第三章　交变电流\n3．变压器\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。3．在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。体会能量守恒定律是普遍适用的。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．构造由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。(1)原线圈：与__________相连的线圈。(2)副线圈：与______相连的线圈。2．原理______现象是变压器的工作基础。原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的______也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生____________。3．作用改变交变电流的______，不改变交变电流的______和______。交流电源知识点1变压器原理负载互感磁场感应电动势电压周期频率\n能量损失知识点2电压与匝数的关系匝数低高\n思考辨析『判一判』(1)变压器的工作原理是电磁感应。()(2)变压器的工作基础是互感现象。()(3)各种电流接入变压器的输入端，变压器都能正常工作。()(4)原线圈的电压不随副线圈的输出电流的变化而变化。()(5)原线圈的电流随副线圈的输出电流的增大而增大。()(6)理想变压器的原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈。()√√×√√×\n『选一选』学习了变压器后，同学们想利用变压器把电压升高后给某一电灯供电，以下设计的电路中正确的是()C\n解析：A、B图中原线圈接入恒定电流，变压器不能工作，故AB错误；C图中，原线圈匝数比副线圈匝数少，所以是升压变压器，故C正确；D图中，原线圈匝数比副线圈匝数多，所以是降压变压器，故D错误；故选C。\n『想一想』汽车等交通工具中用电火花点燃汽油混合气，如图所示，已知汽车蓄电池电压为12V，变压器匝数之比为1100。当开关S闭合后，火花塞上电压为多少？当开关S从闭合到突然断开，可为火花塞提供瞬时高电压，产生电火花。蓄电池提供的是直流电，为什么变压器的副线圈也能得到高电压呢？\n答案：当开关S闭合后，变压器的原线圈中是恒定电流，铁芯中的磁通量不变，副线圈中没有感应电动势，火花塞上电压为零。当开关从闭合到突然断开，铁芯中磁通量突然变小，在副线圈中会产生一个瞬时高电压(脉冲高电压可达104V左右)，使火花塞产生电火花。\n课内互动探究\n探究如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流端，另一个线圈连到小灯泡上。理想变压器的工作原理及规律情景导入请同学们观察实验并思考：两个线圈没有直接连接，为什么灯泡却亮了？如果将学生电源打到适当的直流电压挡上，灯泡还亮吗？\n提示：①当一个线圈中接上交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场通过闭合的铁芯的导磁作用，进入另一个线圈中，产生感应电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。②如果将图中的学生电源打到适当的直流电压挡上，灯泡就不亮了。\n1．理想变压器的特点(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。(2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。(3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。要点提炼\n2．工作原理原线圈上加交变电压时铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电。从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化。\n\n\n(1)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系，对于某时刻的瞬时值其关系不成立。(2)变压器高压线圈匝数多而导线细，低压线圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的方法。特别提醒\n典例1典例剖析BD\n思路引导：解答本题应注意以下几个方面：(1)原、副线圈中电流的频率关系。(2)原、副线圈中电压、电流与匝数的关系。(3)变压器的电动势关系、电压关系、电流关系指的都是交流电的有效值(或最大值)间的关系。\n\n对点训练D\n\n探究如图所示，一低压交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，通过上下调节P1、P2的位置，可以改变变压器原、副线圈的匝数。图中L是一个小灯泡，R2是定值电阻，R1、R3是滑动变阻器，若只移动P1、P2、P3、P4中的一个滑动触头，而增大灯泡L的亮度，可以采取的方法有哪些？变压器工作时的制约关系及动态分析情景导入\n\n1．电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝n2U1/n12．电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1要点提炼\n3．负载制约①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2③总功率P入＝P线＋P2即变压器的输入功率是由输出功率决定的。4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况①原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1②负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1\n(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无内阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。特别提醒\n(多选)如图所示，变压器初级线圈接电压一定的交流电，在下列措施中能使电流表示数减小的是()A．只将S1从2拨向1B．只将S2从4拨向3C．只将S3从闭合改为断开D．只将变阻器R3的滑动触头上移典例2典例剖析BCD\n思路引导：处理此类问题时，要理清原、副线圈匝数如何变化，负载电阻如何变化，再根据相应规律求解。解析：只将S1从2拨向1时，原线圈匝数减小，输出电压变大，故输出电流变大，输入电流即电流表的示数也变大，故A错误；只将S2从4拨向3时，副线圈匝数减小，输出电压变小，故输出电流变小，输入电流变小，故B正确；只将S3从闭合变为断开，少一个支路，电压不变，总电阻变大，输出功率减小，则输入功率也减小，电流表的示数减小，故C正确；只将变阻器R3的滑动触头上移，负载总电阻变大，输出电流变小，故输入电流减小，故D正确。\n2．(2021·新疆乌鲁木齐市第四中学高二下学期阶段测试)如图所示，变压器为理想变压器，交流电源的电压不变，L1、L2是完全相同的灯泡，V1、V2和A1、A2为理想电表，导线电阻不计。当开关S由闭合变为断开后，则()A．A1示数变小B．A2示数变大C．V2示数变小D．V1示数变小对点训练A\n\n探究1．实验目的：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。2．设计思路：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。实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系要点提炼\n3．数据处理先保持原线圈的匝数n1不变，改变副线圈的匝数n2，测量原、副线圈两端的电压U1、U2。再保持副线圈的匝数n2不变，改变原线圈的匝数n1，测量原、副线圈两端的电压U1、U2。选取原、副线圈匝数的一部分数据如下表所示。\n\n(2020·北京朝阳区高二调研)某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究变压器的电压与匝数的关系。可拆变压器如图甲、乙所示。典例3典例剖析\n(1)下列说法正确的是_________。A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响\nD．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量E．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用答案：C、D、F\n(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是______。A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起A、C\n\n为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，不是铁芯导电，传输电能，故E错误，F正确。(2)与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据变流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确。\n\n3．如图所示为一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。对点训练(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压______(选填“直流”或“交流”)电源。交流\n(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将A线圈接电源，用电压表分别测出线圈A、线圈B及线圈C两端的电压，记录在表格中，则线圈A的匝数为________匝，线圈B的匝数为________匝。400A线圈电压B线圈电压C线圈电压8.0V3.8V0.2V(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该________(选填“多一些”或“少一些”)更好。190多一些\n\n核心素养提升\n几种常见的变压器1．自耦变压器如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用。\n2．电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图所示。(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全，外壳和副线圈应接地。(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压。\n3．电流互感器(1)构造：小型升压变压器，如图所示。(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表，为了安全，外壳和副线圈应接地。(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流。\n(多选)如图所示，L1和L2是输电线，甲、乙是两个互感器(圆圈中的电表符号未标出)，通过观测接在甲、乙中的电表读数，可以间接得到输电线两端电压和通电线的电流。若图中n1n2＝1001，n3n4＝110，电流表示数为10A，电压表示数为220V，则下列判断正确的是()A．甲是电压互感器，输电线两端电压是2.2×104VB．乙是电压互感器，输电线两端电压是2.2×103VC．甲是电流互感器，通过输电线的电流是0.1AD．乙是电流互感器，通过输电线的电流是100AAD案例\n\n课堂达标检测\n1.(2020·内蒙古赤峰市林东一中高二下学期期中)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2＝41，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连组成闭合回路。当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，电流表A1的读数为12mA，那么电流表A2的读数为()A．0B．3mAC．48mAD．与R大小有关A\n解析：由于直导线AB匀速运动，则AB切割磁场产生的电流是恒定的，线圈产生的磁通量也是恒定的，所以不会引起副线圈的磁通量的变化，所以副线圈不会有感应电流产生，即电流表A2的读数为0，故选项A正确，B、C、D错误。\n2．(2021·华中师大一附中高二下学期期中)如图所示，理想变压器原线圈接在输出电压不变的交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，通过电阻R1的电流变大B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变小C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变小D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大C\n解析：由题可知，原线圈两端的电压不变，故副线圈两端的电压也不变，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R的有效阻值增大，副线圈中的总电阻增大，所以副线圈中的干路电流减小，即通过电阻R1的电流变小，所以电阻R1两端的电压变小，而副线圈两端总的电压是不变的，所以副线圈中并联部分的电压增大，故电压表的示数增大，故AB错误；由上分析可知，副线圈的干路电流减小，因匝数比不变，故原线圈的电流也减小，即电流表A1示数变小，故C正确；若闭合开关S，则R3并联在副线圈的电路中，所以副线圈的总电阻减小，副线圈两端的电压不变，所以副线圈的干路电流增大，因匝数比不变，故原线圈的电流也增大，即电流表A1示数变大；\n副线圈干路电流流过R1，因副线圈的干路电流增大，所以R1两端的电压增大，而副线圈两端总的电压是不变的，所以副线圈中并联部分的电压减小，即R2两端的电压减小，所以流过R2电流减小，即A2示数变小，故D错误。\n3．(2020·广东省第二师范学院番禺附属中学高二下学期期中)如图甲所示的电路中，变压器原、副线圈匝数比为3∶1，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图像，L1，L2、L3、L4为四只规格均为“9V6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，开关K闭合。以下说法正确的是()\n答案：A\n\n\n\n(1)发电机的输出电压为多少？(2)变压器原副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？答案：(1)1100V(2)51(3)20A