1、第六节第六节 变压器变压器 学科素养与目标要求 物理观念：1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理，并能运用电 磁感应的规律进行解释 科学思维：1.理想化方法构建变压器模型.2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系，并能用它 解决相关问题.3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系 科学探究：了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程，分析现象 得出探究结果 一、认识变压器 1构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与电源连接的线圈叫做原线圈，与负载 连接的线圈叫做副线圈 2原理：原线圈的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁
2、通量同时穿过原、副 线圈，在副线圈中产生感应电动势，若在副线圈两端接入负载，负载中就会有交变电流 二、电压与匝数的关系 1理想变压器：忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器 2电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即U1 U2 n1 n2. 3两类变压器：n2n1的变压器叫升压变压器；n2U1，U2降低 BU2U1，U2升高 CU2U1，U2降低 DU2n2知 U2U1；滑动触头从 M 点顺时针旋转至 N 点过程，n2 减小，n1不 变，U1不变，则 U2降低，C 项正确 例 4 (多选)图 7 甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是( )
3、图 7 A线圈匝数 n1n2，n3n2，n3n4 C甲图中的电表是电压表，输出端不可短路 D乙图中的电表是电流表，输出端不可断路 答案 CD 解析 题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1n2，其中的电表 为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3n4，其中的 电表为电流表，故选项 C、D 正确 三、理想变压器的动态分析 1电压、电流、功率的制约关系 (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1 n2一定时，输入电压 U1决定输出电压 U2，即 U2 n2U1 n1 . (2)功率制约：P出决定 P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小
4、；P出为 0，P入为 0. (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1 n2一定，且输入电压 U1 确定时，副线圈中的输出 电流 I2决定原线圈中的电流 I1，即 I1n2I2 n1 (只有一个副线圈时) 2对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺 序是 RI2P出P入I1. (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 n1、 n2U2I2P出P入I1. 例 5 (多选)(2018 孝感市八校联盟高二下学期期末联考)理想变压器的原线圈连接一只理想 电流表，副线圈接入电路
5、的匝数可以通过滑动触头 Q 调节，如图 8 所示，在副线圈上连接了 定值电阻 R0和滑动变阻器 R，P 为滑动变阻器的滑片原线圈两端接在电压为 U 的交流电源 上则( ) 图 8 A保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表的读数变小 B保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表的读数变大 C保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时，电流表的读数变大 D保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时，电流表的读数变小 答案 AC 解析在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定因此 Q 位置 不动时，输出电压不变，此时 P 向上滑动，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小
6、，输入 电流也减小，故电流表的读数变小，故 A 正确，B 错误P 位置不动，将 Q 向上滑动，则输 出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故 C 正确，D 错误 针对训练 (2018 三明市高二下学期期末联考)如图 9 所示，理想变压器的副线圈上通过输电 线接有两个相同的灯泡 L1和 L2，输电线的等效电阻为 R，开始时，开关 S 断开，当 S 接通 时，以下说法正确的是( ) 图 9 A副线圈两端 M、N 的输出电压减小 B副线圈输电线等效电阻 R 上的电压减小 C通过灯泡 L1的电流增大 D原线圈中的电流增大 答案 D 解析输入电压和匝数比不变，由U1 U2 n1
7、n2知副线圈的输出电压不变，A 错误；当 S 接通时， 副线圈电路的总电阻减小，总电流 I2变大，电阻 R 上的电压增大，并联部分的电压减小，通 过灯泡 L1的电流减小，B、C 错误；由I1 I2 n2 n1知，电流 I2 变大，则 I1变大，D 正确 学科素养 通过改变原、副线圈的匝数、滑动变阻器滑片的位置、开关闭合等方式分析理 想变压器的动态问题，使学生进一步熟练掌握理想变压器的原理，熟练掌握理想变压器原、 副线圈中的电压、电流、功率关系：U1 U2 n1 n2， I1 I2 n2 n1(一组副线圈)，P1P2，及 U1 决定 U2、 I2决定 I1、P2决定 P1等制约关系，培养了学生的
8、综合分析能力，较好地体现了“科学思维” 的学科素养. 1(变压器的工作原理)关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) A通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 答案 C 解析 通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积 S 不变，故磁通量 变 化，A 错误；因理想变压器无漏磁，故 B 错误；由互感现象知 C 正确；原线圈中的电能转化 为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故 D 错误 2(理想变压器基本关系的应用)如图 10
9、所示， 理想变压器原、副线圈匝数比 n1n221， 和均为理想电表，灯泡电阻 RL6 ，AB 两端电压 u112 2sin 100t(V)下列说法正确 的是( ) 图 10 A电流频率为 100 Hz B.的读数为 24 V C.的读数为 0.5 A D变压器输入功率为 6 W 答案 D 解析 根据 u112 2sin 100t (V)及 UUm 2知 U112 V，f 250 Hz，选项 A 错误；根据 U1 U2 n1 n2得 U2 n2 n1U1 1 212 V6 V， 即 的读数为 6 V， 选项 B 错误； 又 I2U2 RL 6 6 A1 A， 即的读数为 1 A，选项 C 错误；
10、根据 P入P出及 P出U2 2 RL 6 2 6 W6 W，选项 D 正确 3.(互感器)(多选)如图 11 所示， L1、 L2是高压输电线， 图中两电表示数分别是 220 V 和 10 A， 已知甲图中原、副线圈匝数比为 1001，乙图中原、副线圈匝数比为 110，则( ) 图 11 A甲图中的电表是电压表，输电电压为 22 000 V B甲图是电流互感器，输电电流是 100 A C乙图中的电表是电压表，输电电压为 22 000 V D图示高压输送电路输入的总功率为 2.2103 kW 答案 AD 解析 题图甲中的原线圈并联在电路中，是电压互感器，电表是电压表，故 B 错误；根据U1 U2
11、 n1 n2，有 U1 n1 n2U2 100 1 220 V22 000 V，故 A 正确；题图乙中的原线圈串联在电路中， 是电流互感器，电表是电流表，故 C 错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反 比， I1 I2 n4 n3， 有I1 n4 n3I2 10 1 10 A100 A， 根据PUI 得输入的总功率PU1I122 000100 W 2.2103 kW，故 D 正确 4 (理想变压器的动态分析)(2016 天津卷)如图 12 所示， 理想变压器原线圈接在交流电源上， 图中各电表均为理想电表下列说法正确的是( ) 图 12 A当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，R1消
12、耗的功率变大 B当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，电压表 V 示数变大 C当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，电流表 A1示数变大 D若闭合开关 S，则电流表 A1示数变大，A2示数变大 答案 B 解析 当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电 压不变， 副线圈中的电流减小， 则 R1消耗的功率及其两端电压均变小， 故电压表的示数变大， 选项 A 错误，B 正确；当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原 线圈中的电流也减小，电流表 A1示数变小，选项 C 错误；若闭合开关 S，副线圈电路中总电 阻减小，副线圈中的电流变大，原线圈中的电流也变大，电流表 A1示数变大，R1两端电压 变大，R2两端电压减小，电流表 A2示数减小，选项 D 错误