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3.3 变压器
人教版（2019）物理（选择性必修第二册）
第三章 交变电流
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.知道变压器的构造及几种常见的变压器
2.理解变压器的工作原理及理想变压器的特点
3.掌握理想变压器原、副线圈的电压、电流与匝数的关系，并能应用它分析解决基本问题
生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢？
两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光呢？小灯泡两端的电压与电源电压又有什么关系呢？
新课讲解
第一节
变压器的原理
甲图是可拆变压器零部件，乙图是组装后的变压器
发现变压器铁芯由极薄且彼此绝缘的硅钢片叠压而成，为什么？
防止涡流的产生，以免造成电能的损失
变压器的构造
n1
n2
U1
U2
（1）原线圈：一个线圈与交流电源连接，叫作原线圈 ，也叫初级线圈；
其匝数用n1表示，两端的电压叫变压器的输入电压U1。
（2）副线圈：另一个线圈与负载连接，叫作副线圈，也叫次级线圈。其匝数用n2表示，两端的电压叫变压器的输出电压U2。
输入电压
输出电压
U2
原线圈
副线圈
铁芯
AC
U1
n1
n2
AC
原线圈
交变电压
变化的磁场
副线圈
交变电流
感应电动势
变压器的工作原理
U2
原线圈
副线圈
铁芯
AC
U1
n1
n2
AC
（1）在变压器原、副线圈中由于交变电流而发生电磁感应的现象是互感现象
（2）互感现象是变压器工作原理的基础。变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化
（3）变压器是依据电磁感应原理工作的，因此只能工作在交流电路中。如果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，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用
变压器的原理
那么感应电动势的大小与副线圈的匝数有无关系？
思考
当副线圈的匝数改变，每一匝产生的感应电动势不变，由于副线圈匝数的改变，副线圈产生的感应电动势就会发生改变，达到改变电压的目的。
变压器工作时，如何实现能量的传递？
变压器不产生电能，它只是利用闭合铁芯通过交变磁场将电能从原线圈转移到副线圈，实现电能—磁场能—电能的转化
实验探究：电压与匝数的关系
1.实验思路
（1）观察可拆变压器零部件
两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
变压器铁芯
线圈
变压器铁芯
线圈
螺丝
实验探究：电压与匝数的关系
可拆变压器结构视频
（2）利用教学用的可拆变压器进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。运用控制变量法，保持原线圈电压U1和匝数n1不变，改变副线圈的匝数n2。
组装后的变压器
实验探究：电压与匝数的关系
①如右图所示，连接实验器材
②保持原线圈的匝数不变，增加或减少副线圈的匝数，测量副线圈两端的电压
③保持副线圈的匝数不变，增加或减少原线圈的匝数，测量副线圈两端的电压
2.实验步骤
实验探究：电压与匝数的关系
3.设计实验表格，记录实验数据
原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈两端的电压U1/V 副线圈两端的电压U2/V
100 10 6 0.61 10 9.8
100 20 6 1.22 5 4.9
200 20 6 0.62 10 9.7
4.注意事项
（1）要用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。
（2）为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测。
（3） 连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。只有这时才能接通电源。
根据实验数据可以发现 总是小于 ，这是为什么？
变压器铁芯及线圈有电流通过时会发热，电流的磁场也并非全部局限于铁芯内
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
第二节
电压与匝数的关系
（2）若有一个副线圈时
n1
n2
U1
U2
（3）若有多个副线圈时
n1
U1
n2
U2
n3
U3
n4
U4
（1）实验和理论分析都表明，理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比。
电压与匝数关系
①当n2 > n1时，U2 > U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；
②当n2U1
U2
n1
n2
U2
U1
n1
n2
升压变压器和降压变压器
1.理想变压器的特点：
（1）无漏磁现象；（2）线圈电阻不计；（3）铁芯不发热
2.理想变压器的原线圈功率和副线圈功率的关系：
理想变压器原、副线圈中的电流与匝数成反比
思考讨论：你能利用法拉第电磁感应定律推导出理想变压器
原、副线圈中电压大小与它们的线圈匝数之间的关系吗？
U2
U1
n1
n2
由于为理想变压器，所以为穿过原、副线圈磁通量相同，根据法拉第电磁感应定律:
不考虑原副线圈的内阻则：U1=E1，U2=E2 所以，
变压器的应用
变电站的大型变压器
可拆卸变压器
各式变压器
街道的变压器
常见的变压器：
（1）自耦变压器——调压变压器
（2）互感器：
①电压互感器：用来把高电压变成低电压
②电流互感器：用来把大电流变成小电流
无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。如果移动电话中有无线充电装置，那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电。
无线充电技术
对于一个没有无线充电功能的移动电话，也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器，将接收器放在无线充电基座上来进行充电。打开无线充电接收器，就可以看到其内部有一个接收线圈。
无线充电接收器中的线圈
1.一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220V交变电压变为22V，已知变压器原线圈匝数为1000，则副线圈匝数为( )
A.25 B.50 C.100 D.500
C
经典例题
答案：C
解析：根据理想变压器电压与匝数关系
则 匝
C正确ABD错误。
2.关于理想变压器下列说法正确的是( )
A.原线圈磁通量大于副线圈磁通量
B.原线圈电流的频率大于副线圈电流的频率
C.对同一变压器的任意两个线圈，电压和匝数成正比
D.变压器的输入功率大于输出功率
C
经典例题
答案：C
解析：A.理想变压器中，原线圈磁通量等于副线圈磁通量，选项A错误；
B.变压器不改变交流电的频率，则原线圈电流的频率等于副线圈电流的频率，选项B错误；
C.对同一变压器的任意两个线圈，电压和匝数成正比，选项C正确；
D.理想变压器的输入功率等于输出功率，选项D错误。
故选C。
3.如图所示，灯泡L1接在变压器初级电路中，灯泡L2、L3 接在变压器次级电路中。变压器为理想变压器，交变电流电源电压为U ，L1、L2、L3，都是额定电压为U0 的同种型号灯泡，若三个灯泡都能正常发光，则( )
A
经典例题
A. B.
C. D.
答案：A
解析：设灯泡正常发光时电流为 ，所以原线圈电流 ，副线圈两灯泡并联，则 ，根据电流关系： ，根据电压关系： ，
解得： 。
1.理想变压器
（1）构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的
①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈
②副线圈：与负载连接的线权，也叫次级线权
③铁芯：绝缘硅钢片叠合成的闭合框架，能集中磁感线。
（2）原理：电流的磁效应、电磁感应
（3）基本关系式
①功率关系：P出=P入
②电压关系：一个副线圈时， ；多个副线圈时，
直流电不能在副线圈产生感应电流
原线圈决定副线圈
③电流关系：一个副线圈时， ；
由P入=P出及 P=UI 推出多个副线圈时，
④频率关系：f1 = f2
（4）常见的变压器
①自耦变压器——调压变压器；
②互感器
电压互感器：用来把高电压变成低电压
电流互感器：用来把大电流变成小电流
副线圈决定原线圈
变压器不改变交流电的频率
变压器内部原、副线圈匝数之比可调节
u1
u2
1.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 ，电阻 ，电流表示数为1A，各电表均为理想电表，则下列说法正确的是( )
A. 电压表的示数为20V
B.流经电阻R的电流大小为0.1A
C.电阻R消耗的电功率是400W
D.该变压器为升压变压器
A
答案：A
解析：AB.根据 可知，输出电流
电压表示数 ，故A正确，B错误；
C.电阻R 消耗的功率 ，故C错误；
D.由于输入端匝数大于输出端的匝数，故该变压器为降压变压器，故D错误。
故选A。
2.如图所示，理想变压器有两个接有不同电阻的副线圈甲和乙，其匝数分别为n1 和n2 。若接在甲和乙两线圈上的电阻消耗的功率相同，则乙所接电阻的阻值是甲所接电阻阻值的( )
A. B.
C. D.
C
答案：C
解析：理想变压器通过每匝线圈的磁通量变化率相同，设甲线圈两端的电压为 ，乙线圈两端的电压为 ，两电阻消耗的功率相同，根据 可知乙所接电阻的阻值是甲所接电阻阻值的 倍，D正确。
3.2023年8月18日，世界首条35千伏公里级超导输电示范工程首次实现满负荷运行，刷新了我国商用超导输电工程最大实际运行容量的纪录。如图是某输电线路的简化图，两理想变压器的匝数比分别为，间接入电压有效值恒为U 的正弦交流电源。三个电阻的阻值相等。则电阻c 两端的电压为( )
A. B. C. D.
C
答案：C
解析：设 三个电阻的阻值均为 R ，通过变压器线圈1、2、3、4的电流分别为 ，两端的电压分别为 ，有 ，理想变压器原、副线圈两端电压之比等于匝数比，有 ，理想变压器输入功率等于输出功率，有 ，同理有 ，同一回路有 ，又有 ，
可得 ，C正确。

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