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第六节变压器第二章交变电流第二章交变电流1.通过实验观察，了解变压器的构造．2.知道变压器的工作原理、变压器的变压、变流规律．3．知道变压器的用途，能够运用变压器的变压、变流规律定性和定量分析有关变压器的实际问题．一、认识变压器如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到学生电源的两个交流接线柱，另一个线圈连到小灯泡上，灯泡____发光．若改接在两个直流线柱上，灯泡____发光．能不1．构造：由__________和绕在铁芯上的__________组成．(1)原线圈：与__________相连的线圈．(2)副线圈：与______相连的线圈．2．原理：变压器工作的基础是______现象．3．作用：改变__________的电压．闭合铁芯两个线圈交流电源负载互感交变电源二、探究变压器的电压与匝数的关系如图所示为原、副线圈匝数可变的变压器．先保持原线圈匝数不变，使副线圈的匝数依次减少，电压表V2的示数依次减小．再保持副线圈的匝数不变，使原线圈匝数依次减少，电压表V2的示数依次增大．1．理想变压器：没有______损失的变压器．2．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＝____．3．两类变压器(1)降压变压器：副线圈电压比原线圈电压____的变压器．(2)升压变压器：副线圈电压比原线圈电压____的变压器．能量匝数n1n2低高三、理想变压器原、副线圈中的电流1．铜损和铁损(1)铜损：变压器的线圈有______，电流通过时要生热，损耗一部分能量，这种损耗叫做铜损．(2)铁损：铁芯在交变磁场中反复磁化，也要损耗一部分能量使______发热，这种损耗叫做铁损．2．理想变压器的规律(1)电压关系：________．(2)电流关系：________(适用于只有一个副线圈的变压器)．(3)功率关系：输入功率______输出功率．电阻铁芯U1U2＝n1n2I1I2＝n2n1等于对于一个原线圈，两个(或两个以上)副线圈的变压器，电压(电流)与匝数的关系适用吗？提示：电压关系适用，电流关系不适用．变压器的工作原理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；(3)在铁芯内产生的感应电流即产生的热量不计．2．变压器的工作原理变压器的变压原理是电磁感应，当原线圈上加交变电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势．由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈，其能量转换方式为：原线圈电能―→磁场能―→副线圈电能(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频率．(多选)下列说法正确的是()A．变压器也可能改变恒定电压B．变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流C．变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成D．变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)变压器的构造是原、副线圈绕在同一铁芯上．(2)变压器的工作原理是互感现象．[解析]变压器是根据电磁感应原理来工作的，对于恒定的直流电来说，它产生的磁通量是不变的，通过副线圈的磁通量不变，不能产生感应电动势，所以变压器不能改变恒定直流电的电压，故A错误；变压器原线圈中输入的交流电流产生的交变的磁场在副线圈中产生感应的电流，即变压器是利用电磁感应原理工作的，故B正确；变压器由绕在同一铁芯上的原、副线圈组成，故C正确；变压器利用电磁感应原理工作，变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用．故D正确．[答案]BCD原线圈中的交变电流所产生的变化磁场，除穿过原线圈之外，也穿过副线圈，在两个线圈中都能产生电磁感应现象．1.(多选)变压器原、副线圈中一定相同的物理量有()A．交流电的频率B．磁通量的变化率C．交流电的峰值D．交流电的有效值解析：选AB.变压器的原理是电磁感应现象，改变的是电压、电流，而原、副线圈上交流电的频率不变，A对．在同一铁芯上，磁通量相同，磁通量的变化率相同，故B对，C、D错．理想变压器工作时的几个关系1．电压关系原线圈中U1＝E1＝n1ΔΦΔt，副线圈中U2＝E2＝n2ΔΦΔt，因而电压关系满足：U1U2＝n1n2.(1)若n1＜n2，则U1＜U2，就是升压变压器；(2)若n1＞n2，则U1＞U2，就是降压变压器．当有几组副线圈时，则有：U1n1＝U2n2＝U3n3…2．功率关系由于理想变压器没有各种能量损失，所以变压器输出功率等于输入功率，即：P2＝P1.3．电流关系根据P＝UI，由功率关系得：U2I2＝U1I1，所以I1I2＝U2U1，再由U1U2＝n1n2得，电流关系为：I1I2＝n2n1或n1I1＝n2I2.若有多个副线圈时，有P1＝P2＋P3＋…，即U1I1＝U2I2＋U3I3＋…将U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…(1)因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此，理想变压器的输入功率等于输出功率．实际变压器(特别是大型变压器)一般可以看成理想变压器．(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系，对于某时刻的瞬时值其关系不成立．(3)对于公式U1U2＝n1n2，无论副线圈一端是空载还是负载，此公式都是适用的．当有多个副线圈时，电流之比与匝数成反比这一结论不再成立．(4)变压器高压圈匝数多而导线细，低压圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的方法．如图为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器．原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V．调节前后()A．副线圈中的电流比为1∶2B．副线圈输出功率比为2∶1C．副线圈的接入匝数比为2∶1D．原线圈输入功率比为1∶2[解析]根据欧姆定律I＝UR，U2由220V降至110V，副线圈上的电流变为原来的12，即调节前后，副线圈上电流之比为2∶1，选项A错误；根据P＝UI知，U、I均变为原来的12时，副线圈上输出的功率变为原来的14，即调节前后副线圈的输出功率之比为4∶1，选项B错误；根据理想变压器电压与匝数的关系U1U2＝n1n2，当U2由220V降至110V时，n2变为原来的12，即调节前后副线圈接入的匝数比为2∶1，选项C正确；根据理想变压器P入＝P出，所以原线圈输入功率等于副线圈的输出功率，即调节前后原线圈输入功率之比为4∶1，选项D错误．[答案]C2.(多选)如图，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A．以下判断正确的是()A．变压器输入功率为484WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3解析：选BD.根据变压器的变压规律U1U2＝n1n2，变流规律I1I2＝n2n1，正弦交变电流有效值和峰值的关系I＝Im2，功率公式P＝IU和理想变压器的特点P1＝P2解决问题．变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60W＝132W，选项A错误；由U1U2＝n1n2得n1n2＝U1U2＝22060＝113，选项D正确；由I1I2＝n2n1得I1＝n2n1I2＝311×2.2A＝0.6A，选项B正确；根据I＝Im2得副线圈上的电流的最大值I2m＝2I2＝2.22A，选项C错误．理想变压器的制约关系和动态分析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＝n2U1n1.2．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＝n2I2n1.3．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＝P线＋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.(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．命题视角1负载变化引起的电路变化分析如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R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，观察到电流表A1的示数增大了0.2A，电流表A2的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是()A．电压表V1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[解题探究](1)原副线圈两端电压是否变化？(2)A2增大，说明电阻如何变化？(3)由n1n2＝I2I1＝I′2I′1得n1n2＝ΔI2ΔI1，求n1n2.(4)V3示数的变化根据U3＝U2－I2·R0判断．[解析]电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，选项A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，副线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，选项B错误；理想变压器U1I1＝U2I2，则U1ΔI1＝U2ΔI2，ΔI2ΔI1，故U2＜U1，变压器为降压变压器，选项C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，选项D正确．[答案]D命题视角2原、副线圈匝数比变化引起的电路变化分析(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值电阻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]保持Q的位置不动，则U2不变，将P向上滑动时，R接入电路的电阻变大，根据I2＝U2R0＋R知，I2变小，由I1I2＝n2n1得I1也变小，即电流表读数变小，选项A错误，选项B正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，U2变大，则根据P2＝U22R0＋R知副线圈输出功率变大，由P1＝P2知，变压器原线圈输入功率P1变大，而P1＝I1U，输入电压U一定，I1变大，即电流表读数变大，选项C正确，选项D错误．[答案]BC理想变压器动态问题的处理方法(1)首先抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1.(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化．(3)根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)根据理想变压器的变压规律、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．3.(多选)如图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表