2024届高考物理一轮复习讲义：20.4 变压器

20.4 变压器 要点一.变压器的构造及原理 1.变压器的构造 变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图甲、乙所示． 原线圈：与交流电源连接的线圈，---初级线圈. 副线圈：与负载连接的线圈，---次级线圈. 特点： 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 2.变压器的原理 1.原理 变压器的变压原理是电磁感应： 互感现象是变压器工作的基础．电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，所以铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生了感应电动势，副线圈也能够输出电流． 能量转换方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能. 2.作用 改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率. 3.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。 要点二.理想变压器 1.理想变压器 1.定义 没有能量损失的变压器叫做---理想变压器。它是一个理想化模型． 2.理想变压器的特点 ①原、副线圈的电阻不计，不产生热量. ②铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别. ③能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率. 2.理想变压器的4个基本关系 1.电动势关系 由于互感现象，没有漏磁，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.电压关系 变压器原、副线圈中的电压关系 (1)只有一个副线圈：＝ 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。 (2)有多个副线圈：＝＝＝… 3.功率关系 对于理想变压器，不考虑能量损失， (1)只有一个副线圈：P1=P2 U1I1=U2I2 (2)有多个副线圈：P1＝P2＋P3＋P4＋……＋Pn U1I1=U2I2+U3I3+ U4I4+……+UnIn 4.电流关系 (1)只有一个副线圈： 由功率关系，当只有一个副线圈时：， 故： (2)有多个副线圈： 当有多个副线圈时： 故： 特别提醒： ①，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。 ②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，对于某时刻的瞬时值其关系不成立。 ③变压器高压圈匝数多而导线细，低压圈匝数少而导线粗，这是区别高、低压线圈的方法。 要点三.变压器的动态分析 1.三种制约关系 (1)电压制约： 当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝. (2)功率制约： P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0. (3)电流制约： 当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝(只有一个副线圈时)． 2.动态分析的两种情况 (1)原、副线圈匝数比不变时: 条件： n1、n2、U1、U2恒定；R变化。 分析思路： 分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况。 分析顺序： R→I2→P出→P入→I1. (2)负载电阻不变时： 条件： U1、R恒定；n1、n2变化。 分析思路： 分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况。 分析顺序： n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1. 要点四.常见的变压器分类 1.自耦变压器 铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用。 规律：＝，＝。 2. 互感器 1.电压互感器 (1)构造：小型降压变压器。 (2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表； 为了安全，外壳和副线圈应接地。 (3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压。 (4)规律：＝ 2.电流互感器 (1)构造：小型升压变压器。 (2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表， 为了安全，外壳和副线圈应接地。 (3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流。 (4)规律：＝ 要点五.应用补充 1.变压器的串联 1.注意两个关系 ①电流方向。 ②线圈绕向关系。 2.分析规律 同向相加: n和=n1+n2 反向相减：n和=n1+n2 2 .原线圈有负载的变压器电路 3.含有二极管的变压器电路 分析含有二极管的变压器电路问题时要注意： 理想二极管具有单向导电性，正弦式交变电流通过二极管后会变成半波直流电流，对应的有效值会发生变化。 页 2 学科网（北京）股份有限公司 题型1.变压器的工作原理及基本规律 经典例题 典例1 如图，理想变压器原、副线圈匝数之比为20:1