第三节 变压器-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（沪科版上海选择性必修第二册 ）

变压器 自学主题：变压器 自学目标： 1．知道原线圈（初级线圈）、副线圈（次级线圈）的概念。 2．知道理想变压器的概念，记住电压与匝数的关系。 3．知道升压变压器、降压变压器概念。 4．会用及（理想变压器无能量损失）解题。 5．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。 6．分析论证：为什么在电能的输送过程中要采用高压输电。 7．会计算电能输送的有关问题。 兴趣起航 这是高压电附近的变压器外观。我们都知道高压输电的过程中电压有几万伏，但家用电路中的电压仅220V，而实际用电器（手机充电器等）的实际输出电压可能只有5V。通过分压结构电路降低电压会大量损耗电能，是不合适的。那变压器是如何工作起到升压和降压的效果？ 乐学善思 - 知识回顾 - 学习变压器前，我们先来回顾一下交变电流的一些相关知识。 1、中性面 (1)中性面：与磁感线 垂直 的平面． (2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量 最大 ，线圈中的电流 为零 。 2、正弦式交变电流和电压 电流表达式i＝Imsin_ωt，电压表达式u＝Umsin_ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值。 Em＝NωBS，Im＝，Um＝. 3、交变电流的“四值” 1、电解电容器标注“300V 1.8F”，能够接在这个电容器上的交流电电压的最大有效值是多少? 2、一台交流发电机产生的电压最大值为150V，给纯电阻用电器供电时输出的电流最大值为30A。试计算: (1)发电机的电压有效值； (2)发电机供给外电路的电流有效值； (3)电路中消耗的功率。 3、一只电炉接在电压有效值为220V的交流电源上。求: (1)电炉使用时，其中的发热元件两端电压的最大值； (2)如果发热元件的电阻为11Ω，通过该元件电流的有效值； (3)电炉使用1h消耗的电能。 - 知识探索 - 要点一、 变压器的原理 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，是用来改变交流电压的装置（单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲、乙所示）。 2．工作原理 变压器的变压原理是电磁感应。如图所示，当原线圈上加交流电压时，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。由于这种互相感应的互感现象，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。 【注意】： （1）在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。 （2）互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。 （3）变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用。 要点二、理想变压器的规律 1．理想变压器 没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。 （1）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。 （2）实际变压器（特别是大型变压器）一般都可以看成是理想变压器。 2．电压关系 根据知识点一图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为，原线圈两端加交变电压，通过闭合铁芯的磁通量发生改变。由于穿过原、副线圈的磁通量变化率相同，在原、副线圈两端分别产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律得，，于是有。 对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电压损失，则，，即。同理，当有几组副线圈时，则有 注意：（1），无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。 （2）据知，当时，，这种变压器称为升压变压器；当时，，这种变压器称为降压变压器。 （3）变压器的电动势关系、电压关系是有效值（或最大值）间的关系。 3．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，。 4．电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时：，得； 当有多个副线圈时： 得， 【注意】： （1）由知，对于只有一个副线圈的变压器：电流和匝数成反比。因此，变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制。 （2）变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系要分副线圈有一个还是多个两种情形。 （3）