高中物理人教版选修32教学案第五章第4节　变压器

第4节变压器

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会=会。

3.假如抱负变压器的副线圈只有一个，那么n=n,即

Uih=lhh,得出原、副线圈电流与匝数的关系为"精。

4.全部变压器不转变交变电流的频率，抱负变压器不转变

功率。

映魏EW加欣磔■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，如图5-4-1所示。

图5-4-1

(1)原线圈：与沟通电源连接的线圈,也叫初级线圈。

(2)副线圈：与鱼载连接的线圈，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，等于两个线圈的匝数之比，即：替=令。

---------IJ2运

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医变压器；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。它的原线圈正联在高压电路上，副线圈接入沟通电压表，如图

5-4-2甲所示。

2.电流互感器

把大电流变成小电流。原线圈里联在被测电路中，副线圈接入沟通电流表，如图乙所

ZjSo

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。(J)

(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喘=那适用于任何抱负变压器。(J)

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。

字课堂讲练设计，举一能通类题

考点一”变压器的工作原理及规律

-

口通知识

1.工作原理

2.根本规律

U]_生_/12

(1)一原一副,「入=p出，

l)2〃2'h

[71n\U\n\Uim

⑵一原多副,产入=p出，

V2”2'U3〃3'U3

：71/1=1/2/2+1/3/3+-

〃1/1="2/2+"3/3+…

o通方法

［典例］如图5-4-3所示，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()

图5-4-3

A.120V,OJOAB.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:

卜灯泡正I

I常发光I

［解析］由于灯泡正常发光，所以S=12V,

依据空=必解得171=240V;

5ni

两个灯泡均正常发光，，2=2看=1A,

依据g=强解得/i=0.05A,故D正确。

h”1

［答案］D

(SO©

1.抱负变压器不转变交变电流的周莉丽至7―

2.(1)卷=点，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。

(2)输出电压S由输入电压5和原、副线圈的匝数比共同打算。

由。2一〃2付，ni~n2~\t°

(3)假设变压器有多个副线圈，有妙=?,77=?，…，即电压关系仍成立。两个副线

V2fl2U3〃3

圈之间。满意空=詈。

Ui"3

旗题组

1.一抱负变压器原、副线圈匝数之比m：n2=ll：5,原线圈与正弦交变电源连接,

输入电压U如图5-4-4所示。副线圈仅接入一个10。的电阻，那么()

图5-4-4

A.流过电阻的电流是20A

B.与电阻并联的电压表的示数是106/1V

C.经过1分钟电阻发出的热量是6X103j

D.变压器的输入功率是1X1伊W

解析：选D由电压的有效值和最大值的关系得

Um

Ui=s=220Vo

依据抱负变压器电压与匝数的关唱成,

得172=^171=^X220V=100V,

故电压表的示数是100V,B错误;

11—R-]0A—10A,A错误；

1分钟内电阻发出的热量

e=/2Z?Z=102X10X60J=6X104J,C错误；

变压器的输入功率等于输出功率，

即PA=Pd.=l72/2=100X10W=1X1O3W,故D正确。

2.（多项选择）（2016•全国两号）如图5-4-5,抱负变压器原、副线圈分别接有额定电压相

同的灯泡a和b。当输入电压。为灯泡额定电压的10倍时，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9g）,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9。%=。必得，流过万灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，依据P=U1,

a、B灯泡的电功率之比为1：9,选项C错误，选项D正确。

3.如图5-4-6所示，抱负变压器原线圈匝数为川=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“12V4W”的灯泡，当原线圈

接正弦交变电流时，两灯泡均正常发光，那么原线圈中的电流为（）

图5-4-6

解析：选C由电压关系中

"1"2"3

解得171=120V,

原线圈的输入功率为尸入=UJI=PLI+PL2

解得/I=赤A,C正确。

考点二抱负变压器的动态变化

U通方法

［典例］如图5-4-7所示，抱负变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L,

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（）

图5-4-7

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K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

Ul_n\U2

U2m~R

Ui..-~--->1?

［思路点拨］

I1U1-I2U2Pij^Uin

1|Pi。

决定决定

［解析］由于输入电压不变，所以当S接通时，抱负变压器副线图M、N两端输出电

压不变。并联灯泡L2,总电阻变小，由欧姆定律八=:知，流过A的电流增大，电阻上的

电压UR=/K增大。副线圈输出电流增大，依据输入功率等于输出功率/1U1=/2S得，A增

大，原线圈输入电流八也增大。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©

抱负变压器动态变化的两种状况

⑴原、副线圈的匝数比不变，分析各物理量随负载电阻的变化而变化的状况，进行动

态分析的挨次是Rf12fp2fPlf11。

(2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈的匝数比的变化而变化的状况，进行动

态分析的挨次是〃1、2fp2-Plf/l。

0通题组

1.抱负变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调整，在

副线圈输出端连接了定值电阻Ro和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为。的沟通电，如

图5-4-8所示。以下状况可能消失的是()

A.假设。位置不变，将P向上滑动，V变大

B.假设。位置不变，将P向上滑动，电流表的读数变大

C.假设P位置不变，将。向上滑动，电流表的读数变大

D.假设尸位置不变，将。向上滑动，变压器的输入功率不变

解析：选C当抱负变压器的输入电压U,以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圈

两端的电压也不变，A项错；

U'2

由产出=无铉知R增大时，输出功率减小，又由「人=产出得原线圈中的电流表读数要

减小，B项错；。向上滑动时，U'增大，而负载电阻不变，那么输出功率要增大，即输入

功率也要增大，原线圈中的电流就要增大，C项对，D项错。

2.如图5-4-9所示，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

n

A.原线圈匝数川增加

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R的阻值减小

解析：选D由空=；,尸由=整

U2〃2«

可得入=需

又由于「人=「由，所以P人=）设，

分析可得选项D正确。

3.如图5-4-10所示电路中，变压器为抱负变压器，a、b接在电压有效值不变的沟通

电源两端，&为定值电阻，K为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位

置，观看到电流表A1的示数增大了0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,那么以下说法正

确的选项是（）

图5-4-10

A.电压表Vi示数增大

B.电压表V2、V3示数均增大

C.该变压器起升压作用

D.变阻器滑片是沿c-d的方向滑动

解析：选D由于变压器原线图的电压不变，因此电压表V］、V2的读数均不变，选项

A、B均错误；由题意可知，该变压器起降压作用，选项C错误；由于副线图的电压不变，

电流表A2的示数增大，依据欧姆定律可知负载的电阻变小，所以滑动变阻器连入电路的阻

值变小，选项D正确。

考点三自耦变压器与互感器

C通知识

1.自耦变压器

图5-4-11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

图5-4-11

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48绕在一个圆环形的铁

芯上，A5之间加上输入电压U”移动滑动触头尸的位置就可以调整输出电压

2.互感器

(1)电压互感器：如图5-4-2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5-4-2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。

e通方法

［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\I\=nih,要使须故A选项正确。

［答案］A

互感器的区分技巧

(1)电压互感器是降压变压器，据用=2，知小＞"2。

电流互感器是升压变压器，据£=非知川＜〃2。

(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。后者

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。

。通题组

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5-4-12中电流互感器”5一侧线圈的匝数较少，工作时电流为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,就接MMcd接PQ,Iah<Icd

B.ab接MN、cd接PQ,Iah>Icd

C.ab接PQ、cd接MN,Iah<Icd

D.ab接PQ、cd接MN,Iab>Icd

解析：选B电流互感器融一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，依据电流关系得人”1

=hn2,所以〃>3,电流表应接在电流较小的一侧，应选项B正确。

2.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某局部。一升压式自

耦调压变压器的电路如图5-4-13所示，其副线圈匝数可调。变压器线圈总匝数为1900匝；

原线圈为110（）匝，接在有效值为220V的沟通电源上。当变压器输出电压调至最大时，负

载R上的功率为2.0kW。设此时原线圈中电流有效值为八，负载两端电压的有效值为S,

且变压器是抱负的，那么S和八分别约为（）

Od

图5-4-13

A.380V和5.3AB.380V和9.1A

C.240V和5.3AD.240V和9.1A

p2000

解析：选B对抱负变压器，原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流八=方=母*

A-9.1A,负载两端电压即为副线圈电压，由*=缶，即/斋=［除，可得S=380V,

故B对。

课后层级训练，步步提升能力

一、基础题争熟

1.抱负变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为（）

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.原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势

解析：选D抱负变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏，所以每匝线圈中

磁通量相等，其变化率相等，故A、C不符合题意；依据变压器的工作原理及用途可知，B

不符合题意，选D。

2.将输入电压为220V,输出电压为6V的抱负变压器改绕成输出电压为30V的变压

器，副线圈原来是30匝，原线圈匝数不变，那么副线圈新增匝数为（）

A.120匝B.150匝

C.180匝D.220匝

解析：选A由变压比乎=空，那么枭=季，所以"1=1100匝。当久=30V时，

〃2V2JUO

上＞=誓，所以=150匝，故A〃2=〃2'一〃2=120匝。

3.在如图1所示的两电路中，当“、〃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、无的两端加上110V的沟

通电压，那么a、h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，依据可得U"=220V；对滑动变阻器来说，当疑间接

。2"2

上110V电压时，4间电压％=110V,故B选项正确。

4.一抱负变压器的原、副线圈的匝数比为3：1,在原、副线圈的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，如图2所示。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（）

R

R

图2

A.U=66V,*=1B.U=22V,*=1

C.U=66V,«=；D.U=22V,*=1

解析：选A设原线圈中电流为/i,原、副线圈电压比也铲速=然=3,原、副线

圈电流比夕=；,由欧姆定律可得，副线圈回路中电阻两端电压。=成,联立解得U=66V。

*23

电阻消耗功率尸=/R,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。

5.一输入电压为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，如图3所示,

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1V,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〃|=党=邺产=1100,

变压器烧坏前，同理〃2=唾」故B正确。

U1

6.如图4所示，一抱负变压器原、副线圈的匝数比为1:2；副线圈电路中接有灯泡,

灯泡的额定电压为220V,额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合

开关，灯泡正常发光。假设用U和1分别表示此时电压表和电流表的读数，那么（）

图4

A.I/=H0V,/=0.2A

B.t/=110V,/=0.05A

C.t/=ll（h/2V,/=0.2A

D.1/=110^2V,I巾A

解析：选A由于灯泡正常发光，故灯泡两端电压（即副线圈两端电压）为S=220V,

通过灯泡的电流（即副线圈中的电流）为/=^n7=O.lAo依据抱负变压器电压关系U1：u

2V2

=MI：n2,得Ui=110V,电流关系/i：，2=〃2："i,得/=0.2A,那么U=Ui=U0V,/=

/t=0.2Ao应选项A正确。

二、易错题与B月

7.如图5所示，抱负变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡

I”和L2,输电线的等效电阻为R。开头时，开关S断开，当S闭合时，以下说法正确的选

项是（）

图5

A.电压表示数变大B.灯泡Li更亮

C.电流表示数增大D.变压器的输出功率减小

解析：选C当S闭合时，R中电流增大，电压表示数变小，灯泡Li变暗，变压器的

输出功率增大，电流表示数增大，选项C正确，A、B、D错误。

8.如图6所示，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L（）

A.比正常发光时的亮度更大

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/o,因并联在副线图两端的三只灯泡正常发光，所以副线圈

中的电流，2=3/O,由勺=这得原线圈中的电流/产血，2=/o,恰为灯泡L的额定电流，因此

12rt|

灯泡L也正常发光。故B正确。

三、能力题•通

9.如图7所示，变压器的输入电压U肯定，两个副线圈的匝数是〃2和"3。当把电热器

接。、b,让C、d空载时，电流表读数是当把同一电热器接c、d,让4、力空载时，电

流表读数是，3,那么，2：，3等于（）

图7

A・〃2：〃3B.腹3：〃2

C.Z122:/l32D.//32:H22

解析：选C由变压比知曰=兴=得，由「入=产出知，当电热器接a、b,让c、d空载

2

时，有。2=曹；当把同一电热器接c、d,让0、力空载时，有03=竽，所以h:/3=班2：U3

=?122:«32,故答案为Co

10.（多项选择）如图8甲所示，一抱负变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙

所示的交变电压时，额定电压为Uo的小灯泡恰好正常发光，灯泡的电阻为R,图中电压表

为抱负电表。以下说法正确的选项是（）

A.变压器输入电压的瞬时值为“=UmSin（爷，（V）

B.电压表的示数为&U0

C.变压器的输入功率为誓

D.变压器的匝数比为Um：Uo

解析：选AC由题图乙知，变压器输入电压的瞬时值为“=t/msin停，（V）,选项A正

硫；电压表的示数为Uo,选项B错误；变压器的输入功率为誓，选项