(讲义)第3章 3 变压器-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

3．变压器 学习任务 1．理解变压器的工作原理。 2．掌握理想变压器的电压与匝数的关系及应用。 3．通过实验探究电压、电流与匝数的关系。 4．了解变压器的构造及几种常见的变压器。 知识点一　变压器的结构与原理 1．变压器的构造 由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。 (1)原线圈：一个线圈与交流电电源连接，叫作原线圈，也叫初级线圈。 (2)副线圈：一个线圈与负载连接，叫作副线圈，也叫次级线圈。 2．原理：互感现象是变压器的工作基础。原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁场，交变的磁感线穿过原、副线圈，在原、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。 　原、副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化率时刻相同。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。 (√) (2)变压器的铁芯带电。 (×) (3)理想变压器不仅可以改变交变电流的电压和电流，还可以改变交变电流的功率和频率。 (×) 知识点二　变压器的电压与匝数的关系 1．理想变压器 (1)定义：没有能量损失，严格满足变压器的各组线圈的电压U与匝数n之比都为一个常量的变压器。 (2)特点 ①忽略漏磁。 ②忽略一切能量损耗。 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，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1，E2＝n2，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＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。当有多组线圈时，则有＝＝…。 3．两类变压器 (1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器。 (2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈电压高的变压器。 　变压器的两个线圈所用导线的粗细一样吗？ 提示：不一样，跟电流大小有关，匝数少的电流大。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。 (√) (2)＝适用于任何理想变压器。 (√) 知识点三　电压互感器和电流互感器 1．电压互感器 (1)特点：降压变压器。 (2)原理：初级并联在高压交流线路上，次级与交流电压表相连，根据变压比就可以算出高压线两端的电压值。 (3)变压比：初级输入电压与次级输出电压之比。 (4)安全防护：为防止线圈与铁芯间的绝缘部分被击穿造成触电事故，副线圈必须接地。 2．电流互感器 (1)特点：升压变压器。 (2)原理：原线圈串联在被测交流电路中，副线圈与交流电流表相连，根据变流比就可以算出被测电路中的电流。 (3)安全防护 ①使用时副线圈必须接地。 ②使用时不许将副线圈开路。 3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电压互感器原线圈匝数大于副线圈匝数。 (√) (2)电流互感器是降压变压器。 (×) 如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上。连接电路，接通电源，小灯泡能发光。 (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ (2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？ (3)若将原线圈接在恒定的直流电源上小灯泡发光吗？为什么？ 提示：(1)当左侧线圈加上交流电压时，左侧线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右侧线圈中会产生感应电动势，右侧线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则U1＝E1＝n1。若右边匝数为n2，则U2＝E2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，这样看来只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等。小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关。 (3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势。 考点1　理想变压器的基本关系 1．电压关系 U1∶U2∶U3…＝n1∶n2∶n3…或＝＝…。 2．功率关系 输入功率等于输出功率，即P入＝P出，U1I1＝U2I2。 3．电流关系 由功率关系可知，当只有一个副线圈时，＝＝； 当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3…，I1n1＝I2n2＋I3n3…。 4．原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。 【典例1】　(多选)如图所示，理想变压器的原线圈匝数为n1＝1000匝，副线圈匝数为n2＝200匝，交变电源的电动势e＝31