距离输电第2节变压器课件1鲁科版选修3_2
I1 U2 n2 I2 U1 n1
此公式只适用于一个副线圈的变压器
课堂练习
2、一理想变压器，原线圈匝数 n1=1100，接在电压220V的交流电源 上，当它对11只并联的“36V,60w”的 灯泡供电时,灯泡正常发光.由此可知
思考：原、副线圈的电压与什么因素有 关系？请你根据所学过的知识进行猜想。
实验：探究变压器线圈两端电压与匝数 的关系
点击下图观看实验
实验结论
误差允许范围内
U 1 n1 ～
～
U 2 n2
理想变压器模型
——没有能量损失的变压器
理想变压 器的特点：
无铜损 无铁损 理想变压器也是一个
理想化模型。
无磁损
变压器
在输电过程中，电压必须进行调整。
变电站的大型变压器
城乡变压器
各式变压器
可拆式变压器
观察变压器结构Biblioteka 一、变压器的构造铁芯
1.构造：
（1）闭合铁芯
（2）原线圈(初级线圈)
原线圈
副线圈
2.示意图
（3）副线圈(次级线圈)
3.电路图中符号
n1
n2
铁芯与线圈互相绝缘
思考与讨论
把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯 上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小 灯泡上。小灯泡可能发光吗？说出你的道理。
问题：变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈 接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？
二、变压器的工作原理 ——互感现象
～
～
变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
高考物理第十一章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送鲁科鲁科高三全册物理
(2)I= U U 。
R
12/9/2021
【情境辨析】 发电厂电能输送原理如图所示。
12/9/2021
(1)设计输电线路时，输送功率相同的情况下，输送电压U越大，输电导线产
生的损耗功率越大。 ( × )
(2)增大输电导线横截面积有助于减少输电过程中的电能损失。 ( √ )
(3)用户开启用电器越多，输电导线损耗功率越大。 ( √ )
理想变压器
(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流) (2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
功率关系
基 电压关系 本 关 系 电流关系
频率关系 12/9/2021
根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率， 即P入=_P_出_
原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式： U 1 n 1 ，与负载、
(4)用户开启用电器越多，通过发电机线圈的电流越大。 ( √ )
(5)输电导线损耗功率为P=的是增大输电的电流。
(
×
)
(7)变压器原线圈中的电流由副线圈中的电流决定。 ( √ )
12/9/2021
12/9/2021
第2讲 变压器 电能的输送
12/9/2021
12/9/2021
【知识建构】 一、理想变压器 1.构造和原理(如图所示)： (1)主要构造：由原线圈、副线圈和_闭__合__铁__芯__组成。 (2)工作原理：电磁感应的_互__感__现__象__。
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2.理想变压器原、副线圈基本量的关系：
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二、远距离输电 1.输电过程(如图所示)：
电厂→升压变压器→高压线路→降压变压器→用户。
12/9/2021
[精品]2019学年高中物理第4章远距离输电第2节变压器教学案鲁科版选修
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第2节 变压器一、变压器的结构 1．变压器的定义在交流电的传输过程中，能升高电压或降低电压的设备。
2．变压器的结构(1)如图421甲所示，变压器由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制。
在电路中，变压器的符号如图乙所示。
图421(2)原线圈：与电源相连的线圈，也叫初级线圈，其两端电压叫输入电压，用符号 U 1表示。
副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫输出电压，用符号 U 2表示。
3．变压器的分类按输出电压的升降，变压器分为升压变压器和降压变压器两种。
二、变压器的工作原理1．互感：交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交变磁场在副线圈中产生感应电动势，当副线圈闭合时，副线圈中有电流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过原线圈，在原线圈中产生相互感应的现象。
2．工作原理1.变压器的工作原理是互感现象，理想变压器通过原、副线圈的磁通量、磁通量的变化率相同，每匝线圈产生的感应电动势相等。
2．理想变压器原、副线圈功率相等，电压比是U 1U 2＝n 1n 2；电流比是I 1I 2＝n 2n 1(仅用于一原一副)。
3．变压器高压线圈匝数多、电流小，可用细导线；低压线圈匝数少、电流大，一般用粗导线。
4．自耦变压器的工作原理和一般的双绕组变压器一样，原、副线圈两边的电压比等于匝数比。
电磁感应是变压器的工作原理，即互感现象是变压器工作的基础。
3．理想变压器(1)变压器线圈的电阻忽略不计； (2)闭合铁芯的“漏磁”忽略不计； (3)闭合铁芯中产生的互感现象忽略不计。
即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。
三、科学探究——变压器电压与匝数的关系四、自耦变压器1．定义：只有一个绕组的变压器。
2．优、缺点(1)优点：可以连续地调节输出电压。
(2)缺点：低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全。
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变压器的雏形—感应线圈1831年8月29日，法拉第采用图1所示的实验装置进行磁生电的实验。
图1中，圆环用7/8英寸的铁棍制成，圆环外径6英寸；A是三段各24英尺长铜线绕成的线圈(三段间可根据需要串联)；B是50英尺铜线绕成的2个线圈(2个线圈可以串联)；1为电池；2为开关；3为检流器。
实验时，当合上开关2后，法拉第发现检流器3摆动，即线圈B和检流器3中有电流流过。
也就是说，法拉第通过这个实验发现了电磁感应现象。
法拉第进行这个实验的装置(法拉第感应线圈，图2)实际上是世界上第一只变压器雏形，以后法拉第又作了数次实验，同年10月28日还制成了第一台圆盘式直流发电机。
同年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了他的实验及其发现，从而使法拉第被公认为电磁感应现象的发现者，他也顺理成章地成为变压器的发明人。
图1 法拉第实验装置原理图(1831年8月29日)但实际上最早发明变压器的是美国著名科学家亨利。
1830年8月，时为纽约奥尔巴尼(Albang)学院教授的亨利利用学院假期，采用图3所示的实验装置进行磁生电实验。
当他合上开关K，发现检流计P的指针摆动；打开开关K，又发现检流计P的指针向相反方向摆动。
实验中，当打开开关K时，亨利还在线圈B的两端间观察到了火花。
亨利还发现，改变线圈A和B的匝数，可以将大(Intensity)电流变为小(Quantity)电流，也可将小电流变为大电流。
实际上，亨利这个实验是电磁感应现象的非常直观的关键性实验，亨利这个实验装置也实际上是一台变压器的雏形。
但是，亨利做事谨慎，他没有急于发表他的实验成果，他还想再做一些实验。
然而假期已过，他只得将这件事搁置一旁。
后来他又进行了多次实验，直到1832年才将实验论文发表在《美国科学和艺术杂志》第7期上。
但是，在此以前，法拉第图2 法拉第感应线圈图3 亨利实验装置原理图(1830年8月)首先公布了他的电磁感应实验，介绍了他的实验装置，因此电磁感应现象的发明权只能归法拉弟，变压器的发明权也非法拉弟莫属了。
亨利虽然非常遗憾地与电磁感应现象的发现权和变压器的发明权擦肩而过，但他在电学上的贡献、对变压器发明的贡献则是有目共睹的。
特别值得一提的是，亨利实验装置比法拉弟感应线圈更接近于现代通用的变压器。
从现代变压器原理来看，法拉弟感应线圈是一只单心闭合磁路双绕组式变压器。
由于当时没有交流电源，所以它是一种原始的脉冲变压器，而亨利变压器则是一种原始的双心开路磁路双绕组式脉冲变压器。
高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题1．用水平力F拉着一物体在水平面上做匀速运动，某时刻将力F随时间均匀减小，物体所受的摩擦力随时间的变化如图中实线所示，下列说法中正确的是（）A．F做功的功率是从t1时刻开始减小的，t2时刻F做功的功率刚好变为零B．F做功的功率是从t1时刻开始减小的，t3时刻F做功的功率刚好变为零C．F做功的功率是从t2时刻开始减小的，t2时刻F做功的功率刚好变为零D．F做功的功率是从t2时刻开始减小的，t3时刻F做功的功率刚好变为零2．如图所示，将带铁芯的电感器L与灯泡A串联，再与另一个完全相同的灯泡B并联，接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。
通过调节交流信号发生器上的旋钮，可以改变输出电压和信号的频率。
闭合开关S，A、B两灯均发光。
关于该实验，下列说法中正确的是（）A．保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯亮B．保持输出电压和信号频率不变，撤去铁芯后，发现A灯比原来亮C．保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现A、B灯均变亮D．断开开关S，发现B灯闪亮一下，然后熄灭3．如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则( )A．卫星a的加速度大于b的加速度B．卫星a的角速度小于c的角速度C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D．卫星b的周期大于24 h4．使用无人机植树时，为保证树种的成活率，将种子连同营养物质包进一个很小的荚里。
播种时，在离地面10 m高处、以15 m/s的速度水平匀速飞行的无人机中，播种器利用空气压力把荚以5 m/s的速度（相对播种器）竖直向下射出，荚进入地面下10 cm深处完成一次播种。
已知荚的总质量为20 g，不考虑荚所受大气阻力及进入土壤后重力的作用，取g=10 m/s2，则（）A．射出荚的过程中，播种器对荚做的功为2.5 JB．离开无人机后，荚在空中运动的时间为 s C．土壤对荚冲量的大小为3kg·m/sD．荚在土壤内受到平均阻力的大小为22.5 N 5．关于能量和能源，下列说法正确的是（）A．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源B．能量耗散说明能量在转化的过程中，其总量会不断减少C．能量耗散现象说明，在能量转化的过程中，可利用的品质降低了D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造6．如图所示，A、B为两块水平放置的金属板，通过闭合的开关S分别与电源两极相连，两板中央各有一个小孔a和b．在a孔正上方某处一带电质点由静止开始下落，不计空气阻力，该质点到达b孔时速度恰为零，然后返回．现要使带电质点能穿出b孔，可行的方法是( )A．保持S闭合，将B板适当下移B．保持S闭合，将A板适当上移C．先断开S，再将A板适当上移D．先断开S，再将B板适当下移二、多项选择题7．如图所示，在直角框架MQN上，用轻绳OM、ON共同悬挂一个物体。
物体的质量为m，ON呈水平状态。
现让框架沿逆时针方向缓慢旋转90°，在旋转过程中，保持结点O位置不变。
则下列说法正确的是（）A．绳OM上的力一直在减小B．绳ON上的力一直在增大C．绳ON上的力先增大再减小D．绳OM上的力先减小再增大8．人类将在2023年登陆火星，己知人造卫星A绕火星做匀速圆周所能达到的最大速度为v，最小周期为T．现有人造卫星B绕火星做匀速圆用运动，运行半径是火星半径的n倍。
引力常量为G，则（）A．火星的半径为B．火星的质量为C．火星的密度为D．卫星B的运行速度为9．如图所示，电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导轨左端接一定值电阻R。
质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上，受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动，外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv（F0、k是常量），金属棒与导轨始终垂直且接触良好。
金属棒中感应电流为i，受到的安培力大小为F A，电阻R两端的电压为U R，感应电流的功率为P，它们随时间t变化图象可能正确的有A．B．C．D．10．一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是A．图乙中的c光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的B．图乙中的b光光子能量为12.09eVC．动能为leⅤ的电子能使处于第4能级的氢原子电离D．阴极金属的逸出功可能为W0=6.75eV三、实验题11．如图所示，质量m1=1 kg的小木块A和高h=1 m、质量m3=3 kg的光滑斜面C静止在光滑水平地面上，C与地面平滑连接，质量m2=2 kg的小木块B以水平速度v1=8 m/s向右运动，与竖直墙壁碰撞，碰撞时间为△t=0.2 s，碰后速度大小变为v2= 6 m/s，B与A碰撞后粘在一起。
g取10 m/s2。
求：（1）B与墙壁碰撞过程中，墙壁对小球平均作用力的大小；（2）A和B一起第一次滑上斜面达到的最大高度h m。
12．某实验小组要做“探究小车所受外力与加速度关系”的实验，采用的实验装置如图1所示。
（1）本实验中____________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力，___________（填“需要”或“不需要”）钩码的质量远小于小车的质量。
（2）该同学在研究小车运动时打出了一条纸带，如图2所示，在纸带上，连续5个点为一个计数点，相邻两个计数点之间的距离依次为，，，，，，打点计时器的频率f=50Hz，则打纸带上第5个计数点时小车的速度为________m/s，整个过程中小车的平均加速度为___________m/s2.（结果均保留2位有效数字）四、解答题13．如图所示，M为一线圈电阻R M=0.5Ω的电动机，R=8Ω，电源电动势E=10V．当S断开时，电流表的示数I1=1A，当开关S闭合时，电流表的示数为I2=3A．求：（1）电源内阻r；（2）开关S断开时，电阻R消耗的功率P．（3）开关S闭合时，通过电动机M的电流大小I M．14．如图所示，在竖直放置的两端开口的“U”型玻璃细管中，利用水银和活塞封闭着一段气体（可看成理想气体），活塞与玻璃管气密性良好，玻璃管粗细均匀，管内直径相对气体或水银柱长度而言可以忽略不计。
已知外部大气压P0=76cmHg，其他参数见图，若缓慢上提活塞，使所有水银均进入左侧玻璃管中，活塞上提的高度h至少应为多少？（假设上提过程中气体温度及外部大气压都不变）。
【参考答案】一、单项选择题二、多项选择题7．AC8．AC9．BC10．BCD三、实验题11．（1）140 N（2）0.4 m12．需要不需要 0.49 1.0四、解答题13．（1）2Ω （2）（3）14．29cm高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题1．如图，质量为m的带正电的小球用绝缘轻绳悬挂在O点，在空间中存在着水平向右的匀强电场，小球在B点能够静止不动。
现在让小球由最低点A从静止释放。
则小球（）A．恰好能运动到C点B．过B点时合力为0C．向右运动的过程中合力的功率先增大再减小D．在C点加速度为2．如图所示，用细绳通过定滑轮沿竖直光滑的墙壁匀速向上拉，则拉力F和墙壁对球的支持力N的变化情况是（）A．F增大，N增大B．F增大，N不变C．F减小，N增大D．F减小，N不变3．如图所示，一艘走私船在岸边A点，以速度v0匀速地沿垂直岸的方向逃跑，距离A点为a处的B点的快艇同时启动追击，快艇的速率u大小恒定，方向总是指向走私船，恰好在距离岸边距离a处逮住走私船，那么以下关于快艇速率的结论正确的是A．快艇在垂直岸边的方向上的平均速度u y＝v0B．快艇在沿岸的方向上的平均速度u x＝v0C．快艇速度的大小u＝v0D．快艇的平均速率等于v04．如图所示，理想变压器的原线圈接在一个交流电源上，交流电压瞬时值随时间变化的规律为u=220sin100πt(V)，副线圈所在电路中接有灯泡、电动机、理想交流电压表和理想交流电流表。