人教版高中物理选修3-2知识点整理及重点题型梳理] 变压器 提高

人教版高中物理选修3-2知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习变压器【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 ===注意：（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．(2014 宿迁模拟)如图所示，一理想变压器原线圈的匝数n 1＝1100匝，副线圈的匝数n 2＝220匝，交流电源的电压()2202100V u πt ＝，R 为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是( )A ．交流电的频率为100 HzB ．电压表的示数为44 VC ．电流表A 1的示数大于电流表A 2的示数D ．变压器的输入功率大于输出功率 【答案】B【解析】由交流电源的电压()2202sin 100V u πt ＝，可得交流电的频率为50 Hz ，选项A 错误；变压器输入电压为220 V ，由变压公式，变压器输出电压为44 V ，电压表的示数为44 V ，选项B 正确；根据变压器电流关系，电流表A 1的示数小于电流表A 2的示数，选项C 错误；根据理想变压器功率关系，变压器的输入功率等于输出功率，选项D 错误。

举一反三【变压器 例2】【变式】在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上。

当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂。

已知线圈12、的匝数之比1221n n =∶∶，则在不接负载的情况下，下列说法中正确的是（ ）A ．当线圈1的输入电压为220 V 时，线圈2的输出电压为110 VB ．当线圈1的输入电压为220 V 时，线圈2的输出电压为55 VC ．当线圈2的输入电压为110 V 时，线圈1的输出电压为220 VD ．当线圈2的输入电压为110 V 时，线圈1的输出电压为110 V【答案】BD【解析】本题考查学生是否对变压器的工作原理有深刻理解。

在不考虑原、副线圈内电阻的情况下，变压器原、副线圈电压之比（12U U ）等于原、副线圈中产生的感应电动势之比（12E E ）。

当给线圈1输入电压U 1时：111111222222224111Фn U E n Фt ФU E n Фn t∆∆∆====⨯=∆∆∆，当从线圈2输入电压U 2时：22222211111112121Фn U E n Фt ФU E n Фn t∆∆∆====⨯=∆∆∆。

【总结升华】对于“”形铁芯，原线圈绕在一个臂上，通正弦式电流时，磁感线平均分配在另两个臂中。

类型二、理想变压器中的电压、电流和功率关系例2．一理想变压器原副线圈的匝数比为12:1:2n n =，电源电压2202sin V U t ω=，原线圈电路中接入一熔断电流0 1 A I =的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R ，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R 时，其阻值最低不能小于（ ）A ．440ΩB ．4402ΩC ．880ΩD ．8802Ω【答案】C【解析】本题考查变压器的基本规律，关键要知道保险丝熔断电流0 1 A I =为电流的有效值。