高中物理 变压器学案

第五章交变电流第四节《变压器》导学案【教学目标】1、了解使用变压器的目的，知道变压器的基本构造，知道理想变压器和实际变压器的区别。

2、知道变压器的工作原理，会用法拉第电磁感应定律解释变压器的变比关系。

3、知道不同种类的变压器。

【教学重点】变压器的工作原理，互感过程的理解及电压与匝数的关系。

【教学难点】互感过程的理解，变比关系的推导和理解课前预习1、法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的成正比。

感应电动势E= 。

2、互感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在。

3、自感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同时也在。

4、变压器的构成。

5、变压器的工作原理。

6、变压器中电压与匝数的关系：。

课内探究一、变压器的结构：展示可拆变压器，左右各有一个线圈套在铁芯上，其中一个与电源相连的称为（或初级线圈），另一个与用电器相连的称为（或次级线圈）。

线圈是由绝缘的导线绕制的。

闭合的铁芯是由涂有绝缘漆的薄硅钢片叠加而成的。

线圈与铁芯彼此。

二、变压器的工作原理1.把交变电压加在原线圈上，原线圈中的交变电流在铁芯中产生的磁场，将铁芯磁化并在铁芯中产生交变的，这个交变不但穿过，也穿过，所以也在副线圈中激发。

如果副线圈两端连着用电器，副线圈中就会产生。

这一过程中原副线圈是互相感应的，这就是我们学过的符号：2.若是接直流电源的话，副线圈两端还会有电压吗？（）3.闭合铁芯起什么作用？若没有铁芯，则磁感线在空间中，只有一小部分穿过另一线圈，而加上铁芯后可以使磁感线绝大部分在铁芯中，使得能量转化的效率大大提高了。

4.理想变压器：忽略漏磁，忽略铜损(线圈发热消耗的电能）和铁损(铁芯中的涡流消耗的电能),这样的变压器称为理想变压器。

三、理想变压器的变压规律：1.原副线圈两端电压与匝数关系：若将漏失的磁通量忽略不计，可认为穿过原副线圈的磁通量相同变化情况也相同，则在每匝线圈中产生的感应电动势是一样的，但因为原副线圈的匝数不同，则有：原线圈 E1= ，副线圈 E2= ，所以E1/E2= 而 E1=U1E2=U2,所以U1/U2=结论：原.副线圈两端电压之比等这两个线圈的匝数比。

2、实验验证：U1U21）、实验仪器： ａ、4V 学生交流电源ｂ、小型变压器，不同于可拆变压器，两个线圈套在一起，每个线圈都标有匝数，铁芯上下拼成日字形状，使线圈处于铁芯的中间，这样同样能使得穿过原副线圈的磁通量相同。

ｃ、万用表，可以测量交流电压，先使得转动旋钮调在交流电压10V 量程挡上，读数可以在表盘上读取，测量时直接用表笔接触接线柱。

连接如右图所示的电路，用多用电表测出变压器的原.副线圈两端电压，由数据分析变压器原.副线圈两端电压的关系。

2）、测量记录数据：实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。

问题延伸：已知理想变压器的电压与匝数关系，试判断升压变压器：原线圈匝数 副线圈匝数； 降压变压器：原线圈匝数 副线圈匝数。

3.理想变压器的功率关系：实际变压器的效率都很高，特别是大型变压器，效率可达97%-99.5%，所以理论研究时我们把它当成100%－－理想变压器(即没有能量损失的变压器)。

因此，由能量守恒得理想变压器输入的电功率 输出的电功率，即 P 1 P 2。

4.理想变压器原副线圈中的电流比： 又因 P 1= U 1I 1 ，P 2= U 2I 2 所以 U 1I 1=U 2I 2121221n n U U I I == 所以，理想变压器的原副线圈的电流跟他们的匝数 。

由这一关系，可知若是高压线圈匝数多，但电流小，可用较细的导线，可以节省材料；若是低压线圈匝数少但是电流大，就要用较粗的导线。

所以，我们可以从导线的粗细来判断其匝数的多少，进而判断使升压变压器还是降压变压器。

问题：若理想变压器有两个副线圈，试推导原、副线圈中的电流、电压与匝数的关系。

（提示：从功率入手）例题：为了安全，机床上照明电灯用的电压是36V，这个电压是把220V的电压降压后得到的。

如果理想变压器的原线圈是1210匝，副线圈是多少匝？用这台变压器给40W的电灯供电，使灯泡正常发光，问：原、副线圈中的电流各是多大？原线圈的输入功率多大？三、几种常见的变压器1、自耦变压器：若将整个线圈作原线圈，则n2 n1为变压器，若将整个线圈作原线圈，则n2 n1为变压器。

2、互感器：应用：用于将高电压变成低电压，或将大电流变成小电流的变压器。

这样可以测量高电压和大电流了。

ａ、电压互感器要求：：原线圈进电路，副线圈接交流电压表，原线圈匝数副线圈匝数。

ｂ、电流互感器要求：原线圈进电路，副线圈接交流电流表，原线圈匝数副线圈匝数。

跟踪练习1.理想变压器的原线圈和副线圈数之比为2：1，如果将原线圈接在6V的电池组上，稳定后副线圈电压是（）A. 12VB. 3VC. 0VD. 无法判断2.用理想变压器给负载供电,变压器输入电压一定时,在下列办法中可以使变压器的输入功率增加的是 ( )A.增大负载电阻的阻值,而原、副线圈的匝数保持不变B.减小负载电阻的阻值，而原、副线圈的匝数保持不变C.增加副线圈的匝数，而原线圈的匝数和负载电阻保持不变D.增加原线圈的匝数，而副线圈的匝数和负载电阻保持不变3．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，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32220A B．电源输出功率为1200 WC．电流表的示数为3220A D．原线圈端电压为11 V4．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )A．输出电压的最大值为36 VB．原、副线圈中电流之比为55∶9C．变压器输入、输出功率之比为55∶9D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz5．如图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为加在原线圈的电压，则( )A ．保持U 1及P 的位置不变，K 由a 合到b 时，I 1将增大B ．保持P 的位置及U 1不变，K 由b 合到a 时，R 消耗功率将减小C ．保持U 1不变，K 合在a 处，使P 上滑，I 1将增大D ．保持P 的位置不变，K 合在a 处，若U 1增大，I 1将增大6．理想变压器如图所示，原线圈匝数n 1＝1 000匝，两副线圈匝数分别为n 2＝600匝，n 3＝200匝，当原线圈两端接在220 V 的交流电源上时，原线圈上电流为2 A ，通过R 2的电流为1 A ，则通过R 3的电流为( ) A ．10 A B ．7 A C ．3 A D ．1 A7、如图所示，街头变压器通过降压给用户供电的示意图。

变压器输入的电压是市区电网的电压，不会有大的波动。

输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R 0表示，变阻器R 表示用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R 的值减小，滑动片向下移。

当用户的用电器增加时，图中各表的读数变化情况是A 1 、A 2 、 V 1 、V 2 。

8．如图所示，自耦变压器输入端A 、B 接交流稳压电源，其电压有效值U AB ＝100 V ，R 0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中点位置时，C 、D 两端电压的有效值U CD 为________V ，通过电阻R 0的电流有效值为________A.第五章交变电流第四节 《变压器》导学案参考答案1.C2.BC3．C 解析：因为灯泡正常发光，所以副线圈中的电流 I 2＝2U P 出＝60220A ＝311 A根据公式1221n n I I =得2121I n n I =＝120×311 A ＝3220 A ，即电流表的示数应为3220 A ，故A 错，C 对；电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P 入＝P 出可得电源的输出功率为60 W ，故B 选项错误； 根据公式2121n n U U =，得2211U n nU =＝201×220 V ＝4 400 V ，故D 选项错误．]4．D [由题图知原线圈电压最大值为220 2 V ，周期T ＝2×10－2 s ，故电压有效值为220 V ，频率为50 Hz ；由2121n n U U =，1221n n I I =得输出电压的最大值为36 2 V ，原、副线圈电流之比为9∶55，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.] 点评 变压器的电压关系、电流关系是各物理量的有效值(或最大值)间的关系，例如公式2121n n U U =中，若1U 是有效值则2U 就是有效值，若1U 是最大值则2U 就是最大值．5．ABD [K 由a 合到b 时，1n 减小而1U 不变，由2121n n U U =可知副线圈上电压增大，负载R 的电流2I 增大，2P 增大；又由于1121I U P P ==，故1I 增大，A 项正确．同理K 由b 合到a 时，2P 减小，B 项正确．P 上滑时，负载电阻R 增大，而1U 、2U 均不变，由RU I 22=可知2I 减小，又由于n 1、n 2均不变，由1221n n I I =可知I1将减小，故C 项错误． 当1U 增大时，由2121n n U U =可知2U 也增大，RUI 22=增大，再由1221n n I I =可知I1增大，故D 项正确．] 6．B7.增大，增大，不变，不变 8．200 5解析： 由理想变压器公式2121n n U U =得 U CD ＝21n n U AB ＝2×100 V ＝200 V ，又由I 2＝0R U CD ＝20040 A ＝5 A.点评 自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，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．变压器的规律都适用于自耦变压器．。