高中物理人教版选修32教学案第五章第4节变压器

第4节变一回矗

1.互感现象是变压器的工作根底，变压器工作时

有能量损失，变压器的输出功率与输入功率之

比叫做变压器的效率。抱负变压器的效率为

100%。

2.抱负变压器原、副线圈的电压与匝数的关系为

Ui_nI

=

U2n2°

3.假如抱负变压器的副线圈只有一个，那么Pi

=尸2,即。力=S/2,得出原、副线圈电流与

匝数的关系为得端。

4.全部变压器不甚变交变电流的频率，抱负变压

器不转变功率。

岷电丽8tfL政卷占课前自主学习，基稳才能楼高

一'变压器的原理

1.变压器的构造

由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如下图。

原线圈副线圈变压器的符号

铁芯

(1)原线圈：与沟通电源连接的线圈,也叫初级线圈。

(2)副线圈：与负载连接的线圈,也叫次级线圈。

2.变压器的工作原理

变压器工作的根底是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线

圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化,

变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。

3.作用

转变交变电流的电压。

二、电压与匝数的关系

1.抱负变压器

没有能量损失的变压器,也是一个抱负化模型。

2.电压与匝数的关系

抱负变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的画数之比，即：空=*。

02”2

3.两类变压器

副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫隆压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高

的变压器叫升压变压器。

三、两种互感器

1.电压互感器

把高电压变成低电压。它的原线圈北联在高压电路上，副线圈接入沟通电压表，如图

甲所示。

2.电流互感器

把大电流变成小电流。原线圈里骁在被测电路中，副线圈接入沟通电流表，如图乙所

Zj\o

1.自主思索一判一判

(1)变压器只能转变交变电流的电压，不能转变直流电的电压。(V)

(2)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。(J)

(3)抱负变压器不仅可以转变交变电流的电压和电流，还可以转变交变电流的功率和频

率。(X)

(4)抱负变压器是客观存在的。(X)

(5)?=受适用于任何抱负变压器。(J)

02"2

2.合作探究——议一议

(1)假如把变压器接入直流电路，变压器能起到变压作用吗？

提示：变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在沟通电路中，假如变压器接入

直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不会引起磁通量的变化，就没有互感现象消失,

变压器就起不到变压作用。

(2)变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗？

提示：不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线绕制而成；低压线圈

匝数少而通过的电流大，用较粗的导线绕制而成。

(3)变压器的铁芯为什么用薄硅钢片叠压而成？

提示：为了削减损耗，变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。这样，涡

流被限制在狭窄的薄片之中，回路的电阻很大，涡流大为减弱，从而减小了铁损。

课堂讲练设计，举一能通类题

变压器的工作原理及规律

。通知识

1.工作原理

2.根本规律

⑴电动势关系：由于互感现象,且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的岩,

依据法拉第电磁感应定律有El="l笑，E2=〃2等，所以官=3

ArAtJD2〃2

(2)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压s=耳，副线圈两

端的电压。2=及，所以空=9当有〃组线圈时，那么有：9=号=普”。

(3)功率关系：对于抱负变压器，不考虑能量损失，尸入=尸出。

(4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，/初=/2。2,得夕当有多

12511\

个副线圈时，IiUl=I2Ul+hU3+'",得/1小=/2”2+/3"3+…

0通方法I

［典例］如下图，抱负变压器原、副线圈匝数比为20：1,两个标有“12V,6W”的小灯

泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为抱

负的)的示数分别是()

A.120V,0.10AB.240V,0.025A

C.120V,0.05AD.240V,0.05A

［思路点拨］解答此题时可按以下思路分析：

I常发光I

［解析］由于灯泡正常发光，所以S=12V,

依据圣="解得Ui=240V;

1/2«2

两个灯泡均正常发光，\A,

依据夕=这解得/i=0.05A,故D正确。

12"1

［答案］D

抱负变压器的三点提示

(1)变压器只能转变交变电流的电压，不能在直流电路中使用。

(2)原、副线圈的电压、电流发生变化，而频率不变。

(3)当副线圈有多个线圈时，电压关系仍适用，而电流关系式，=色不再适用。

>2n\

G通题组

1.(2017•北京高考)如下图，抱负变压器的原线圈接在“=220V，sinITI

100MV)的沟通电源上，副线圈接有R=55Q的负载电阻，原、副线圈LXR”®

匝数之比为2：1,电流表、电压表均为抱负电表。以下说法正确的选1------

项是()

A.原线圈的输入功率为22崂W

B.电流表的读数为1A

C.电压表的读数为ll(h/2V

D.副线圈输出沟通电的周期为50s

解析：选B由沟通电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为220V2V,

故有效值为。尸220V,由段成，故副线圈电压的有效值为S=U0V,故输出功率尸2

=W"=220W,再由输入功率等于输出功率知，PI=7>2=220W,A项错误；依据欧姆定律

知，，2=华=2A,由£=片，得/1=1A,故电流表读数为1A,所以B项正确；电压表的

读数为有效值，即5=110V,C项错误；由沟通电压的表达式可知，©=1007t（rad/s）,又

7=誓，解得T=0.02s,所以D项错误。

2.［多项选择］（2016•全国卷卫）如图，抱负变压器原、副线圈分别接「工

有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，J|

两灯泡均能正常发光。以下说法正确的选项是（）

A.原、副线圈匝数比为9：1

B.原、副线圈匝数比为1：9

C.此时a和b的电功率之比为9：1

D.此时a和b的电功率之比为1：9

解析：选AD设灯泡的额定电压为Uo,输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常

发光，那么变压器原线圈的电压为9Uo,变压器原、副线圈的匝数比为9：1,选项A正确，

选项B错误；由9UoI产Uolb得,流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，依据尸=［7/,

a、b灯泡的电功率之比为1：9,选项C错误，选项D正确。

3.如下图，抱负变压器原线圈匝数为用=1000匝，两个副线圈匝数分°―

别为"2=50匝和"3=100匝，LI是"6V2W"的灯泡，L2是“12V4"4

w”的灯泡，当原线圈接正弦交变电流时，两灯泡均正常发光，那么原线。—rlCJU

圈中的电流为（）

解析：选C由电压关系"="=竺

n\〃2〃3

解得t/t=120V,

原线圈的输入功率为尸人=UI/I=PLI+PL2

解得/1=^A,C正确。

抱负变压器的动态变化

，通知痴|

1.电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比0肯定时，输出电压S由输入电压S

打算，即5=鬻。

2.电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比饰肯定，且输入电压口确定时，原线圈

中的电流右由副线圈中的输出电流/2打算，即八=呼。

3.功率制约

(1)变压器副线圈中的功率尸2由用户负载打算，尸2=尸负l+尸负2+…；

(2)总功率产入=尸线+8,即变压器的输入功率是由输出功率打算的。

4.对抱负变压器进行动态分析的两种常见状况

(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状况，进行动态分

析的挨次是Rf/2fp2-八；

⑵负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的状况，进行动态分析的挨次

是〃1、〃2fS-*/2fp2fPl_*11。

。通方法

［典例］如下图，抱负变压器的副线圈上通过输电线接有两个

相同的灯泡Iu和L2,输电线的等效电阻为开头时，开关S断

开。当开关S接通时，以下说法中不正确的选项是()

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上的电压增大

C.通过灯泡Li的电流减小

D.原线圈中的电流增大

［思路点拨］

IjUl=bU

U|_H15决定2*11

U?2R；i

Ui―>U2---------*12

决正决定一U?=URIUu

F—

［解析］由于输入电压不变，所以当S接通时，抱负变压器副线圈M.N两端输出电压

不变。并联灯泡L2,总电阻变小，由欧姆定律知，流过R的电流增大，电阻上的电

压增大。副线图输出电流增大，依据输入功率等于输出功率/iUi=12S,且上增大,

得原线图输入电流八也增大。UMN不变，UR变大，所以ULI变小，流过灯泡Li的电流减小。

［答案］A

(SO©

抱负变压器动态问题的处理方法

(1)抓住三个打算原那么：输入电压打算输出电压S；输出电流/2打算输入电流八；

输出功率尸2打算输入功率Pio

(2)把副线圈当作电源，讨论副线圈电路电阻变化。

(3)依据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。

（4）依据抱负变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功

率的变化。

。通题组

1.（2016•天滓高考）如下图，抱负变压器原线圈接在沟通电源上，图中各电表均为抱负

电表。以下说法正确的选项是（）

A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，拈消耗的功率变大

B.当滑动变阻器的滑动触头尸向上滑动时，电压表V示数变大

C.当滑动变阻器的滑动触头尸向上滑动时，电流表Ai示数变大

D.假设闭合开关S,那么电流表Ai示数变大，A2示数变大

解析：选B当滑动变阻器的滑动触头尸向上滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻R

变大，那么副线圈所在电路的总电阻R.变大，因原、副线圈两端的电压。I、S不变，那

么通过Ri的电流，2=整变小，Ri消耗的功率尸£i=122Ri变小，选项A错误；Ri两端的电

K总

压URI=I2RI变小，那么电压表V的示数Uv=U2-URi变大，选项B正确；因通过原、副

线图的电流关系£=膏，/2变小，那么八变小，即电流表Ai的示数变小，选项C错误；假

设闭合开关S,那么副线圈所在电路的总电阻R.*'变小，通过副线图的电流"=会变大,

A总

那么通过原线图的电流"变大，电流表Ai的示数变大，Ri两端的电压Um=/2‘RI变大,

那么4两端的电压UR2'变小，电流表A2的示数变小，选项D错误。

2.如下图，某抱负变压器的原、副线圈的匝数均可调整，原线

圈两端电压为一最大值不变的正弦沟通电，在其他条件不变的状况

下，为了使变压器输入功率增大，可使（）

A.原线圈匝数小增加

B.副线圈匝数"2削减

C.负载电阻R的阻值增大

D.负载电阻K的阻值减小

解析：选D由口=左，尸产誓

FTn勿底

可得产由=赤

又由于2人=/，-所以于人=“JR

分析可得选项D正确。

3.如下图，抱负变压器原、副线圈的匝数比为10：1,6是原，

线圈的中心抽头，电压表和电流表均为抱负电表，从某时刻开头p

在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为“1=22唠"

sin100nZ(V),那么()J—

A.当单刀双掷开关与“连接时，电压表的示数为22V

B.当，=磊5时，c、d间电压的瞬时值为11()V

C.单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头尸向上移动的过程中，电压表和电流表

的示数均变小

D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小

解析：选A当单刀双掷开关与a连接时，原、副线圈的匝数比为10：1,原线圈两端

的电压有效值Ui=V=220V,依据言=/，代入数据得。2=22V,故电压表的示数

为22V,A正确；当f=肃s时，c、d间电压的瞬间值为“=22叭位sin^l00^X^V=IKh/i

V,故B错误；当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头尸向上移动的过程中，滑动变

阻器接入电路中的阻值变大，电压不变，电流减小，即电压表示数不变，电流表示数减小,

故C错误；当单刀双掷开关由〃扳向b时，原线圈匝数减小，依据会=聂，所以S变大，

电压表和电流表的示数均变大，故D错误。

口0自耦变压器与互感器

G通知识

i.自耦变压器

图甲所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。假如

把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一局部，就可以降低电压；假如把线圈的一局部

作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以上升电压。

甲乙

调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示。线圈A5绕在一个圆环形的铁

芯上，A8之间加上输入电压Ui,移动滑动触头尸的位置就可以调整输出电压S。

2.互感器

(1)电压互感器：如图甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。互感器将

高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。

(2)电流互感器：如图乙所示，原线圈串联在待测大电流电路中，副线圈接电流表。互

感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电

流。

［典例］在变电所，常常要用沟通电表去监测电网上的强电流，使用的仪器是电流互感

器。如下图的四个图中，能正确反映其工作原理的是()

地线____________火线

火线地线

CD

［解析］电流互感器是测电流的，应串联在火线上，故B、D错误。由变压器电流关系

n\h=n2h,要使/2＜八，须故A选项正确。

［答案］A

互感器的区分技巧

⑴电压互感器是降压变压器，据卷=,，知

电流互感器是升压变压器，据£=点，知孙

(2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志

①测量仪器不同，前者OV后者OA。

②原副线圈匝数关系不同。

③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上。

旗题组

1.一般的沟通电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器

来连接，图中电流互感器就一侧线圈的匝数较少，工作时电流为/如cd一侧线圈的匝数

较多，工作时电流为/“，为了使电流表能正常工作，那么（）

A.ab接MN、cd接尸。，Iah<Icd

B.ab接MN、cd接PQ,Iab>Icd

C.就接P。、cd接MN,lah<Icd

D.ab接PQ、cd接MN,Iab>Icd

解析：选B电流互感器刈一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，依据电流关系得八川

=11112,所以/加>/〃，电流表应接在电流较小的一侧，应选项B正确。

2.（2016•江苏高考）一自耦变压器如下图，环形铁芯上只绕有一人Q以

个线圈，将其接在a、方间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一

局部，接在c、d间作为副线圈。在。、6间输入电压为3的交变电”I囱§也；

流时，c、d间的输出电压为S。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中（）

A.U2>Ui,S降低B.U2>UltS上升

C.UzVUi,5降低D.U2VU1,S上升

解析：选Ca、》间原线图的匝数大于c、d间副线圈的匝数，在滑动触头由M点移

动到N点的过程中，副线图的匝数进一步减小，由变压器工作原理会=/知，Ui<Ut,且

S降低，选项C正确。

传奖离毒海唳淞*■课后层级训练，步步提升能力

一、基础题期熟

1.如下图，可以将电压上升给电灯供电的变压器是（）

ABCD

解析：选C变压器只能对交变电流实现变压，不能对直流变压，应选项A、D错误;

由于电压比与变压器线圈匝数比成正比，副线圈匝数多于原线圈匝数的变压器才能实现升

压，所以选项B错误，选项C正确。

2.关于抱负变压器特点的以下说法中正确的选项是（）

A.抱负变压渊能够使电压上升，同时电流变大

B.原、副线圈具有相同的磁通量及变化率，产生的感应电动势也相同

C.原、副线圈没有电阻，铁芯中不会产生涡流

D.原线圈往往匝数少，绕线粗，电流大

解析：选C抱负变压器原副线圈功率相等，即。小=。212,不行能同时使电压上升，

电流增大，A错：原、副线图匝数不同，感应电动势不同，B错；抱负变压器不考虑绕线铜

损，铁芯的热损，当然要求线图无电阻，铁芯不产生涡流，C对；原、副线圈中匝数少的

一边，电流大，绕线粗，但不肯定作为原线圈使用，D错。

3.在如下图的两电路中，当〃、B两端与e、/两端分别加上220V的沟通电压时，测

得c、d间与g、〃间的电压均为110V；假设分别在c、d与g、&的两端加上110V的沟通

电压，那么“、力间与e、/间的电压分别为（）

A.220V,220VB.220V,110V

C.110V,110VD.220V,0

解析：选B对变压器，依据会可得1/访=220V；对滑动变阻器来说，当g/?间接

上U0V电压时，4间电压％=110V,故B选项正确。

4.一输入电压为220V,输出电压为36V的变压器副线圈烧坏了，

为获知此变压器原副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线

在铁芯上新绕了5匝线圈，如下图，然后将原来线圈接到220V沟通电

源上，测得新绕线圈的端电压为IV,按抱负变压器分析，该变压器烧

坏前的原、副线圈匝数分别为（）

A.1100,360B.1100,180

C.2200,180D.2200,360

解析：选B对新绕线圈的抱负变压器，依据变压比公式得小=嗡=＞产=1100,

变压器烧坏前，同理〃2=吟=1故B正确。

171

5.一抱负变压器的原、副线圈的匝数比为3：1,在原、副线圈的R

回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正

弦沟通电源上，如下图。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、

副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为A,那么（）

A.l/=66V,k=§B.l/=22V,k=§

C.l/=66V,k=mD.t/=22V,k=3

解析：选A设原线圈中电流为/i,原、副线圈电压比——Tj'nr3,原、副线

图电流比勺=4,由欧姆定律可得，副线圈回路中电阻两端电压17=/2火，联立解得U=66V。

<2J

电阻消耗功率/>=???,由于所以原、副线圈回路中电阻消耗功率的比值为"选项A

正确。

6.如下图，抱负变压器原线圈的匝数为"I,副线圈的匝数为〃2,

原线圈的两端a、b接正弦式沟通电源，电压表V的示数为220V,J

负载电阻K=44C,电流表Ai的示数为0.2A。以下推断正确的选项©"3g4

匙）bUL.

A.原线圈和副线圈的匝数比为2：1

B.原线圈和副线圈的匝数比为5：1

C.电流表A2的示数为0.1A

D.电流表A2的示数为0.4A

解析：选B由变压器的输出功率等于输入功率可得：/1U1=/22R,可解得，2=L0A,

原线圈和副线圈的匝数比"="罂牛=。，故B正确，A、C、D均错误。

二、易错题每B月

7.钳形电流测量仪的结构图如下图，其铁芯在捏紧扳手时会张开,

可以在不切断被测载流导线的状况下，通过内置线圈中的电流值/和

匝数〃获知载流导线中的电流大小/0,那么关于该钳形电流测量仪的

说法正确的选项是（）

A.该测量仪可测量直流电的电流

B.载流导线中电流大小/o=〃”

C.假设钳形局部铁芯没有完全闭合，测量出的电流将小于实际电流

D.假设将载流导线在铁芯上多绕几匝，钳形电流测量仪的示数将变小

解析：选C直流电产生的磁场，通过内置线圈的磁通量不变，线圈中不产生感应电

动势，选项A错误；由电流跟匝数成反比可知载流导线中电流大小/o=,〃，选项B错误；

假设钳形局部铁芯没有完全闭合，那么通过内置线圈中的磁通量变小，磁通量的变化率也

变小，故产生的感应电流变小，测量出的电流将小于实际电流，选项c正确；由:=她，可

10〃

知钳形电流测量仪的示数将变大，选项D错误。

8.如下图，与抱负变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副

线圈的匝数比为3:1,接在副线圈上的三只灯泡正常发光，那么对于串联在原线圈上的灯

泡乂）

A.比正常发光时的亮度更亮

B,也能正常发光

C.比正常发光时的亮度更暗

D.无法推断其亮度变化状况

解析：选B灯泡L的亮度如何，主要看灯泡L的实际功率多大，在此题中就是看通

过灯泡L的电流如何变化。

设每只灯泡的额定电流为Zo,因并联在副线圈两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈

中的电流，2=3/（＞,由£=詈得原线圈中的电流/1=第2=/（＞,恰为灯泡L的额定电流，因此

灯泡L也正常发光。故B正确。

三、能力题❽通

9.［多项选择］（2016•海南高考）图甲所示，抱负变压器的原、副线圈的匝数比为4：1,

Rr为阻值随温度上升而减小的热敏电阻，拈为定值电阻，电压表和电流表均为抱负沟通电

表。原线圈所接电压»随时间，按正弦规律变化，如图乙所示。以下说法正确的选项是（）

A.变压器输入、输出功率之比为4：1

B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1:4

C.w随，变化的规律为zz=51sin50位（国际单位制）

D.假设热敏电阻Rr的温度上升，那么电压表的示数不变，电流表的示数变大

解析：选BD由题意，抱负变压器输入、输出功率之比为1：1,选项A错误；变压

器原、副线圈中的电流强度与匝数成反比，即£=普==,应选项B正确；由题图乙可知沟

通电压最大值Um=51V,周期7=0.02s,角速度©=1007rrad/s,那么可得“=51sin100近

（V）,应选项C错误；KT的温度上升时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，

应选项D正确。

10.如图甲所示的电路中，抱负变压器原、副线圈匝数比为10：1,原线圈接入图乙所

示的不完整的正弦电流，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为抱负

电表，R。和Q为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的上升而减小，以下说法

中正确的选项是（）

甲乙

A.R处消失火警时电压表示数增大

B.R处消失火警时电流表示数减小

C.图乙中电压的有效值为220V

D.电压表的示数为11也V

解析：选D由资^+0=答7,可求得图乙中电压有效值S=ll(h/iV,