变压器(导)学案

1.4变压器

【学习目标】

1．知道变压器的构造．

2．理解互感现象，理解变压器的工作原理． 3．理解理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题． 4．理解理想变压器的原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题． 5．知道课本中介绍的几种常见的变压器． 【重、难点】

重点：理想变压器的原、副线圈中电压与匝数，电流与匝数的关系 难点：分析解决理想变压器基本问题 【学习过程】

1.变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路图中的符号.

图1

(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n 1表示)、副线圈(匝数用n 2表示).输入电压是U 1，输出电压是U 2，两个线圈都绕在闭合铁芯上. (2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做初级线圈. (3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做次级线圈.

2.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ΔΦΔt 相等，若原线圈匝数为n 1，则U 1＝n 1ΔΦΔt ，副线圈匝数为n 2，则U 2＝n 2ΔΦ

Δt ，

所以U 1U 2＝n 1

n 2

.

3.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(填“改变”或“不改变”)交流电的频率. 深度思考

(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2所示)，小灯泡能发光吗？为什么？ (2)若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？

图2

答案 (1)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. (2)不发光.

例1 理想变压器正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是( ) A.每匝线圈中磁通量的变化率 B.交变电流的频率

C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率

D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势 答案 ABC

变压器能改变交变电压、交变电流，但不能改变功率和交变电流的频率.

二、理想变压器的规律

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，即也无能量损失. 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，即P 入＝P 出. 3.变压器的变压关系

(1)只有一个副线圈：U 1U 2＝n 1

n 2.

(2)有多个副线圈：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3

n 3

＝……

4.电流关系

(1)只有一个副线圈时，由U 1I 1＝U 2I 2，得：n 1I 1＝n 2I 2，即I 1I 2＝n 2

n 1

(2)当有多个副线圈时，由I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋……得：n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…… 5.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.(填“U 1”或“U 2”)

(2)功率制约：P 出决定P 入，这体现了能量守恒的特点.(填“P 出”或“P 入”) (3)电流制约：输出电流I 2决定输入电流I 1.(填“I 1”或“I 2”) 深度思考

变压器为什么不能改变交流电的频率？

答案 因为原、副线圈中的磁通量变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率.

例2 如图3所示，理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻R L ＝6Ω，AB 两端电压u 1＝122sin100πt (V).下列说法正确的是( )

图3

A.电流频率为100Hz

B.

的读数为24V C.的读数为0.5A

D.变压器输入功率为6W

解析 根据u 1＝122sin100πt (V)及U ＝U m 2

知U 1＝12V ，f ＝ω

2π＝50Hz ，选项A 错误；根

据U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝12×12V ＝6V ，即的读数为6V ，选项B 错误；又I 2＝U 2R L

＝66A

＝1A ，即的读数为1A ，选项C 错误；根据P 1＝P 2及P 2＝U 22R L ＝6

26W ＝6W ，选项D 正

确.

答案 D

(1)电压表、电流表示数均为有效值. (2)理想变压器P 入＝P 出.

(3)变压器不改变频率，即原、副线圈电流频率相等.

针对训练 如图4所示，将额定电压为60V 的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关S 后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V 和2.2A.以下判断正确的是( )

图4

A.变压器输入功率为484W

B.通过原线圈的电流的有效值为0.6A

C.通过副线圈的电流的最大值为2.2A

D.变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝11∶3 答案 BD

解析 变压器的输入功率P 1＝P 2＝I 2U 2＝2.2×60W ＝132W ，选项A 错误；由U 1U 2＝n 1n 2得

n 1

n 2

＝22060＝113，选项D 正确；由I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2n 1

I 2＝3

11×2.2A ＝0.6A ，选项B 正确；根据I ＝

I m 2

得通过副线圈的电流的最大值I 2m ＝2I 2＝11

52A ，选项C 错误. 例3 如图5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5

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＝n 2n 1

U 1＝5

10×220V ＝110V

通过电阻R 2的电流I 2＝U 2R 2

＝110

110A ＝1A