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第三章 交变电流
3.变压器
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？
通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
1.知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系，会用能量的观念理解变压器的工作原理。（科学思维）
2.知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。（科学思维）
3.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，提高科学探究的能力。（科学探究）
4.在实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。（科学态度与责任）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
变电站的大型变压器
高压输电中的变压器
小型变压器
认识生活中的变压器
一、观察变压器结构
1.构造
（1）铁芯：绝缘硅钢片叠合而成
（2）原线圈：与交流电源相连的线圈叫做原线圈也叫初级线圈
（3）副线圈：与负载相连的线圈叫做副线圈也叫次级线圈
(1)原线圈(初级线圈)
(2)副线圈(次级线圈)
其匝数用n1表示
原线圈两端的电压叫变压器的输入电压U1
其匝数用n2表示
副线圈两端的电压叫变压器的输出电压U2
2.示意图
n1
n2
把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗？说出你的道理。
【探究一：变压器的工作原理】
【思考与讨论】
二、变压器的原理
变压器原线圈的电流有没有流经铁芯？有没有流经副线圈？
【探究归纳】
原线圈接
交流电
原线圈中的磁场发生改变
在铁芯中产生变化的磁通量
副线圈产生感应电动势
副线圈中的磁通量随之发生改变
副线圈有
感应电流
U2
U1
×
～
1.互感现象中的能量传输关系
变压器能输送电能是利用了电磁感应。在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场，即电场的能量转变成磁场的能量；通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，于是在副线圈上产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量。
变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能
(U1、I1) (变化的磁场) (U2、I2)
2.理想变压器
现实中的变压器：
（1）由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。
（2）原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差。
（3）铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。
理想变压器：理想变压器也是一个理想化模型。
不漏磁
线圈不发热
理想
变压器
铁芯不发热
注意：
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；
②实际变压器(特别是大型变压器)一般都可以看成是理想变压器。
3.原副线圈中的功率关系
理想变压器无能量损失，所以副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率。
说明：
2.如果负载中有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和。即：P入=P出1+P出2+.....
1.变压器的输入功率由输出功率决定。即：按需提供
4.原副线圈中的频率关系
在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电。
f 1 = f 2
变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小
【例1】关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)
A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
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
【探究二：变压器线圈两端电压与匝数的关系】
1.实验目的
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
2.实验原理
如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈就存在输出电压。
三、电压与匝数的关系
3.实验器材
可变匝数的变压器(铁芯)、多用电表、220V交流电源、导线若干。
4.实验步骤
(1)要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。
(2)把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。
(3)改变副线圈的匝数用交流电压表测量输出电压。
数据记录及处理
U1=220V n1=1600匝
n2/匝 U2/V U1/U2 n1/ n2
100
400
10
20
30
12.4
53.2
1.34
2.70
4.05
17.7
4.1
164
81
54.3
16
4
160
80
53.3
～
误差允许范围内，
【探究归纳】理想变压器线圈两端电压与匝数的关系
误差产生原因：能量在铁芯及原副线圈处有损耗
5.注意事项
(1)要事先推测副线圈两端电压的可能值。
(2)通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。
(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。
此公式只适用于一个副线圈的变压器
四、电流关系
理想变压器输入功率等于输出功率
即:
U1I1=U2I2
P入= P出
理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比
【例2】一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 V交变电流改变为110 V。已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为　(　　)
A.200　　　 B.400　
C.1 600　 　　 D.3 200
B
五、输入输出电压、电流、功率大小之间的制约关系：
(4)输入功率P1由输出功率P2决定：
P1＝P2；
(1)U1由电源决定；
(2)U2由U1和匝数比决定：
U2＝ ·U1；
(3)I2由U2和负载决定：
I2＝
(5)I1由I2和匝数比决定：
I1＝ ·I2。
n1、n2
电源 U1 U2
R
互感 I1 I2
n1、n2
n1>n2 U1>U2 -----降压变压器
n1六、升压变压器和降压变压器
问题：对降压变压器，原副线圈的导线哪个粗？
变压器工作时，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，应当用较粗的导线绕制。
这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。
【例3】一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω,为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为( 　　)
A.2 B.3 C.4 D.5
B
解题关键：
1.理想变压器的电压公式中的电压为线圈上的电压，题中电源电压不是原线圈
上的电压。
2.计算电功率既可以根据电压也可以根据电流计算。
易错警示：
理想变压器能量关系是指变压器原线圈输入端与副线圈输出端功率相等，并非电源输出功率等于变压器的输出功率。变压器只有一个原线圈和一个副线圈时，原、副线圈的电流与匝数成反比，利用功率关系、电源输出电压恒定及电流建立关系进行求解。
六、几种常见的变压器
1.自耦变压器
U1
U2
n1
n2
升压变压器
n1
n2
U1
U2
降压变压器
自耦变压器的原副线圈共用一个线圈
U2
U1
A
B
P
2.互感器
电流互感器
电压互感器
使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数
使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数
A
V
无线充电器中的接收线圈
对移动电话进行无线充电
科学漫步
基本工作原理：
在初级线圈输入一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。
初级线圈装在充电基座上，次级线圈装在手机内部，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。
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、副线圈不计内阻
③忽略铁芯产生的热量
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：
4.几种常见变压器
1.如图所示，P是电压互感器，Q是电流互感器，如果两个互感器的变压比和变流比都是50，电压表的示数为220 V，电流表的示数为3 A，则输电线路中的电压和电流分别是(　　)
A．11000V,150A B．1100V,15A
C．4.4V,16.7A
D．4.4V,0.06A
A
2.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
B
3.如图所示的电路中，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0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，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
D
B

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