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1、1 变压器 学习目标 （一）知识与技能 1、知道变压器的构造及几种常见的变压器 2、用实验探究变压比关系，认识变压器的原理基础 3、理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，并能用它分析解决有关问题。 4、知道理想变压器是一种化模型和能量守恒关系的应用。 （二）过程与方法 利用实验法使学生通过对变压器的客观认识去理解客观实在性。 （三）情感态度与价值观 通过类比的方法，培养学生的逻辑思维能力。 重 点:理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系 难 点:能量守恒关系的应用 【自主学习】 要点一变压器两线圈电压、电流与匝数的关系 1对理想变压器，穿过两个线圈的磁通量始终相同，原线圈产生的电动势为
2、E1 n1 t ， 副线圈产生的电动势为E2 n2 t ， E1 E2 n1 n2. 2互感器 (1)电压互感器：用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高压电路L，副 线圈接入交流电压表，如图542 甲所示 图 5 42 2 (2)电流互感器：用来把大电流变成小电流，副线圈比原线圈匝数多，线圈串联 在被测电路中，副线圈接入交流电流表，如图542 乙所示 要点二解决变压器问题的思路 1电压思路：变压器原、副线圈的电压之比为 U1 U2 n1 n2；当变压器有多个副线圈 时U 1 n1 U2 n2 U3 n3 2功率思路：理想变压器的输入、输出功率为P 入P出，即 P1P2；当变压 器有多个副线
3、圈时P1P2P3 3电流思路：由I P U知，对只有一个副线圈的变压器有 I1 I2 n2 n1；当变压器有多 个副线圈时n1I1n2I2n3I3 4制约思路 (1)电压制约： 当变压器原、 副线圈的匝数比 n1 n2一定时， 输出电压 U 2由输入电压 决定，即 U2 n2U1 n1 ，可简述为“原制约副” (2)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，原 线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定， 即 I1 n2I2 n1 ， 可简述为“副制约原” (3)负载制约：变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定， P2P负1P负2 ；变压器副线圈中的电
4、流I2由用户负载及电压U2确定， I2 P2 U2；总功率 P 总P线P2. 三、变压器问题的易错点 1由 I1 I2 n2 n1知，对于只有一个副线圈的变压器：电流与匝数成反比因此，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，而电流关系只适 用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈，电流关系要从功率关系(输入功率总 3 等于输出功率 )得出，即U1I1U2I2U3I3，根据 U1 n1 U2 n2 U3 n3 ，知电流与匝 数关系为： n1I1n2I2n3I3 . 3变压器
5、的输入功率决定于输出功率，同理输入电流决定于输出电流，若副线 圈空载，输出电流为零，输出功率为零，则输入电流为零，输入功率为零 4变压器能改变交变电压、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 5变压器的电动势关系、电压关系，电流关系是有效值(或最大值 )间的关系 . 【疑难问题】 _ _ 【典型例题】 题型一理想变压器的常规考查 一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115.原线圈与正弦交变电 源连接，输入电压u 如图 1 所示副线圈仅接入一个10 的电阻则 (D ) 图 1 A流过电阻的电流是20 A B与电阻并联
6、的电压表的示数是100 2 V C经过 1 分钟电阻发出的热量是610 3 J D变压器的输入功率是110 3 W 思维步步高原、副线圈的电压存在什么关系？怎样求解输出端的电压和电 流？电压表的示数是什么值？怎样从图象上进行求解？电阻发出的热量的计算方法 是什么？输出功率和输入功率有什么关系？ 答案解析设输入电压为U1，输出电压为U2，由U 1 U2 n1 n2知 U 2100 V，I U2 R 4 100 10 A 10 A，故选项A、B 错误； 1 分钟内电阻产生的热量Q I 2Rt1021060 J60 000 J，故选项C 错误； P 输入P输出U 2 2 R 110 3 W，故选项
7、D 正确 拓展探究如图 2 所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为41.原线圈接入一 电压为 uU0sin t 的交流电源，副线圈接一个 R27.5 的负载电阻 若 U0220 2 V， 100 rad/s ，则下述结论正确的是(AC ) 图 2 A副线圈中电压表的读数为55 V B副线圈中输出交流电的周期为 1 100s C原线圈中电流表的读数为0.5 A D原线圈中的输入功率为110 2 W 题型二理想变压器的动态分析 一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副 线圈有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出 功率为 P2.当 R 增大时
8、( B) AI1减小， P1增大 BI1减小， P1减小 CI2增大， P2减小 DI2增大， P2增大 思维步步高当负载增大时，哪些物理量是不变的，哪些物理量是变化的？是 输出功率决定输入功率还是输入功率决定输出功率？功率和电流间的关系是什么？ 解析副线圈的电压不变，当副线圈接的电阻R 增大时， I2减小， P2减小，因 为 P1P2，所以 P1减小， I1 n2 n1I 2，I1也减小 拓展探究如图 3 所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中 R1、 R2、R3和 R4均为固定电阻，开关 S 是闭合的和为理想电压表，读数分 5 别为 U1和 U2；、和为理想电流表，读数分别为
9、I1、I2和 I3.现断开 S，U1数 值不变，下列推断中正确的是(BC) 图 3 AU2变小、 I3变小 BU2不变、 I3变大 CI1变小、 I2变小 DI1变大、 I2变大 【针对训练】 1调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图8 所示线圈AB 绕在一个圆 环形的铁芯上，AB 间加上正弦交流电压U，移动滑动触头P 的位置，就可以调节 输出电压在输出端连接了滑动变阻器R 和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为 Q，则 () A保持 P 的位置不动，将Q 向下移动时，电流表的读数变大 B保持 P 的位置不动，将Q 向下移动时，电流表的读数变小 C保持 Q 的位置不动，将P 沿逆时针方向移动时
10、，电流表的读数变大 D保持 Q 的位置不动，将P 沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小 2如图 9 所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n1.原线圈接正弦 交流电压 U， 输出端接有一个交流电流表和一个电动机电动机线圈电阻为R.当输入端接通 电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升下列判断正确的是() A电动机两端电压为IR B电动机消耗的功率为I 2 R 6 C原线圈中的电流为nI D变压器的输入功率为 UI n 3理想变压器的原线圈接入表达式为iImsin t 的交变电流，一只灯泡和交 流电流表串联后接在副线圈两端，读数为0.4 A，当 t 3 8T 时，原线圈的电流 i 3
11、0 mA，由此可知，此变压器的原副线圈匝数之比为() A430B403C340 2D40 23 4如图 11 所示，交流发电机电动势的有效值E 20 V，内阻不计，它通过一 个 R 6 的指示灯连接变压器变压器输出端并联24 只彩色小灯泡，每只灯泡都 是“ 6 V，0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求： (1)降压变压器初级、次级线圈匝数比(2)发电机的输出功率 图 11 课后反思： 7 1、BC 2、 D 3、 B 4、变小变小不变增大 5、答案(1)31(2)6.67 W 解析(1)彩色小灯泡额定电流IL P U 0.25 6 A 1 24 A， 次级线圈总电流I2 24IL 1
12、 A 变压器输入功率等于I1U1I2U26 W ，变压器原线圈电路中，利用欧姆定 律可得 EU1I1R 6 I16I 1，代入 E 值解得 I1 1 3 A( I1 3 A 应舍去， 据题意是降压 变压器，应I1I2 1 A)，所以 n1 n2 I2 I1 3 1. (2)发电机输出功率W.PI1E6.67 6、答案(1)220 V0(2)214.68 V(3)57.1 W 解析(1)将变压器视为理想变压器设空载时次级线圈的端电压为U2. 由 U1 U2 n1 n2，得 U2 n2 n1U 1220 V 因为空载，次级线圈的负载电阻 2 R ，次级线圈中的电流为零I20，P I2U20. (2)接通电路后，100 盏灯并联的总电阻为 R 外 R 100 U 2 额 100P额8.07 次级线圈中的电流为 I2 U2 R外R线 220 8.07 0.226.6 A 所以次级线圈的端电压 U2I2R 外214.68 V (3) 每盏灯的实际功率为 P I2 100U 2 57.1 W