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高中物理教科版（2019）选择性必修第二册
第三章 交 流 电
第3节 变压器
我们国家民用统一供电均为220V，如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作呢？ 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
家庭用电 220V
手机充电电压5V
高压输电：U > 100 KV
1.了解变压器的构造及工作原理。
2.通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。
3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系。
4.了解几种常见的变压器。
变压器的组成：闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈。
U2
原线圈
副线圈
铁芯
AC
U1
n1
n2
AC
1.变压器的原理
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。
电路图中符号
1.变压器的原理
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
副线圈的磁通量发生改变
副线圈有
感应电流
U2
R
U1
n1
n2
互感现象
思考
：若给原线圈接直流电压U1
，能否得到副线圈电压U2
1.变压器的原理
1.变压器的原理
1.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。
2.变压器不改变交变电流的周期和频率。
3.变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是彼此绝缘的。
4.铁芯可使绝大部分（可近似认为全部）磁感线集中在铁芯上。
1.变压器的原理
若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？
U2
R
B1 =Bmsinωt
B2 =Bmsinωt
e1 =Em sinωt
n1
n2
由法拉第电磁感应定律，得：
我们能不能通过实验验证上述结论？
1.变压器的原理
实验器材：两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干.原理如图：
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
2.探究变压器的电压与匝数的关系
①如图所示，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.探究变压器的电压与匝数的关系
U1/V 原线圈n1/匝 副线圈n2/匝 U2/V U1/U2 n1/n2
12 200 100 5.8
400 23.4
12 12 800 100 1.22
12 1400 0.84
2.068
0.513
9.83
14.28
2
0.5
8
14
2.探究变压器的电压与匝数的关系
2.探究变压器的电压与匝数的关系
结论：在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数比，即 。但数据没有严格遵从这样的规律。为什么呢？
误差原因：能量损耗
1.变压器线圈通过电流时会发热；
2.铁芯在交变磁场的作用下也会发热；
3.交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内。
2.探究变压器的电压与匝数的关系
概念：没有能量损耗的变压器叫作理想变压器.
理想变压器特点：
1.无铜损：原、副线圈不计电阻，不产生焦耳热.
2.无铁损：不计闭合铁芯中的涡流.
3.无磁损：原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内.
2.探究变压器的电压与匝数的关系
I1
I2
U2
n1
n2
R
U1
P入 = P出
U1 I1 = U2 I2
上式只适用于一个副线圈的变压器
3.电压与匝数的关系
→ U1决定 U2
→ I2 决定 I1
1.电压关系：
→ P出决定P入
2.功率关系：
P入=P出
3.电流关系：
理想变压器的三个决定关系
3.电压与匝数的关系
（1）若有一个副线圈时
n1
n2
U1
U2
（2）若有多个副线圈时
n1
U1
n2
U2
n3
U3
n4
U4
3.电压与匝数的关系
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
AC
U2
n1
n2
U2
AC
U1
n1
n2
升压变压器
降压变压器
3.电压与匝数的关系
A
电流互感器
电压互感器
V
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
4.变压器的应用
自耦变压器:自耦变压器的原副线圈共用一个线圈
U2
U1
A
B
P
U1
U2
n1
n2
升压变压器
n1
n2
U1
U2
降压变压器
4.变压器的应用
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
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
3.（多选）在探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系时，某同学分别在可拆变压器的铁芯上绕制了两个线圈，制作了一个如图所示的降压变压器，线圈a连接到学生电源的交流输出端，线圈b与小灯泡相连接，两线圈的电阻均可忽略不计。闭合电源开关，发现小灯泡很亮，为了降低小灯泡的亮度，下列措施可行的是（　）
A．适当减少线圈b的匝数
B．将交流输出电压适当减小
C．将线圈a、b增加相同匝数
D．将线圈a改接在直流输出端
AB
4.（多选）自耦变压器在高铁技术中被广泛应用，如图所示，一理想自耦变压器线圈AB绕在一个圆环形闭合铁芯上，左端输入正弦交流电压，当滑动触头P处于如图所示的位置时，原线圈与副线圈的匝数比为3:1，闭合开关S1、S2时，两灯泡均正常发光。已知灯泡L2的电阻，定值电阻，若L1、L2的额定电压均为72V，则下列说法正确的是（　　）
A．灯泡 L1正常发光时的电流为3A
B．灯泡 L1正常发光时的功率为144W
C．仅将触头P沿逆时针方向转动少许，L1一定变亮
D．左端输入的正弦交流电压的有效值为216V
BC
变压器
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。
变压器的规律
1.变压器不改变交变电流的周期和频率。
2.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。
变压器的原理
U2
R
U1
n1
n2
理想变压器特点：1.无铜损2.无铁损3.无磁损
P入= P出
U2
U1
A
B
P
变压器的应用
自耦变压器
电压互感器
电流互感器

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