5.4变压器教案

高中物理课堂教学教案年月日
教学活动
（一）引入新课
在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。

各种用电设备所需的电压也各不相同。

电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。

一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。

交流便于改变电压，以适应各种不同需要。

变压器就是改变交流电压的设备。

这节课我们学习变压器的有关知识。

（二）进行新课
1．变压器的原理
思考与讨论：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。

两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？
当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。

实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。

变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。

一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。

两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：
互感现象时变压器工作的基础。

在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。

这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。

如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。

副线圈两端的电压就是这样产生的。

所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。

变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。

学生活动
目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干 实验步骤：
（1）按图示电路连接电路
（2）原线圈接低压交流电源6V ，保持原线圈匝数n 1不变，分别取副线圈匝数n 2=21n 1，n 1，2 n 1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

（3）原线圈接低压交流电源6V ，保持副线圈匝数n 2不变，分别取原线圈匝数n 1=2
1n 2，n 2，2 n 2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

U 1＝6V 实验次数 1 2 3 4 5 6 原线圈匝数n 1 n 1
n 1 n 1 n 2
n 2 n 2 副线圈匝数n 2 2
1n 1 n 1 2 n 1 2
1n 2 n 2 2 n 2 副线圈输出电压U 2
结论
（4）总结实验现象，得出结论。

注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。

（2）注意人身安全。

只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V
（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。

2．电压与匝数的关系
2
1
21n n U U = 电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。

所以，变压器工作时存在能量损失。

没有能量损失的变压器叫做理想变压器。

2
1
21n n U U =，只适用于理想变压器。

实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。

理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？ 因为理想变压器没有能量损失，所以P 出=P 入
若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I 1与I 2有什么关系？ 据P 出=U 2I 2，P 入=U 1I 1及P 出=P 入得：U 2I 2=U 1I 1
则：
1
2
1221n n U U I I == 上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。

如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。

升压变压器，n 2＞n 1，降压变压器，n 2＜n 1。

升压变压器，I 2<I 1，降压变压器，I 2>I 1。

在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？
因为升压变压器，I 2<I 1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。

降压变压器，I 2>I 1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。

课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。

（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下内容：
1．变压器主要由铁芯和线圈组成。

2．变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。

3．理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。

有
P 输出=P 输入
2121N N U U = 1
221N N
I I = （四）实例探究
理想变压器基本规律 【例1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等 （ ） A ．交流的频率 B ．电流的有效值 C ．电功率 D ．磁通量变化率 理想变压器的综合应用
【例2】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，U 1为加在原线圈两端的电压，I 1为原线圈中的电流，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U 1及P 的位置不变，K 由b 合到a 时，R 消耗功率减小
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 【例3】如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n 1∶n 2∶n 3.
（五）巩固练习
1．理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6 V 的电池上，则副线圈两端电压为 （ ）
A.36 V
B.6 V
C.1 V
D.0 V
2．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）
A.负载电阻为0
B.输出电流为0
C.两端电压为0
D.输出功率为0
3．理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（）
A.I2由I1决定
B.U2与负载有关
C.P1由P2决定
D.U1由U2决定
4．一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍（）
A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍
B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍
C.负载电阻变为原来的2倍
D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍
5．用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流
A．增加原线圈的匝数B．增加副线圈的匝数
C．减小负载电阻R的数值D．增加负载电阻R的数值
6．在图所示的电路中，理想变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（）
A. L1和L2都能正常工作
B.L1和L2都不能正常工作
C.L1和L2中只有一个能正常工作
D.条件不足，无法判断
7．如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压U B为多少?
8．如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1，交流电源电压U1=220 V，F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻.
（1）当电阻R=100 Ω时，保险丝能否被熔断?
（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?。