课件49张PPT。4 变 压 器1.电磁感应：穿过闭合回路的_______发生变化，回路中就产生感应电动势和感应电流。
2.法拉第电磁感应定律的公式：E=______。
3.交流电路中电压的瞬时值表达式：u=________。
4.正弦交变电流电压的有效值与最大值之间的关系：
U=_____。磁通量Umsinωt一、变压器的原理
1.构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与电源连
接的线圈叫作_______，与负载连接的线圈叫作_______。
2.原理：互感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，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的
磁场在副线圈中产生___________，能够输出电压和电流。原线圈副线圈感应电动势二、电压与匝数的关系
1.电压与匝数的关系：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的
_____之比，即 =____。
2.两类变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫_____
变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫_____变压
器。
3.理想变压器：没有_________的变压器。匝数降压升压能量损失【思考辨析】
1.判断正误：
（1）变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的。（ ）
（2）变压器只能改变交变电流的电压。（ ）
（3）理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。（ ）
（4）理想变压器是一个理想化模型。（ ）
（5）学校中用的变压器工作时没有能量损失。（ ）提示：（1）×。变压器的原、副线圈是互相绝缘的。
（2）√。变压器只能改变交变电流的电压。
（3）√。实验和理论分析都表明，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。
（4）√。理想变压器和我们以前学过的质点、点电荷一样也是一个理想化模型。
（5）×。实际生活中使用的变压器工作时都有能量损失。2.问题思考：
（1）如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？
提示：不能。变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源，在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生。（2）变压器线圈两端的电压与匝数有什么关系？
提示：原线圈两端的电压由输入电压决定，与匝数无关，副线圈两端的电压在输入电压和原线圈的匝数一定的情况下，随副线圈的匝数的增加而增大，即副线圈匝数越多，其两端的电压越大。一 理想变压器的变压及变流
1.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。2.电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，所以 。当有n组线圈时，则有：
3.功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入=P出。
4.电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1=I2U2，得 当有多个副线圈时，I1U1=I2U2+I3U3+…得I1n1=I2n2+I3n3+…【特别提醒】（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；
（3）变压器不能改变交变电流的周期和频率；
（4）原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0。【典例1】（多选）（2013·哈尔滨高二检测）某型号家用交
流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动触头，如图所
示，当变压器输入电压发生变化时，可通过向上、向下调节
P1、P2的位置，使输出电压稳定在220 V。现发现输出电压低
于220 V，欲通过调节P1、P2的位置使输出电压稳定在220 V，
下列措施可行的是（ ）A.保持P1不动，将P2向上移
B.保持P2不动，将P1向下移
C.将P1向上移，同时P2向下移
D.将P1向下移，同时P2向上移
【解题探究】（1）P1向下移，原线圈匝数_____，P1向上移，原线圈匝数_____。
（2）电压与原、副线圈匝数的关系：_______，只有n1增加时，U2_____；只有n2增加时，U2_____。减少增多变小变大【标准解答】选A、B、D。设变压器的输入电压为U1，输出电
压为U2，原、副线圈匝数分别为n1、n2；现输出电压低于
220V，要调高U2，根据变压器的工作原理， ，则U2=
U1，增大U2的方法：可以增大n2，A正确，也可以减小n1，
B正确，还可以增大n2的同时减小n1，D正确。【变式训练】（2013·西城区高二检测）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R=55.0 Ω，原线圈两端接一正弦式交变电流，电压u随时间t变化的规律为
u= sin20πt（V），时间t的单位是s。那么，通过电阻R的电流有效值和频率分别为（ ）
A.1.0 A、20 Hz B. A、20 Hz
C. A、10 Hz D.1.0 A、10 Hz【解析】选D。原线圈电压有效值为110 V，副线圈电压有效值为55 V，通过电阻R的电流有效值为1.0 A，频率为10 Hz，选项D正确。【变式备选】如图所示，原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时（ ）
A.原、副线圈磁通量之比为1∶2
B.原、副线圈电流之比为1∶2
C.输入功率和输出功率之比为1∶2
D.原、副线圈电压之比为1∶2【解析】选B。理想变压器原、副线圈的磁通量总相等，A错；
电流之比等于原、副线圈匝数之比 ，B对；输入功率总
等于输出功率，C错；电压与匝数满足 ，D错。 二 理想变压器中各量的制约关系和动态分析
1.变压器工作时的制约关系：
（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（ ）一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2=
（2）功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小，P出为0，P入为0。
（3）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（ ）一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1= 2.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→P出→P入→I1；
（2）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→P出→P入→I1。【特别提醒】（1）电压的制约关系反映了感应电动势的因果关系；
（2）功率和电流的制约关系，体现了能量守恒的特点；
（3）含有理想变压器的动态电路分析，变压器的副线圈可以看作负载的无阻电源，与副线圈组成的电路可以参照直流电路动态分析的方法。【典例2】（2013·福州高二检测）用电
高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简
化为如下物理问题。如图所示，理想变压
器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是（ ）
A.原线圈中电流减小 B.副线圈输出电压减小
C.R两端的电压增大 D.原线圈输入功率减小【解题探究】（1）开关S闭合后，副线圈电路中的总电阻
_____，总功率_____，总电流_____。
（2）开关S闭合后，副线圈和灯泡L1两端的电压怎样变化？
提示：副线圈两端的电压不变，灯泡L1两端的电压减小。减小增大增大【标准解答】选C。原线圈输入电压恒定，副线圈输出电压不变，B错误；当开关S闭合后，电路中总电阻减小，总电流和总功率变大，原线圈中电流和输入功率都变大，R两端的电压增大，故C正确，A、D错误。【总结提升】理想变压器动态问题的处理方法
（1）首先抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。
（2）把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化。
（3）根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。
（4）根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。【变式训练】（多选）（2013·大连高二检测）如图所示，M为理想变压器，电表均可视为理想电表，电源电压U不变，输电线电阻忽略不计。当变阻器滑片P向上移动时，读数发生变化的电表是（ ）
A.A1 B.A2 C.V1 D.V2【解析】选A、B。由于电源电压U不变，根据理想变压器工作原理可知，两电压表示数不变，C、D错误；当变阻器滑片P向上移动时，变阻器连入电路的电阻减小，右侧电路中电流增大，B正确；根据P入=P出可知，原线圈中的输入功率增大，所以电流也增大，A正确。【典例】（多选）（2013·日照一模）如图所示，一理想变压
器的原线圈匝数为n1=1000，副线圈匝数为n2=200，电阻
R=8.8Ω，原线圈接入一电压u= sin100πt（V）的交流
电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则（ ）
A.副线圈交变电流的频率是100 Hz
B.t=1s时，电压表的示数为0
C.电流表的示数为1 A
D.变压器的输入功率为220 W【解析】选C、D。由u= sin100πt（V）可知，交流电源
的频率为50 Hz，变压器不改变交变电流的频率，选项A错误；
t=1 s时，电源电压的瞬时值为0，而电压表测的是电阻两端电
压的有效值，由 得，U2=44 V，即电压表的示数是
44 V，故选项B错误；通过电阻R的电流是5 A，电阻R消耗的电
功率为220 W，选项D正确；由 得通过电流表的电流为
1 A，选项C正确。 交变电流和变压器问题的辨析变压器是交变电流产生的延伸，此知识点可以与前面三节进行整合，关于计算变压器副线圈输出电压的技巧要注意以下三点：
（1）深刻理解交变电流的产生原理，从而进一步理解好变压器的变压原理；
（2）变压器是利用互感原理，所以变压器的输出电压的周期和频率与输入电压的周期和频率相同；
（3）分清原线圈和副线圈，利用公式 和 列出相应方程式并求解。【案例展示】（多选）为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下选项正确的是（ ）A.u2= sin（50πt） V
B.u2= sin（100πt） V
C.为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移
D.为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移【标准解答】选B、D。由电压u2随时间t变化的曲线可知，用户电压的最大值是 V，周期是2×10-2 s，所以u2=
sin（100πt） V，A错误，B正确；根据 ，n1减小，U2增大，因此为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移，C错误，D正确。【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：1.（多选）（基础理论辨析题）关于变压器的原理和应用，下列说法正确的是（ ）
A.变压器的原线圈和副线圈是用导线连接的
B.变压器的工作原理是互感现象
C.输入电压一定时，原线圈匝数越多，输出电压越大
D.没有能量损失的变压器叫作理想变压器
E.理想变压器的输入功率大于输出功率
F.理想变压器的原、副线圈的电流之比等于原、副线圈的匝数之比【解析】选B、D。变压器的原、副线圈是绝缘的，A错误；变压器的工作原理是互感现象，B正确；根据 ，原线圈匝数越多，输出电压越小，C错误；没有能量损失的变压器叫作理想变压器，D正确；理想变压器的输入功率等于输出功率，E错误；理想变压器原、副线圈的电流之比等于原、副线圈匝数之比的倒数，F错误。2.下面可以将电压升高供给家用电灯的变压器是（ ）
【解析】选C。电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，要接交流电，接直流电时变压器不工作，故C正确。3.一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列的哪个物理量一定相等（ ）
A.交变电流的电压 B.交变电流的电流
C.输入和输出的电功率 D.没有物理量相等
【解析】选C。变压器可以改变原、副线圈中的电压和电流，因此原、副线圈中的电压和电流一般是不相同的，所以A、B错；由于理想变压器不消耗能量，故原线圈输入功率等于副线圈输出功率，C对、D错。4.（多选）（2013·江苏高考）如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光，要使灯泡变亮，可以采取的方法有（ ）
A.向下滑动P B.增大交流电源的电压
C.增大交流电源的频率 D.减小电容器C的电容【解析】选B、C。根据变压器的变压原理，滑片P向下滑动时，副线圈的匝数变少，则输出电压变小，灯变暗，A项错误；增大交流电源的电压时，输出电压随之增大，灯变亮，B项正确；电容器具有“通高频，阻低频”的特性，故增大交流电源的频率，使电容器通交流电的性能增强，灯变亮，C项正确；减小电容器C的电容，会使电容器通交流电的性能减弱，导致灯变暗，D项错误。5.（2013·广东高考）如图，理想变
压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1，
和 均为理想电表，灯泡电阻RL=
6 Ω，AB端电压u1= sin100πt（V）。下列说法正确的
是（ ）
A.电流频率为100 Hz B. 的读数为24 V
C. 的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W【解析】选D。由AB端电压u1= sin100πt（V）知ω=100π，又ω=2πf，得频率f=50 Hz，A错误；由理想变压
器规律 ，U2=6 V，B错误；又I2= =1 A，C错误；
P2=U2I2=6 W，P1=P2，D正确。6.（2011·新课标全国卷）如图，一理
想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2；
副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电
压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则（ ）
A.U=110 V ， I=0.2 A
B.U=110 V ，I=0.05 A
C.U= V，I=0.2 A
D.U= V，I= A【解析】选A。在副线圈电路中，
再根据 及 ，得U1=110 V，I1=0.2 A，故B、C、D
错，A正确。7.（2013·东莞高二检测）一台理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，原线圈接u= sin100πt（V）的交变电压，副线圈两端用导线接规格为“6 V 12 W”的小灯。已知导线总电阻r=0.5 Ω，试求：副线圈应接几盏小灯？这些小灯应如何连接才能使这些小灯都正常发光？【解析】由 ，得副线圈两端电压的有效值
导线上的电压U线=10 V-6 V=4 V
副线圈中的输出电流
每个小灯的额定电流
应接小灯的盏数：n= =4（盏） 连接方式为并联。
答案：4盏 并联温馨提示：
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课时提升卷（十）
变 压 器
（40分钟 50分）
一、选择题（本题共5小题，每小题6分，共30分）
1.对理想变压器可做出的判断是（ ）
A.高压线圈匝数多、电流大、导线粗
B.低压线圈匝数少、电流小、导线细
C.高压线圈匝数多、电流大、导线细
D.低压线圈匝数少、电流大、导线粗
2.在变电站里，经常要用交流电表监测电网上的强电流。所用的器材叫电流互感器，如图所示，能正确反映其工作原理的是（ ）
3.（2013·唐山高二检测）如图所示，理想变压器原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R和两个小灯泡L1、L2，最初电键S是断开的，现闭合电键S，则（ ）
A.副线圈两端电压变大 B.灯泡L1变亮
C.电流表A1示数变大 D.电阻R中的电流变小
4.（2013·长春高二检测）如图甲中的变压器为理想变压器，原线圈的匝数n1与副线圈的匝数n2之比为10∶1。变压器的原线圈接如图乙所示的正弦交流电，两个阻值分别为20Ω的定值电阻串联接在副线圈两端，电压表为理想电表。则（ ）
A.原线圈上电压的有效值为100V
B.原线圈上电压的有效值为50V
C.电压表的读数为5.0V
D.变压器的输入功率为2.5W
5.如图所示，理想变压器线圈匝数比n1∶n2=2∶1，分别接有相同的两只灯泡LA和LB，若在a、b间接正弦式交流电源，电源电压为U，则LB灯两端电压为（ ）
A.0.5U B.2U C.0.2U D.0.4U
二、非选择题（本题共2小题，共20分。需写出规范的解题步骤）
6.（10分）如图，理想变压器原线圈与一10V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡LA和LB，小灯泡LA的额定功率为0.3W，正常发光时电阻为30Ω，已知两小灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09A。
（1）原、副线圈的匝数比为多少？
（2）流过小灯泡LB的电流为多少？
7.（10分）（能力挑战题）（2013·太原高二检测）如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1=3 300V，副线圈两端电压U2=220V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U=2V。求：
（1）原线圈n1为多少匝？
（2）当开关S断开时，电流表A2的示数I2=5A。则电流表A1的示数I1为多少？
（3）当开关S闭合时，电流表A1的示数I′1为多少？
答案解析
1.【解析】选D。高压线圈匝数多，电流小，用细导线即可，A、C错误；低压线圈匝数少，电流大，线圈用粗导线，B错误，D正确。
2.【解析】选A。电流互感器的工作目的是把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少、副线圈的匝数多，监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。
3.【解析】选C。闭合电键S，副线圈两端电压不变，选项A错误；副线圈输出电流增大，电阻R中的电流变大，灯泡L1两端电压降低，灯泡L1变暗，选项B、D错误；电流表A1示数变大，选项C正确。
【总结提升】动态电路的分析技巧
对于动态电路的分析技巧，关键是把握以下三点：
（1）输入电压U1决定输出电压U2，这是因为输出电压U2=U1，当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2都不会改变。
（2）输出功率P2决定输入功率P1，可以推导出输出电流I2决定输入电流I1，在输入电压U1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定。当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大。在使用变压器时，不能使变压器次级短路。
（3）电路中串联电阻的分压关系和并联电阻的分流关系与直流电路的规律相同。
4.【解析】选B。由题图乙可以看出，电压的最大值为100V，有效值U1=，即原线圈上电压的有效值是50V，A错误，B正确；由变压器原理可知=，副线圈上电压的有效值为U2=5V，由电路关系可知，电压表读数为V，C错误；由变压器的功率关系P1=P2，P2==1.25W，因此输入功率P1是1.25W，D错误。
【变式备选】（多选）如图甲所示，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，L1、L2、L3为三个规格均为“9V 6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图像如图乙所示。则以下说法中正确的是（ ）
A.电压表的示数为27V
B.三只灯泡均能正常发光
C.电流表的示数为2A
D.变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz
【解析】选B、C、D。输入端电压有效值为27V，电压表测量的是电压的有效值，所以A错；由==可知，输出电压为9V，三只灯泡都正常发光，B对；每个灯泡正常发光时电流为A，输出端干路电流为2A，C对；输入端周期为0.02s，频率为50Hz，变压器不会改变频率，D对。
5.【解题指南】解答本题时首先要明确电源电压U并不是变压器的输入电压，灯泡LA的电压与变压器输入电压之和才是电源电压U；然后再由理想变压器线圈匝数比得出灯泡LA上的电压和灯泡LB上电压的关系；最后设LB灯两端电压为，用LB灯两端电压来列出原线圈的闭合回路电压关系，就可顺利得出答案。
【解析】选D。设LB灯两端电压为，由于理想变压器线圈匝数比n1∶n2=2∶1，故LA灯的电流是LB灯的一半，对原线圈电路可得：U=0.5+2，解得=0.4U，选项D正确。
6.【解析】（1）U1=10V，根据小灯泡正常发光，则
U2==3V，==。
（2）=，所以I2=I1=0.3A，
==0.1A，=I2-=0.2A。
答案：（1）10∶3（2）0.2A
7.【解析】（1）由变压器电压与匝数的关系可得：
==U，则n1=1 650匝。
（2）当开关S断开时，由
U1I1=U2I2可知，I1==0.33A
（3）当开关S断开时，有：R1==44Ω。
当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R′，
有R′==22Ω
副线圈中的总电流为I2′==10A。
由U1I1′=U2I2′可知，I1′==0.67A
答案：（1）1 650匝（2）0.33A（3）0.67A
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