第11讲 变压器-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）

第11讲 变压器 【学习目标】 (1)知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。 (2)知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。 (3)经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，提高科学探究的能力。 (4)在实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。 【基础知识】 【考点剖析】 一、变压器的原理 1．变压器的构造 由闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。 构造： （1）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成） （2）原线圈(初级线圈):其匝数用n1表示 （3）副线圈(次级线圈):其匝数用n2表示 （4）输入电压：U1；输出电压：U2 电路图符号： 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感应电动势。 3．作用：改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率。 4．注意 （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。 （3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 二、探究变压器电压与线圈匝数的关系 1．实验目的：探究变压器电压与线圈匝数的定量关系。 2．实验器材：可拆变压器、低压交流电源、交流电压表、带夹的导线。 3．实验步骤 （1）要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压表的最大量程进行测量。 （2）把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。 （3）用交流电压表测量输入、输出电压。 （4）改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压，记录在设计好的表格内。 1 2 3 4 5 6 U1 U2 n1 n2 （5）改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压，记录在上面设计好的表格内。 4．注意事项 （1）在改变低压交流电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 （2）为了人身安全，低压交流电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 （3）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 5.误差分析 （1）由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。 （2）原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗，造成误差。 （3）铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。 三、电压与匝数的关系 1.理想变压器 如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是物理学中又一种理想化模型。 2．原、副线圈的电压关系 (1)对理想变压器，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的。，E2＝n2，E1＝n1 所以。 ＝ (2)由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1与E1，副线圈两端的电压U2与E2是U1=E1，U2=E2，所以。＝ (3)如果n2 >n1，那么输出电压比输入电压大。 总结：我们把副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫做升压变压器。 反之，如果n2<n1，那么输出电压比输入电压小？ 总结：把副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫做降压变压器。 3.功率与匝数的关系 能量是守恒的，理想变压器的输入功率与输出功率P入＝P出。 4.电流与匝数的关系 依据功率关系，电压与匝数的关系，电流与匝数的关系 有两个副线圈： n1I1＝n2I2+n3I3 5.变压器输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系。 （1）输入功率P1由输出功率P2决定 （2）U1由电源决定 （3）U2由U1和匝数比决定 （4）I2由U2和负载决定 （5）I1由I2和匝数比决定 四、几种常用变压器 1.自耦变压器 特点：原副线圈共用一个线圈。 降压变压器： 升压变压器： 匝数可调的变压器： 2.互感器 （1）电压互感器 （2）电流互感器 电压互感器原线圈匝数多于副线圈匝数，使用时把原线圈与电路并联。电流互感器原线圈匝数少于副线圈匝数，使用时把原线圈与电路串联。 典题分析 例1 (多选)如图所示，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是( ) A．变压器输入功率为484 W B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A