第3章 3.变压器-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版）

3.变压器 1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理。 2.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系并能用它解决相关问题。 3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系。 　　生活中照明、家用电器用电电压为220 V， 工厂里机械设备用电电压为380 V，这些电能是经同样的输电线输送过来的，经不同的变压器降压到合适的电压值供给了不同的用电器。 变压器是如何做到输出不同的电压值的呢?有什么规律呢? 知|识|梳|理 一、变压器的原理 1.构造。 由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈。 2.原理。 互感现象是变压器工作的基础。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。 二、电压与匝数的关系 1.理想变压器:没有能量损耗的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型。 2.电压与匝数的关系。 理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即=。 3.两类变压器:副线圈的电压比原线圈的电压低，这样的变压器叫作降压变压器;副线圈的电压比原线圈的电压高，这样的变压器叫作升压变压器。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。 (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。 (√) (2)理想变压器是一个理想化模型。 (√) (3)学校中用的变压器工作时没有能量损失。 (×) (4)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。 (×) 2.(多选)如图所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶2，U1=220sin ωt V，n1= 1 100匝，以下说法正确的是 (　　) A.穿过原、副线圈的磁通量的变化率之比为1∶2 B.穿过原、副线圈的磁通量的变化率的最大值相等，均为 V C.原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2 V D.原、副线圈电压的最大值之比为1∶2 解析　对于理想变压器，由于没有磁通量损耗，所以穿过原、副线圈的磁通量的大小相等，磁通量的变化率相等，A项错误;根据法拉第电磁感应定律E1=n1可知，磁通量的变化率的最大值为每一匝线圈产生的电动势的最大值，即max= V= V，所以每一匝线圈产生的电动势的有效值为0.2 V，B、C两项正确;由于原、副线圈的匝数比为1∶2，所以原、副线圈电压的最大值之比也为1∶2，D项正确。 答案　BCD 探究一 理想变压器的原理和基本规律的应用 1.理想变压器的特点。 (1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量。 (2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。 (3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。 2.电压关系: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n组线圈时，则有:==…。 3.功率关系:对于理想变压器，不考虑能量损失，P入=P出。 4.电流关系:由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1=I2U2，得==。当有多个副线圈时，I1U1=I2U2+I3U3+…，得I1n1=I2n2+I3n3+…。 【例1】　如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1，V和A均为理想电表，灯泡电阻RL=6 Ω，AB两端电压u1=12sin (100πt) V。下列说法正确的是 (　　) A.电流频率为100 Hz B.电压表V的读数为24 V C.电流表A的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W 解析　根据u1=12sin (100πt) V及U=知U1=12 V，f==50 Hz，A项错误;根据=得U2=U1=×12 V=6 V，即电压表V的读数为6 V，B项错误;又I2== A=1 A，即电流表A的读数为1 A，C项错误;根据P入=P出及P出== W=6 W，D项正确。 答案　D (1)变压器不能改变直流电压。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量。 (4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。 (5)理想变压器的变压关系是一个普适关系，而电流比=则不然，它只适用于副线圈仅有一个的情况。而对副线圈有多个的情况则应根据功率关系P入=P出，即U1I1=U2I2+U3I3+…来找出各线圈间的电流关系。 【针对训练1】　(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上，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