四、变压器
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道变压器的基本构造．
2．理解变压器的工作原理．(难点)
3．学会用变压器原、副线圈的电压与两线圈匝数的关系解决问题．(重点)
4．知道常见的变压器的类型及它们的应用．
一、变压器的结构
1．结构
如图所示，实物是示教变压器，它像各种变压器一样，主要由铁芯和绕在铁芯上的线圈(也叫绕组)两部分组成，铁芯由硅钢片叠合而成，线圈由漆包线绕成．
工作时，变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈(初级绕组)；另一个线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈(次级绕组)．
2．作用
能改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率．
3．常用符号
如图甲所示，是由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成．图乙是变压器的符号．
甲 乙
二、变压器为什么能改变电压
1．电磁感应现象是变压器的工作基础．当原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化，通过铁芯副线圈中的磁场也在不断变化，于是副线圈内产生了感应电动势．
2．线圈的各匝导线之间是相互串联的，每匝的感应电动势加在一起，就是整个线圈的感应电动势．因此，在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高．
1．思考判断
(1)变压器主要由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成． (√)
(2)变压器不但能改变交流电压，也能改变直流电压． (×)
(3)变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的，所以当原线圈接交流电源时，副线圈有电流输出． (×)
(4)变压器的工作原理是电磁感应． (√)
(5)变压器副线圈匝数多，则副线圈的电压高． (√)
(6)变压器的输入功率决定输出功率，有P入＝P出． (×)
2．下面可以将电压升高供给家用电灯的变压器是( )
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．(多选)如图所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是( )
A．图中M是闭合的铁芯
B．发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出
C．电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈
D．变压器是根据电磁感应原理工作的
AD [由题设知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，选项B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以C项错．故选A、D.]
理想变压器及其工作原理
1.理想变压器的特点
(1)变压器变压时不计能量损失，即输入功率等于输出功率．
(2)原、副线圈不计内阻．
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，一般实际变压器都可以看成是理想变压器．
2．变压器的工作原理
电磁感应现象．当交变电流通过原线圈时，由于电流的大小和方向在不断改变，所以铁芯中的磁场也在不断变化，这样变化的磁场就在副线圈中产生感应电动势，由于原、副线圈匝数不同，所以副线圈中输出的电压与原线圈中的电压不同，这样就达到了改变交流电压的目的．
1．(多选)对一正在工作中的变压器，下列说法正确的是( )
A．副线圈中的电流是从原线圈中传过来的
B．铁芯是用来导电的
C．副线圈中电流变小，原线圈中的电流也一定减小
D．副线圈相当于一个电源
CD [原、副线圈及铁芯间都是彼此绝缘的，铁芯是用来导磁的，故A、B错误；由能量守恒知C正确；副线圈把磁场能转化为电能，给用电器提供电压电流，相当于一个电源，D正确．]
理想变压器的规律
1.理想变压器原、副线圈基本量的关系
基本关系
功率关系
P入＝P出
电压关系
＝，与负载、副线圈的多少无关
频率关系
f1＝f2(变压器不改变交流电的频率)
因果关系
(n1和n2
不变时)
(1)由U2＝U1可知U1决定U2，即原线圈两端电压决定副线圈两端的电压
(2)由P入＝P出可知输出功率决定输入功率，功率按需分配
2.变压器的种类
(1)升压变压器：n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫升压变压器．
(2)降压变压器：n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫降压变压器．
【例】 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )
A．电流表的示数为 A
B．电源输出功率为1 200 W
C．电流表的示数为 A
D．原线圈端电压为11 V
C [由灯泡正常发光可知，副线圈电压为220 V，由＝可知，原线圈电压U1＝20×220 V＝4 400 V，选项D错误；又因输入功率等于输出功率，P1＝P2＝60 W，故选项B错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1＝＝ A＝ A，故选项A错误，选项C正确．]
[注意事项]
(1)变压器能改变交流电的电压、电流，不能改变周期、频率．
(2)理想变压器遵守能量守恒定律：P入＝P出．
2．如图所示，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220 V，额定功率为22 W；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＝110 V，I＝0.2 A
D．U＝110 V，I＝0.2 A
A [直接求出副线圈中的电压、电流分别为：220 V、0.1 A．故原线圈中的电压、电流分别为110 V、0.2 A．]
1．下列关于变压器的说法中正确的是( )
A．变压器是把电能通过磁场能再次转换成电能的装置
B．变压器的原、副线圈组成闭合回路
C．变压器的铁芯中产生交变电流
D．变压器的副线圈中产生直流电
A [变压器就是将电能通过磁场能转化为电能的装置，故A正确．变压器是根据互感原理制成的，原、副线圈并不能构成闭合回路，变压器铁芯中没有电流但有磁通量的变化，在原、副线圈中的电流都是交流电，由此可知B、C、D错误．]
2．一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝20∶1，原线圈接入220 V的交流电压，副线圈向一电阻为110 Ω的用电器供电，则副线圈中的电流为( )
A．2 A B．0.1 A
C．0.5 A D．0.005 A
B [由＝得U2＝U1＝×220 V＝11 V，副线圈中电流为I2＝＝ A＝0.1 A，故选项B正确．]
3．(多选)理想变压器的原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )
A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1
B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等
C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1
D．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1
BD [对理想变压器，可以认为无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁场相同，磁通量的变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，才导致电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗，故输入功率等于输出功率．故选B、D.]
课件35张PPT。第三章 电磁感应四、变压器铁芯铁芯原线圈次级线圈电压电磁感应 磁场强弱方向磁场感应电动势整个线圈就高
√××√√×点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十五) 变压器
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
1．(6分)关于理想变压器，下列说法中正确的是( )
A．它的输出功率可以大于它的输入功率
B．它不仅可以改变交流电压还可以改变直流电压
C．原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比
D．原、副线圈的电流与它们的匝数成正比
C [理想变压器的输出功率等于输入功率，A错；变压器不能改变直流的电压，B错；原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比，C对；通过原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，D错．]
2．(6分)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，安培表A1的读数为12 mA，那么安培表A2的读数为( )
A．0 B．3 mA
C．48 mA D．与R大小有关
A [导线AB切割磁感线产生的感应电动势为E感＝Blv.由于B、l、v三个量均不变，感应电动势为一定值，原线圈中电流恒为12 mA，变压器原、副线圈中无法发生互感现象，副线圈输出电压应为零，故安培表A2的读数为0.]
3．(6分)有一台理想变压器，已知副线圈有400匝．现把原线圈接到220 V的交流电的线路中，测得副线圈的电压是55 V，则原线圈的匝数为( )
A．100匝 B．25匝
C．1 600匝 D．110匝
C [由＝得＝，所以n1＝1 600匝．]
4．(6分)将输入电压为220 V、输出电压为6 V的变压器，改装成输出电压为30 V的变压器，副线圈原来的匝数为30匝，原线圈的匝数不变，则副线圈应增加的匝数为( )
A．150匝 B．144匝
C．130匝 D．120匝
D [先由公式＝求出原线圈的匝数，再求出输出电压为30 V时，变压器副线圈的匝数，即可求出新增的匝数．]
5．(6分)一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，原线圈接入220 V交流电压，副线圈的电压为( )
A．22 V B．55 V
C．880 V D．以上都不对
B [由＝得：U2＝U1＝×220 V＝55 V，故选项B正确．]
6．(6分)一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器的输出电压及输出功率是( )
A．250 V，50 kW B．10 kV，200 kW
C．250 V，200 kW D．10 kV，2×103 kW
A [由＝得U2＝＝ V＝250 V，由理想变压器功率关系得P入＝P出＝U2I2＝200×250 W＝50 kW，故选项A正确．]
7．(6分)(多选)一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2、I1和I2、P1和P2，已知n1＞n2，则( )
A．U1＞U2，P1＝P2
B．P1＝P2，I1＜I2
C．I1＜I2，U1＜U2
D．P1＞P2，I1＞I2
AB [由理想变压器的电压关系＝知，当n1＞n2时，U1＞U2，由电流关系＝知，当n1＞n2时，I1＜I2，而功率在变压过程中不变，所以A、B项均正确．]
8．(8分)如图为理想变压器，它的初级线圈接在交流电源上，次级线圈接在一个标有“12 V 100 W”的灯泡上．已知变压器初、次级线圈匝数之比为18∶1，那么灯泡正常工作时，图中的电压表读数为______V，电流表读数为________A.
[解析] 由公式＝，得U1＝＝216 V；因理想变压器的初、次级功率相等，所以I1＝≈0.46 A，即电压表、电流表读数分别为216 V、0.46 A.
[答案] 216 0.46
[能力提升练]
9．(6分)(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1.电池和交变电源的电动势都为6 V，内阻均不计．下列说法正确的是( )
A．S与a接通的瞬间，R中无感应电流
B．S与a接通稳定后，R两端的电压为0
C．S与b接通稳定后，R两端的电压为3 V
D．S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2∶1
BC [在S与a接通的瞬间，由于电流由零突然变大，所以线圈中的磁通量会发生变化，副线圈中的R会有感应电流，所以A错误．
在S与a接通稳定后，电路中的电流稳定，磁通量不会发生变化，所以副线圈中不会有感应电流产生，电阻R两端的电压为0，所以B正确．
在S与b接通稳定后，由于b是交流电源，根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压为3 V，所以C正确．
变压器不会改变交流电源的频率，所以原、副线圈中电流的频率是相同的，所以D错误．]
10．(6分)一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶2，电源电压u＝220sin ωt V，原线圈接入一个熔断电流I0＝1 A的保险丝，副线圈中接入可变电阻R(如图所示)．为了使保险丝不被熔断，调节电阻R时最低不能小于( )
A．440 Ω B．440 Ω
C．880 Ω D．880 Ω
C [当原线圈电流达到I1＝I0时，副线圈中电流为：I2＝I1＝I0＝×1 A＝ A，这也就是副线圈中的最大电流．
副线圈的输出电压有效值为：U2＝U1＝×＝× V＝440 V．因此，副线圈电路中负载电阻的最小值为Rmin＝＝ Ω＝880 Ω.]
11．(6分)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是 ( )
A．副线圈输出电压的频率为100 Hz
B．副线圈输出电压的有效值为31 V
C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小
D．P向右移动时，变压器的输出功率增加
D [由题图甲知该交流电的周期是2×10－2 s，交流电的频率是50 Hz，变压器不改变频率，所以选项A错误；因为原线圈电压的最大值是310 V，根据变压器的匝数与电压的关系，副线圈输出电压的最大值为31 V，因此选项B错误；匝数比不变，所以原、副线圈的电流比不变，选项C错误；P向右移动时，负载电阻变小，根据P＝，因此，变压器的输出功率增加，选项D正确．]
12．(6分)(多选)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
ABD [根据原、副线圈哪个匝数多，哪个线圈的电压就高，所以可以通过增大副线圈的匝数或减少原线圈的匝数，也可同时增大副线圈的匝数、减少原线圈的匝数来提高输出电压．所以选项A、B、D都可行．]
13．(12分)一台理想变压器，其原线圈2 200匝，副线圈440匝，并接一个100 Ω的负载电阻，如图所示．
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为________ V，电流表示数为________ A.
(2)当原线圈接在220 V的交流电源上时，电压表示数为________ V，电流表示数为________ A．此时输入功率为________ W，变压器效率为________．
[解析] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零．
(2)由＝得
U2＝U1＝220× V＝44 V(电压表读数)
I2＝＝ A＝0.44 A(电流表读数)
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W
效率η＝100%.
[答案] (1)0 0 (2)44 0.44 19.36 100%
14．(14分)如图所示，变压器原线圈匝数n1＝1 000匝，副线圈匝数n2＝50匝，原线圈的交变电压U1＝220 V，原线圈的交变电流I1＝0.02 A，求：
(1)副线圈的交变电压U2为多大；
(2)副线圈的交变电流I2为多大．
[解析] (1)由＝得U2＝＝ V＝11 V.
(2)因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2
I2＝＝I1＝×0.02 A＝0.4 A.
[答案] (1)11 V (2)0.4 A
