高中物理 变压器 (提纲、例题、练习、解析)

变压器【学习目标】1．知道原线圈（初级线圈）、副线圈（次级线圈）的概念。

2．知道理想变压器的概念，记住电压与匝数的关系。

3．知道升压变压器、降压变压器概念。

4．会用1122U n U n =及1122I U I U =（理想变压器无能量损失）解题。

5．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。

6．分析论证：为什么在电能的输送过程中要采用高压输电。

7．会计算电能输送的有关问题。

8．了解科学技术与社会的关系。

【要点梳理】要点一、 变压器的原理1．构造：变压器由一个闭合的铁芯、原线圈和副线圈组成，两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

是用来改变交流电压的装置（单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲、乙所示）。

2．工作原理变压器的变压原理是电磁感应。

如图所示，当原线圈上加交流电压U 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，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。

由于这种互相感应的互感现象，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→副线圈电能。

要点诠释：（1）在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。

（2）互感现象是变压器工作的基础：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）变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用。

要点二、 理想变压器的规律 1．理想变压器没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。

要点诠释：（1）因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此，理想变压器的输入功率等于输出功率。

（2）实际变压器（特别是大型变压器）一般都可以看成是理想变压器。

2．电压关系根据知识点一图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为12n n 、，原线圈两端加交变电压1U ，通过闭合铁芯的磁通量发生改变。

由于穿过原、副线圈的磁通量变化率相同，在原、副线圈两端分别产生感应电动势12E E 、，由法拉第电磁感应定律得11ФE n t∆=∆，22ФE n t∆=∆，于是有1122E n E n =。

对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电压损失，则11U E =，22U E =，即1122U n U n =。

同理，当有几组副线圈时，则有312123U U U n n n ===要点诠释： （1）1122U n U n =，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。

（2）据1122U n U n =知，当21n n ＞时，21U U ＞，这种变压器称为升压变压器；当21n n ＜时，21U U ＜，这种变压器称为降压变压器。

（3）变压器的电动势关系、电压关系是有效值（或最大值）间的关系。

3．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P P =入出。

4．电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时：1122I U I U =，得122211I U n I U n ==； 当有多个副线圈时：112233I U I U I U =++得，112233I n I n I n =++要点诠释：（1）由1221I n I n =知，对于只有一个副线圈的变压器：电流和匝数成反比。

因此，变压器高压线圈匝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，应用较粗的导线绕制。

（2）变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系要分副线圈有一个还是多个两种情形。

（3）变压器能改变交流电压、交变电流，但不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。

（4）变压器的电流关系也是有效值（或最大值）间的关系。

要点三、 几种常用的变压器 1．自耦变压器特点：只有一个线圈，三个抽头，可升压，也可降压。

2．调压变压器特点：属于自耦变压器，但电压可连续调节。

3．互感器①电压互感器：高电压变为低电压。

用处：测量交流高电压，并联在电路中。

如图甲所示。

②电流互感器：大电流变为小电流。

用处：测量交流大电流，串联在电路中。

如图乙所示。

要点诠释：（1）电压互感器是降压变压器，据1122U n U n =，知12n n ＞。

（2）电流互感器是升压变压器，据1221I n I n =，知12n n ＜。

（3）使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地。

要点四、理想变压器各物理量变化的决定因素如图所示，当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，要确定其他物理量变化，可依据下列原则：（1）输入电压1U 决定输出电压2U ，这是因为输出电压2211n U U n =，当1U 不变时，不论负载电阻R 变化与否，2U 不会改变。

（2）输出电流2I 决定输入电流1I ，在输入电压1U 一定的情况下，输出电压U 2也被完全确定。

当负载电阻R 增大时，2I 减小，则1I 相应减小，当负载电阻R 减小时，2I 增大，则1I 相应增大，在使用变压器时，不能使变压器次级短路。

（3）输出功率2P 决定输入功率1P ，理想变压器的输出功率与输入功率相等，即21P P =。

在输入电压1U 一定的情况下，当负载电阻增大时，2I 减小，则变压器输出功率222P I U =减小，输入功率1P 也将相应减小；当负载电阻R 减小时，2I 增大，变压器的输出功率222P I U =增大，则输入功率1P 也将增大。

要点诠释：对于变压器，是用多少电能就输入多少电能，而不是输入多少电能就用多少电能。

要点五、含有变压器的动态电路分析变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律（电压、电流、功率关系）；二是要遵循欧姆定律。

首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析。

（1）原、副线圈匝数比12n n ⎛⎫⎪⎝⎭不变，分析原、副线圈的电压1U 、2U ，电流1I 、2I ，输出和输入功率2P 、1P 随负载电阻变化而变化的情况。

将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为1U ，副线圈两端电压2U 2211n U U n ⎛⎫=⎪⎝⎭为定值，流过副线圈的电流2I 22U I R ⎛⎫= ⎪⎝⎭随负载电阻的减小而增大，变压器输出功率2P 222P I U =（）也随着增大，不计变压器损失的能量，则变压器输入功率1P 12P P =（）也增大，流过原线圈的电流1I 11P I U ⎛⎫= ⎪⎝⎭也增大。

进行动态分析的顺序是122211U U I P P I →→→→→。

（2）负载不变，上述物理量随原线圈、副线圈匝数比的变化而变化的情况：一般情况下，我们认为原线圈输入电压1U 和匝数1n 不变，当副线圈匝数2n 增大时，副线圈两端电压2U 2211n U U n ⎛⎫= ⎪⎝⎭增大，流过副线圈的电流2I 22U I R ⎛⎫= ⎪⎝⎭增大，变压器输出功率2P 222P I U =（）增大，则理想变压器的输入功率1P 增大，流过原线圈的电流1I 增大。

要点六、线圈串、并联的分析和计算方法对于线圈的串、并联，与电阻的串、并联相类似，一方面要判断两线圈两接头的连接关系，另一方面还要判断两线圈的绕向关系。

判断方法：可假定某时刻一线圈中有某一流向的电流，例如下图中两线圈，将b c 、相连，a d 、作为输出端，假设电流从a 端流入，则两线圈电流反向，故两线圈磁通量相抵消，其匝数为两线圈匝数差。

【典型例题】类型一、变压器的原理例1．一台理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，如图所示。

（1）当原线圈接在44 V 直流电源上时，电压表示数为________V ，电流表示数为________A 。

（2）当原线圈接在220 V 交流电源上时，电压表示数为________V ，电流表示数为________A ，此时输入功率为________W ，变压器效率为________。

【答案】（1）00 （2）44 0.44 19.36 100％【解析】本题考查了变压器的工作原理，关键是要清楚交变电流能通过变压器。

（1）原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。

（2）由2211U n U n =得： 2211440220V 44V 2200n U U n ===⨯=（电压表读数）， 2244A 0.44A 100U I R ===（电流表读数）， 20.4444 W 19.36 W P P IU ===⨯=入出，效率η=100%。

【总结升华】①变压器能改变交流电压，不能改变恒定直流电压。

②理想变压器的效率是100％。

③交流电压表与电流表的示数均为有效值。

④输入功率由输出功率决定。

举一反三【专题课堂：变压器 例4】【变式】理想变压器工作时（ ） A ．输入电流增大会引起输出电流增大 B ．输入电压升高会引起输出电压升高 C ．输出电流减小，输入电流一定减小 D ．输出功率增大，输入功率一定增大【答案】BCD类型二、理想变压器中的电压、电流和功率关系例2．如图所示，理想变压器的交流输入电压1220 V U =，有两组副线圈，其中236n =匝，标有“6 V 9 W ”、“12 V 12 W ”的电灯分别接在两副线圈上均正常发光，求：（1）原线圈的匝数1n 和另一副线圈的匝数3n ； （2）原线圈中电流1I 。

【答案】（1）11320n =匝 372n =匝 （2）10.095 A I =【解析】本题考查了理想变压器的电压、电流、功率关系，关键要看清副线圈有两个。

由于两组副线圈上的两个灯均正常发光，所以两个副线圈输出的电压等于各自连接的灯的额定电压，根据电压与匝数的正比关系即可求出原线圈的匝数1n 和副线圈的匝数3n ；根据输出功率与输入功率相等的关系可计算出原线圈上的电流强度1I 。

（1）由于两灯泡均正常发光，所以有2 6 V U =，312 V U =．根据原、副线圈电压与匝数的关系，由1122U n U n =、2233U n U n =， 得11222203613206U n n U ==⨯=匝， 33221236726U n n U ==⨯=匝． （2）由于P P =入出，23P P P =+出，所以23P P P =+入．即1123I U P P =+，则2311912A 0.095A 220P P I U ++===． 【总结升华】理想变压器的变压关系是一个普适关系，而电流比1221I n I n =则不然，它只适用于副线圈仅有一个的情况。