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第三章 交变电流
3.3-1 变压器
【课标要求】通过实验探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系【学习目标】
1.知道变压器的构造，理解变压器的工作原理
2.实验探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系
3.理解功率关系，推导电流与线圈匝数的关系
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？
一、变压器的原理
1.变压器的构造
原线圈
副线圈
①铁芯： 绝缘硅钢片叠合而成
②原线圈：
③副线圈：
与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈
与负载相连的线圈，也叫次级线圈
变压器的示意图
一、变压器的原理
变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接，却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。在变压器中能量是如何转化的?
n1
n2
铁芯
原线圈
副线圈
I1
I2
变化的电流通过原线圈时在铁芯中激发变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。
电场能
磁场能
电场能
铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈
2.变压原理：
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
【例1】（指向目标1）关于变压器的工作原理,以下说法正确的是(　　)A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.变压器是依靠自感过程进行工作的C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
C
解析：A.电流周围存在磁场，通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量随交变电流变而变。所以A错。B.变压器是依靠互感过程进行工作的，所以B错。C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势。所以C错。
D.两个线圈没有连通，原线圈中的电流不能通过铁芯流到了副线圈。
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
实验目的: 探究变压器输出电压(U2)与输入电压(U1)，
原副线圈匝数(n1、n2)之间的关系
实验方法: 控制变量法
保持U1和n?不变，记录n?与U2,的大小.
保持U1 和n2,不变，记录n1 与U2,的大小.
实验器材: 学生电源，可拆变压器，交流电压表
注意事项: 1.不能超过电表量程
2.读数时确定最小分度值
3.为了保证人身安全电压不超过12V
变压器原、副线圈两端的电压与线圈匝数之间有什么关系呢？
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.输入电压不变，原线圈的匝数不变。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
输入电压U1（V）
输出电压U2（V）
400
4.25
400
4.25
400
4.25
200
800
1400
1.99
7.88
13.78
U1与n1一定：U2与n2成正比
2.输入电压不变，副线圈的匝数不变。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
输入电压U1（V）
输出电压U2（V）
400
4.25
400
4.25
400
4.25
200
800
1400
1.99
7.88
13.78
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
200
6.6

200
6.6
100
12.9
400
3.1
U1与n1一定：U2与n2成正比
U1与n2一定：U2与n1成反比
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.变压器的能量损耗
①铜损
②铁损
③磁损
线圈电阻发热
涡流现象发热
漏磁损失能量
3.理想变压器的功率关系
P1＝P2
2.理想变压器
二、变压器输入功率和输出功率的关系
我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器也是一个理想化模型
输入功率等于输出功率，即
原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？数据没有严格遵从这样的规律。为什么呢？
设穿过原线圈磁通量为Φ1，穿过副线圈磁通量为Φ2。
Φ1=Φ2
ΔΦ1=ΔΦ2
理论推导：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
理想变压器特点：线圈无电阻时
三、变压器电压与匝数的关系
无漏磁时
铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈
理想变压器原、副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比。
①n2 >n1 U2>U1——升压变压器
②n2 三、变压器电压与匝数的关系
【例题2】（指向目标2）一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝,与220V的电源相连,当副接入额定电压为36V的灯泡时,能够正常发光.则变压器副线圈的匝数为( )A. 36匝 B. 72匝 C. 720匝 D. 1440匝
总结：
C
理想变压器：输入功率等于输出功率
U1I1=U2I2
（次级只有一个线圈！）
P1＝P2
P=UI
原副线圈中的电流之比等于线圈匝数的反比。
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。
四、变压器原副线圈电流的关系
五.变压器的应用
变电站的大型变压器
小家电中的变压器
实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏。而用电器使用电压不一样。由于有了变压器，交流的电压容易改变，所以交流得到了广泛的应用。
【例3】（指向目标2、3）（单选）如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω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2202 W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为1102 V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
?
B
解析：据u＝2202sin 100πt(V)，原线圈电压的有效值为U1=220V,再根据原副线圈电压与匝数的关系，得U2=110V，则I2=U2/R=2A,所以B对，C错。
又P1=P2=U2I2=220W，所以A错，原副线圈交流电的周期T=2π/ω=0.02s,所以D错。
?
B
【例4】（指向目标1、3）如图所示为一理想变压器，其原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表A1的示数是10 mA，那么电流表A2的示数是(　　)
A．40 mA B．0 C．10 mA D．2.5 mA
解析：MN向左匀速切割磁感线时，电动势E=Blv恒定，电流I1=10mA恒定，在副线圈中不能产生感应电动势，所以A2的示数为0，选B.
1.（多选）有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为4∶1．原线圈接在一个交流电源上，交流电的变化规律如图所示．副线圈所接的负载电阻是11 Ω．则（　 ） A．原线圈交流电的频率为50Hz B．副线圈输出电压为55V
C．流过副线圈的电流是5A D．变压器输入、输出功率之比为4∶1
ABC
【课堂检测】
解析：A．原线圈交流电的频率为f=1/T=50Hz，A正确。 B．由原、副线圈的电压与匝数比的关系知，副线圈输出电压U2=55V，B正确。 C．据I=U2/R得，流过副线圈的电流是5A，C正确。 D．变压器输入、输出功率之比为1∶1,D错误。
2.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5:1， ????1=????2=10?Ω.两电表均为理想电表，其中电流表的示数为0.4 A，则( )
A.电阻????1中通过的电流的有效值为1 A
B.电压表V的示数为20 V
C.原线圈的输入功率为40 W
D.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为5:1
?
B
根据原、副线圈的电流关系可得????1????2=????2????1，则????2=????1????2????1=2?????，A错误；电压表的示数为????2?两端的电压，即????=????2????2=20?????，B正确；负载功率为????2=????22(????1+????2)=80?????，原线圈的输入功率与副线圈的输出功率相等，有????1=????2=80?????，C错误；理想变压器中穿过原、副线圈的磁通量的变化率相等，即穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1:1，D错误
?
解析：
【课堂检测】
3、如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220????sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω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220????????
B．电流表的读数为1A
C．电压表的读数为110????????
D．副线圈输出交流电的周期为50s
?
理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1＝220 V，由????1????1=????2????2得????2=????2????1????1=110????，即电压表的读数为110 V，C错误；通过负载电阻的电流????2=????2????=11055????=2????，则副线圈的输出功率P＝U2I2＝110×2 W＝220 W，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率为220 W，A错误。由n1I1＝n2I2，得????1=????2????2????1=1????，即电流表的读数为1A，B正确；角速度=100π rad/s，T=2???????? =0.02s ，D错误.
?
解析：
B
【课堂检测】
无线充电技术原理
自读课本科学与漫步：
1.变压器原理：
2.理想变压器特点：
利用互感现象实现电能到磁场能到电能的转化和传递。
①变压器铁芯内无漏磁
②原、副线圈不计电阻
③忽略铁芯中无涡流、铁芯不漏磁
3.理想变压器规律：
①功率关系：
P入= P出
②频率关系：
f 1 = f 2
③电压关系：
④电流关系：
【课堂小结】

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