第7.3节 变压器-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第二册）

第七章 ·电磁感应定律的应用 第3节 变压器 ◎目标导航 知识要点 难易度 1．互感：原线圈和副线圈中ΔΦ相同 2．两个理想变压器：U1:U2=n1:n2, I1:I2=n2:n1, P1=P2 3．多个理想变压器：U1:U2:U3=n1:n2:n3, n1I1=n2I2+n3:I3, P1=P2 +P3 4．远距离高压输电，线损功率=I2r ★★ ★★ ★★★ ★★★ ◎知识精讲 一、 变压器的原理 1．互感 下图中两个线圈缠绕在环形铁圈上，之间没有导线相连，但当左边电流开关闭合时，右边电流中的电流计指针发生偏转，即产生了电流。 我们把一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，从而产生感应电流，这种现象称为互感，产生的感应电动势叫互感电动势。 互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。 互感现象本质上是一种电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 变压器就是利用互感原理制成的，也可以说是利用电磁感应原理制成的。 2．变压器构造： 下图是大型变压器和小型变压器。 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（减小涡流）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下图所示。 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，也引起电压的升降。 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）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。 （2）闭合铁芯可以将更多的磁感线限制在其内，形成一个闭合的磁路，尽量减小磁场能的散失。 （3）变压器不会改变交变电流原线圈中的频率大小。 3．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，理想化模型。 ①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。 ②功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，。 当有多个副线圈时： ③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： 【注意】： （1）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）变压器能改变交流电压、交变电流，但不改变功率和交变电流的频率，输入功率总等于输出功率，副线圈中交变电流的频率总等于原线圈中交变电流的频率。 （4）变压器的电流关系也是有效值（或最大值）间的关系。 4．变压器的能量损失 铜损：线圈电阻产生焦耳热 铁损：涡流现象发热，是变压器的主要能量损失 磁损：漏磁损失能量，原副线圈中磁通量不可能严格相等 5．实验：探究变压器的原副线圈的电压与匝数的关系 实验原理：原线圈的交变电流激发交变磁场，通过铁芯形成回路，在副线圈上产生感应电流，铁芯的磁通量改变量相同 器材：可拆变压器，低压交流电源，多用电表 方法：控制变量法 结论：在误差范围内，原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比 6．变压器原理的应用 (1). 手机电磁感应无线充电 (2). 自耦变压器 例1. 如图所示，一理想变压器原线圈的匝数n1＝1100匝，副线圈的匝数n2＝220匝，交流电源的电压，R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是(　　) A．