第四章 第二节 变压器-2020-2021学年高中物理选修3-2【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第二节　变压器 [学习目标] 1．了解变压器的构造及常见变压器类型。 2．理解互感现象和变压器的工作原理。 3．掌握理想变压器匝数与电压和电流的关系，并能用它解决基本问题。 一、变压器的结构 1．变压器 它是改变交流电压的设备。如图4－2－1甲所示，变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，其中闭合铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈用绝缘导线绕成。与电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈。在电路中，变压器的符号如图乙所示。 图4－2－1 2．种类 变压器分为升压变压器和降压变压器两种。 二、变压器的工作原理 1．变压器的工作原理是电磁感应。 2．当原线圈上加交变电压时，由于原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于这种互感现象，原、副线圈间虽然没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。 3．没有能量损失的变压器，称为理想变压器。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。 三、理想变压器的关系 (1)电压与匝数的关系：＝。 (2)电流与匝数的关系(只有一个副线圈)： ＝。 (3)功率关系：P2＝P1。 四、自耦变压器 　铁芯上只绕有一个线圈，三个抽头，线圈既提供原线圈，又提供副线圈，自耦变压器变压规律与一般变压器相同。如调压变压器是一种自耦变压器，如图4－2－2所示。 图4－2－2 ►自主思考——判一判 (1)我们所用的比较好的变压器就是理想变压器。 (2)理想变压器的输入功率和输出功率相等。 (3)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高。 (4)变压器能改变所有电流的电压。 (5)原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈。 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 考点一　理想变压器的构造及工作原理 [问题探究] 在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图进行实验。 图4－2－3 想一想，你能从这个实验中观察到什么现象，并加以说明。 提示　因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光。 原因是：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以E＝n＝0，故副线圈中无感应电动势。 [知识提炼] 1．构造 变压器由一个闭合的铁芯、原线圈和副线圈组成，两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，是用来改变交变电压的装置(单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图4－2－4甲、乙所示)。 图4－2－4 2．工作原理 图4－2－5 如图所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。 [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)变压器只改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率。 　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．穿过副线圈的磁通量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 [解析]　通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，选项A错误；因理想变压器无漏磁，故选项B错误；由互感现象知选项C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故选项D错误。 [答案]　C [变式训练] 1．如图4－2－6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向右做切割磁感线运动时，电流表A1的读数为12 mA，那么电流表A2的读数为 图4－2－6 A．0　　　　　　　　　 B．3 mA C．48 mA D．与R大小有关 解析　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，故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，故电流表A2的读数为0。 答案　A