变压器高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

3.3变压器第三章交变电流高中物理(人教版2019)选择性必修第二册生活中用电器的电压

在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而我们国家民用统一供电电压是220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？充电电压5V工作电压220V工作电压6V变电站的大型变压器居民街区变压器可拆式变压器小型电器充电变压器各类变压器展示问题：变压器是如何改变电压的呢？一、变压器的结构和工作原理1.变压器的构造：闭合铁芯

线圈副线圈原线圈铁芯2.变压器的示意图及电路符号：铁芯原线圈副线圈n1n2n1n2无铁芯有铁芯n1n2铁芯U1U2原线圈接交变电流原线圈中产生交变磁场副线圈产生感应电动势原线圈副线圈I1铁芯构成磁回路I2变压器的基本原理是利用原线圈和副线圈之间的互感现象。电能磁场能电能(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈二、变压原理U1U2思考：若给原线圈接直流电压U1，能否得到副线圈电压U2?不能，因为恒定电流无法产生互感现象。探究与思考注意：（1）变压器不改变交变电流的周期和频率。（2）变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。（3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。变压器的作用：只能改变交变电流的电压探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(1)实验数据：实验次数原线圈匝数n1副线圈匝数n2原线圈电压U1副线圈电压U2n1/n2U1/U218004008V3.68V22.228001008V0.9V88.932001008V3.61V22.2414001008V0.5V1416①从实验数据来看，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数之比？②实验数据没有严格遵从这样的规律，是为什么？(2)误差分析：误差产生原因：能量损耗①变压器线圈通过电流时会发热，线圈电阻发热；②铁芯在交变磁场的作用下也会发热；涡流现象发热③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内，会漏磁。(1)定义：我们把没有能量损耗的变压器叫作理想变压器。①原副线圈没有电阻；无铜损②不漏磁无磁通量漏失；无磁损③铁芯不发热；无铁损④是理想化的物理模型。理想变压器：无三损(2)特点：实验结论在实验误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即

理想变压器无内阻，路端电压U等于电动势E。

升压变压器降压变压器变压器类型：三、变压规律

之结论1注意：

匝数比一定时，输入电压（U1）决定输出电压（U2）B1．如图，可以将电压升高供给电灯的变压器是（

）例3、理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，图中电流表A1的示数12mA，则电流表A2的示数为（）A．3mAB．0C．48mAD．与负载R的值有关B三、理想变压器的规律结论2：

因为理想变压器无能量损失，所以理想变压器输出功率应等于输入功率。P出=P入U1I1=U2I2也可写成：结合公式：结论3：理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比。得出：注意:匝数比一定时，副线圈的输出功率(P2)决定原线圈的输入功率(P1).注意:匝数比一定时，副线圈的电流(I2)决定原线圈电流(I1).

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。

例1、一台理想变压器的输出端仅接一个标有“12V，6W”的灯泡，且正常发光，变压器输入端的电流表示数为0．2A，则变压器原、副线圈的匝数之比为（

）A．7∶2B．3∶1C．6∶3D．5∶2D

D典型例题几点说明：

原副线圈匝数比等于副原线圈电流比，仅适用于一个副线圈情况

①电压关系：②功率关系：P入=P出③电流关系：I2n2U2

I1n1U1I3n3U3

多个副线圈的变压器P1=P2+P3

磁通变化率相同

B理想变压器基本关系式1.功率关系：3.电流关系：2.电压关系：4.频率关系：f入=f出对变压器：升压必降流，升流必降压→U1决定

U2→I2决定I1①电压关系：→P出决定P入②功率关系：P入=P出③电流关系：(3)理想变压器的三个决定关系输入频率=输出频率几个重要关系注意：变压器能将能量从原线圈传递到副线圈，原线圈电能全部转化为两副线圈电能。

BC(多选题)如图所示，变压器原副线圈的匝数比为3:1，L1、L2、L3、L4为四只规格为“9V

6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图像如图所示，则以下说法中正确的是(

)A．电压表的示数为36VB．电流表的示数为1.5AC．四只灯泡均能正常发光D．变压器副线圈两端交变电流的频率为50HzCD例、如图所示的理想变压器,它的原副线圈接在交流电源上,副线圈接一个标有“12V,100W”的灯泡,已知变压器原、副线圈的匝数比为18:1,那么小灯泡正常工作时,图中的电压表的读数为

V,电流表的读数为

A.2160.46四、几类特殊变压器1.自耦变压器U2U1ABP自耦变压器U1U2n1n2升压变压器n1n2U1U2降压变压器自耦变压器特点：这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。①如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；②如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。2.电压互感器（大电压变小电压）使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数问题1：交流电压表的有一定的量度范围，不能直接并联到高压电测量其电压值。那么如何用交流电压表间接地测量出高压电的电压值？问题2：交流电流表的有一定的量度范围，不能直接串联到在大电流电路中的电流值。那么如何用交流电流表间接地测量出大电流电路中的电流值？使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数3.电流互感器（大电流变小电流）若不考虑原副线圈的内阻有：

U1=E1

U2=E2

理论分析：日字形变压器（铁芯各处材料及横截面积均相同）铁芯左右对称时

“日”字形理想变压器（铁芯各处材料及横截面积均相同）：电压关系：推导：电流关系：推导：U2

R2n2n1U3

R3n3U1

功率关系：C【例题4】（1）在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁态的左右两个臂上。为简化问题研究，假设当一个线圈通以交变电流时，该线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间臂。已知线圈1、2的匝数之比n1:n2=2:1，若线圈电阻可不计，则当其中一个线圈输入交流220V电压时（）A．若线圈1为输入端，则空载的线圈2输出电压为0B．若线圈1为输入端，则接有负载的线圈2输出电压为110VC．若线圈2为输入端，则空载的线圈1输出电压为110V

D．若线圈2为输入端，则接有负载的线圈1输出电压为220VD（2）如图为“日”字形变压器示意图，中间和两臂上分别绕有匝数为n0、n1、n2的线圈，线圈匝数比n0:n1:n2=10:4:5，两臂电路中接有相同的电阻。将中间线圈接入电压

的交变电流，下列说法正确的是（）A．每匝线圈中磁通量的变化率都相同B．电压表V1的示数为14.4VC．电压表V1和V2示数比为4:5

D．电流表A1和A2示数比为5:4C总结：1.“日”字形变压器穿过线圈磁通量不相等导致电压之比不等于匝数之比；1．如图所示，理想变压器的原线圈接在

的交流电源上，副线圈接有

的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（

）

A．原线圈的输入功率为

WB．电流表的读数为1AC．电压表的读数为

VD．副线圈输出交流电的周期为50s02B2．钳形电流表由电流互感器和电流表组合而成，常用来测量电流强度很大的电流，其原理如图所示。若原线圈与副线圈的匝数比为1:500，电流表A的示数为1A，则（）

A．钳形电流表能够用来测量直流电的电流B．被测电路电流的有效值为500AC．被测电路电流的平均值为500AD．被测电路电流的最大值为500A03B【例3】如图，一匝数为100匝的固定矩形线圈abcd，其面积为0.01m2，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场，磁感应强度随时间变化规律为（T）。线圈两端接一原副线圈匝数n1:n2:n3=3:1:2的理想变压器。断开开关S2、闭合开关S1时，电流表示数为1A；断开开关S1、闭合开关S2时，电流表示数也为1A。已知R1=1Ω，导线电阻不计。则（）A．线框产生的感应电动势（V）B．矩形线圈abcd的电阻r=1ΩC．电阻R2=2ΩD．S1、S2均闭合时，电流表示数为20/11ABD原3．如