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4变压器学习目标素养提炼1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理．2.掌握理想变压器的功率关系．3.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.物理观念：原线圈、副线圈、自耦变压器、互感器．科学思维：功率关系P1＝P2、电压关系U1U2＝n1n2、电流关系I1I2＝n2n1在实际问题中的应用．科学探究：探究变压器的工作原理.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、变压器的原理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作，与负载连接的线圈叫作．2．原理是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生，能够输出电压和电流．副线圈原线圈互感现象磁场感应电动势3．作用改变交变电流的．[思考]如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？提示：不能．变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生．电压二、电压与匝数的关系1．电压与匝数的关系原、副线圈的电压之比等于两个线圈的之比，即U1U2＝n1n2.2．两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫变压器．3．理想变压器没有的变压器．4．应用可以满足各种不同电压要求的用电设备，让交流电得到广泛的应用．匝数降压升压能量损失[判断辨析](1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．()(2)理想变压器是一个理想化模型．()(3)学校中用的变压器工作时没有能量损失．()√√×要点一理想变压器的工作原理及规律[探究导入]如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上．连接电路，接通电源，小灯泡能发光．(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？提示：(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右线圈中会产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率ΔΦΔt都相同，若左边匝数为n1，则U1＝E1＝n1ΔΦΔt.若右边匝数为n2，则U2＝E2＝n2ΔΦΔt，故有E1E2＝n1n2；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，这样看来只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等．小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关．(3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势．1．理想变压器的特点(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量．(2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别．(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率．2．工作原理原线圈上通有交变电流时，铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电．从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化．3．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ΔΦΔt，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1ΔΦΔt，E2＝n2ΔΦΔt，所以E1E2＝n1n2.4．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U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以U1U2＝n1n2.当有n组线圈时，则有：U1n1＝U2n2＝U3n3….5．功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P入＝P出．6．电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，得I1I2＝U2U1＝n2n1.当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋….[特别提醒](1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(2)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．(3)变压器不能改变交变电流的周期和频率．(4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，则空载电流趋于零．[典例1](多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数之比为9∶1B．原、副线圈匝数之比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9[思路点拨](1)a、b灯泡均正常发光，a、b两灯的电压相同，均为额定电压U0.(2)U＝10U0，由此可得变压器的输入电压U1＝9U0.[解析]设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故U1U2＝91，n1n2＝U1U2＝91，A正确，B错误；根据公式I1I2＝n2n1可得I1I2＝19，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得两者的电功率之比为1∶9，C错误，D正确．[答案]AD[总结提升]理想变压器的四点注意(1)变压器不能改变直流电压．(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．(3)理想变压器本身不消耗能量．(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．1．(多选)理想变压器正常工作时，在其两侧的原、副线圈中一定相同的物理量是()A．交流电的频率B．输入、输出功率C．磁通量的变化率D．电压的最大值解析：理想变压器原、副线圈中的频率相同，磁通量的变化率相同，电压不一定相同，功率相同．故A、B、C正确，D错误．答案：ABC2.一输入电压为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，如图所示，然后将原来线圈接到220V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A．1100360B．1100180C．2200180D．2200360解析：对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n1＝n3U1U3＝5×2201＝1100，同理变压器烧坏前n2＝n1U2U1＝1100×36220＝180，故B正确．答案：B要点二理想变压器的动态分析[探究导入]在输电系统、大工厂、电气化车间都用到变压器，理想变压器的电压、电流和功率输入与输出之间存在怎样的制约关系？提示：输入电压决定输出电压；输出电流决定输入电流；输出功率决定输入功率．1．电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝n2n1U1.2．电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定，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＝n2n1I2.3．负载制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋….(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2U2.(3)总功率P入＝P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的．4．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R→I2→P2→P1→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、n2→U2→I2→P2→P1→I1.[特别提醒](1)电压的制约关系，反映了感应电动势的因果关系．(2)电流和功率的制约关系，体现了能量守恒的特点．(3)理想变压器的副线圈可以看作负载的无阻电源，与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法．[典例2]如图，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是()A．I1和I2表示电流的瞬时值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小[思路点拨]解答本题时可按以下思路分析：[解析]交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值，A、B错误．由于输入端电压U1和理想变压器匝数比不变，所以U2不变．滑片P向下滑动过程中，电阻变小，电流I2变大，输出功率变大，则输入功率变大，电流I1变大，C正确，D错误．[答案]C[总结提升](1)对于输出电压的大小，条件充分时只需根据原线圈电压和原、副线圈匝数比确定．(2)P1、P2、I1、I2的判断，往往都与R的大小有关，对P1、I1的确定需从P2、I2入手．3．(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定阻电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小解析：Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝U22R＋R0可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由U2U1＝n2n1知U2增大，同理分析原线圈电流I1增大，故C正确，D错误．答案：BC4．如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想交流电表．下列说法正确的是()A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大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示数变大解析：由于原、副线圈两端电压不变，当滑动变阻器滑动触头P向上滑动时，连入电路的电阻变大，所在电路总电阻变大，副线圈中电流减小，R1中电流减小，R1消耗的功率减小，A项错误；R1中电流减小，则R1两端电压减小，而副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数变大，B项正确；副线圈中电流减小，原线圈中电流随之减小，故C项错误；若闭合开关S，负载电路的总电阻减小，副线圈中电流增大，R1中电流增大，则R1两端电压升高，R2两端电压减小，A2示数变小，D项错误．答案：B常见的三种变压器在现实生活中，除了输电线路用的大型变压器之外，在日常的工作和生活中还会用到一些常见的变压器，我们一起来认识一下它们的结构和原理．1．自耦变压器如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用．2．电压互感器(1)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地．(2)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压．3．电流互感器(1)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表；为了安全，外壳和副线圈应接地．(2)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流．5．(多选)调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示．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，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