變壓器高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

3.3變壓器第三章交變電流高中物理(人教版2019)選擇性必修第二冊生活中用電器的電壓

在我們使用的各種用電器中，所需的電源電壓各不相同，而我們國家民用統(tǒng)一供電電壓是220V，那么如何使這些額定電壓不是220V的電器設(shè)備正常工作的呢？充電電壓5V工作電壓220V工作電壓6V變電站的大型變壓器居民街區(qū)變壓器可拆式變壓器小型電器充電變壓器各類變壓器展示問題：變壓器是如何改變電壓的呢？一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.變壓器的構(gòu)造：閉合鐵芯

線圈副線圈原線圈鐵芯2.變壓器的示意圖及電路符號：鐵芯原線圈副線圈n1n2n1n2無鐵芯有鐵芯n1n2鐵芯U1U2原線圈接交變電流原線圈中產(chǎn)生交變磁場副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢原線圈副線圈I1鐵芯構(gòu)成磁回路I2變壓器的基本原理是利用原線圈和副線圈之間的互感現(xiàn)象。電能磁場能電能(U1、I1)(變化的磁場)(U2、I2)鐵芯使這個變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈二、變壓原理U1U2思考：若給原線圈接直流電壓U1，能否得到副線圈電壓U2?不能，因為恒定電流無法產(chǎn)生互感現(xiàn)象。探究與思考注意：（1）變壓器不改變交變電流的周期和頻率。（2）變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用。（3）變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的。變壓器的作用：只能改變交變電流的電壓探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系(1)實驗數(shù)據(jù)：實驗次數(shù)原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2原線圈電壓U1副線圈電壓U2n1/n2U1/U218004008V3.68V22.228001008V0.9V88.932001008V3.61V22.2414001008V0.5V1416①從實驗數(shù)據(jù)來看，原副線圈電壓之比是否等于它們的匝數(shù)之比？②實驗數(shù)據(jù)沒有嚴(yán)格遵從這樣的規(guī)律，是為什么？(2)誤差分析：誤差產(chǎn)生原因：能量損耗①變壓器線圈通過電流時會發(fā)熱，線圈電阻發(fā)熱；②鐵芯在交變磁場的作用下也會發(fā)熱；渦流現(xiàn)象發(fā)熱③交變電流產(chǎn)生的磁場也不可能完全局限在鐵芯內(nèi)，會漏磁。(1)定義：我們把沒有能量損耗的變壓器叫作理想變壓器。①原副線圈沒有電阻；無銅損②不漏磁無磁通量漏失；無磁損③鐵芯不發(fā)熱；無鐵損④是理想化的物理模型。理想變壓器：無三損(2)特點：實驗結(jié)論在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即

理想變壓器無內(nèi)阻，路端電壓U等于電動勢E。

升壓變壓器降壓變壓器變壓器類型：三、變壓規(guī)律

之結(jié)論1注意：

匝數(shù)比一定時，輸入電壓（U1）決定輸出電壓（U2）B1．如圖，可以將電壓升高供給電燈的變壓器是（

）例3、理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2＝4：1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，圖中電流表A1的示數(shù)12mA，則電流表A2的示數(shù)為（）A．3mAB．0C．48mAD．與負(fù)載R的值有關(guān)B三、理想變壓器的規(guī)律結(jié)論2：

因為理想變壓器無能量損失，所以理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率。P出=P入U1I1=U2I2也可寫成：結(jié)合公式：結(jié)論3：理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比。得出：注意:匝數(shù)比一定時，副線圈的輸出功率(P2)決定原線圈的輸入功率(P1).注意:匝數(shù)比一定時，副線圈的電流(I2)決定原線圈電流(I1).

變壓器高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制，低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)用較粗的導(dǎo)線繞制。

例1、一臺理想變壓器的輸出端僅接一個標(biāo)有“12V，6W”的燈泡，且正常發(fā)光，變壓器輸入端的電流表示數(shù)為0．2A，則變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為（

）A．7∶2B．3∶1C．6∶3D．5∶2D

D典型例題幾點說明：

原副線圈匝數(shù)比等于副原線圈電流比，僅適用于一個副線圈情況

①電壓關(guān)系：②功率關(guān)系：P入=P出③電流關(guān)系：I2n2U2

I1n1U1I3n3U3

多個副線圈的變壓器P1=P2+P3

磁通變化率相同

B理想變壓器基本關(guān)系式1.功率關(guān)系：3.電流關(guān)系：2.電壓關(guān)系：4.頻率關(guān)系：f入=f出對變壓器：升壓必降流，升流必降壓→U1決定

U2→I2決定I1①電壓關(guān)系：→P出決定P入②功率關(guān)系：P入=P出③電流關(guān)系：(3)理想變壓器的三個決定關(guān)系輸入頻率=輸出頻率幾個重要關(guān)系注意：變壓器能將能量從原線圈傳遞到副線圈，原線圈電能全部轉(zhuǎn)化為兩副線圈電能。

BC(多選題)如圖所示，變壓器原副線圈的匝數(shù)比為3:1，L1、L2、L3、L4為四只規(guī)格為“9V

6W”的相同燈泡，各電表均為理想交流電表，輸入端交變電壓u的圖像如圖所示，則以下說法中正確的是(

)A．電壓表的示數(shù)為36VB．電流表的示數(shù)為1.5AC．四只燈泡均能正常發(fā)光D．變壓器副線圈兩端交變電流的頻率為50HzCD例、如圖所示的理想變壓器,它的原副線圈接在交流電源上,副線圈接一個標(biāo)有“12V,100W”的燈泡,已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為18:1,那么小燈泡正常工作時,圖中的電壓表的讀數(shù)為

V,電流表的讀數(shù)為

A.2160.46四、幾類特殊變壓器1.自耦變壓器U2U1ABP自耦變壓器U1U2n1n2升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器自耦變壓器特點：這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。①如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；②如果把線圈的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓。2.電壓互感器（大電壓變小電壓）使用時把原線圈與電路串聯(lián)，原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)問題1：交流電壓表的有一定的量度范圍，不能直接并聯(lián)到高壓電測量其電壓值。那么如何用交流電壓表間接地測量出高壓電的電壓值？問題2：交流電流表的有一定的量度范圍，不能直接串聯(lián)到在大電流電路中的電流值。那么如何用交流電流表間接地測量出大電流電路中的電流值？使用時把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)3.電流互感器（大電流變小電流）若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有：

U1=E1

U2=E2

理論分析：日字形變壓器（鐵芯各處材料及橫截面積均相同）鐵芯左右對稱時

“日”字形理想變壓器（鐵芯各處材料及橫截面積均相同）：電壓關(guān)系：推導(dǎo)：電流關(guān)系：推導(dǎo)：U2

R2n2n1U3

R3n3U1

功率關(guān)系：C【例題4】（1）在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈繞在如圖所示變壓器鐵態(tài)的左右兩個臂上。為簡化問題研究，假設(shè)當(dāng)一個線圈通以交變電流時，該線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間臂。已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1:n2=2:1，若線圈電阻可不計，則當(dāng)其中一個線圈輸入交流220V電壓時（）A．若線圈1為輸入端，則空載的線圈2輸出電壓為0B．若線圈1為輸入端，則接有負(fù)載的線圈2輸出電壓為110VC．若線圈2為輸入端，則空載的線圈1輸出電壓為110V

D．若線圈2為輸入端，則接有負(fù)載的線圈1輸出電壓為220VD（2）如圖為“日”字形變壓器示意圖，中間和兩臂上分別繞有匝數(shù)為n0、n1、n2的線圈，線圈匝數(shù)比n0:n1:n2=10:4:5，兩臂電路中接有相同的電阻。將中間線圈接入電壓

的交變電流，下列說法正確的是（）A．每匝線圈中磁通量的變化率都相同B．電壓表V1的示數(shù)為14.4VC．電壓表V1和V2示數(shù)比為4:5

D．電流表A1和A2示數(shù)比為5:4C總結(jié)：1.“日”字形變壓器穿過線圈磁通量不相等導(dǎo)致電壓之比不等于匝數(shù)之比；1．如圖所示，理想變壓器的原線圈接在

的交流電源上，副線圈接有

的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2:1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是（

）

A．原線圈的輸入功率為

WB．電流表的讀數(shù)為1AC．電壓表的讀數(shù)為

VD．副線圈輸出交流電的周期為50s02B2．鉗形電流表由電流互感器和電流表組合而成，常用來測量電流強度很大的電流，其原理如圖所示。若原線圈與副線圈的匝數(shù)比為1:500，電流表A的示數(shù)為1A，則（）

A．鉗形電流表能夠用來測量直流電的電流B．被測電路電流的有效值為500AC．被測電路電流的平均值為500AD．被測電路電流的最大值為500A03B【例3】如圖，一匝數(shù)為100匝的固定矩形線圈abcd，其面積為0.01m2，線圈所在空間內(nèi)存在與線圈平面垂直且均勻分布的磁場，磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律為（T）。線圈兩端接一原副線圈匝數(shù)n1:n2:n3=3:1:2的理想變壓器。斷開開關(guān)S2、閉合開關(guān)S1時，電流表示數(shù)為1A；斷開開關(guān)S1、閉合開關(guān)S2時，電流表示數(shù)也為1A。已知R1=1Ω，導(dǎo)線電阻不計。則（）A．線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢（V）B．矩形線圈abcd的電阻r=1ΩC．電阻R2=2ΩD．S1、S2均閉合時，電流表示數(shù)為20/11ABD原3．如