易城教育资源网免费教学版高中物理选修(3-2)第二章第六节《变压器》研究案例包含要点分析教学反思设计案例研究教材6变压器【目标定位】1.了解变压器的结构和结构几种常见的变压器，并了解变压器的工作原理。 2.了解理想变压器的电压与匝数之间的关系，并能够利用它解决相关问题。 3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出一次、二次线圈的电流关系。 1、变压器原理及电压与匝数的关系 【问题设计】将两个不带导线的线圈放在同一个封闭铁芯上。 一个线圈通过开关连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上（如图1所示）。 图1（1）小灯泡能发光吗？ 为什么？ （2）如果小灯泡发光，小灯泡两端的电压与哪些因素有关？ （3）如果初级线圈接上恒定的直流电源，小灯泡会亮吗？ 分析讨论小灯泡亮或不亮的原因。 答案（1）可以发光。 当向左线圈施加交流电压时，左线圈中就有交流电流，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，左右线圈都会产生感应电动势。 右边的线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光。 (2)左右线圈每匝磁通量的变化率ΔΦΔt相同。 若左边匝数为n1，则E1=n1ΔΦΔt； 如果右边的匝数为n2，则E2=n2ΔΦΔt，所以E1E2=n1n2。
如果忽略左侧线圈的电阻，则E1=E电源。 看来小灯泡两端的电压与左边交流电源的电动势和两个线圈的匝数比n1n2有关。 (3)不亮。 当初级线圈连接到恒定的直流电源时，通过初级线圈的电流的大小和方向保持不变，并且其通过次级线圈产生的磁通量也保持不变。 因此，次级线圈中不会产生感应电动势，次级线圈两端也不会产生感应电动势。 电压，所以小灯泡不亮。 这种现象说明变压器不能改变恒流的电压。 【要点提取】1、变压器的结构：封闭式铁芯，接交流电源的线圈称为初级线圈（匝数用n1表示，也称为初级线圈），与负载连接的另一个线圈称为次级线圈（匝数用n2表示，也称为初级线圈和次级线圈），两个线圈都绕在一个封闭的铁芯上。 2、变压器的工作原理是互感现象。 因此，变压器只能工作于变电流，不能工作于恒流。 （最后两格填“变化”或“不变”） 3、变压器中只有一个次级线圈时的电压关系（1）：U1U2=n1n2。 (2) 次级线圈有多个：U1n1=U2n2=U3n3=…。 4、变压器不能（填“可以”或“不能”）改变交流电的频率。 5、初级线圈和次级线圈的位置 (1)初级线圈在其所在电路中充当负载。 (2)次级线圈在其所在电路中充当电源的作用。 2、理想变压器中的功率关系和电流关系 【问题设计】 1、什么是理想变压器？ 理想变压器的初级和次级线圈的功率之间有什么关系？ 答：理想变压器的理想条件一般是指：忽略一、二次线圈内阻上的分压，忽略一、二次线圈之间的磁通量差，忽略变压器本身的能量损耗。 因此，理想变压器的输入功率等于输出功率。 即P输入=P输出。 2、如果次级线圈只有一个，初级、次级线圈中的电流与匝数有什么关系？ 答案是根据能量守恒定律，P in = P out，即U1I1 = U2I2，所以I1I2 = U2U1 = n2n1。
3、如果有多个次级线圈，初级、次级线圈中的电流与匝数有什么关系？ 答案是如果有多个次级线圈P1=P2+P3+...，即U1I1=U2I2+U3I3+...代入U1:U2:U3:...=n1:n2:n3:...，得n1I1=n2I2+n3I3+...[要点摘录] 1、理想变压器的特征： (1)变压器铁心无漏磁，无热损失。 (2)不包含原、次级线圈的内阻，即无能量损失。 实际变压器（尤其是大型变压器）一般可以视为理想变压器。 2、功率关系：P in = P out。 3、电流关系：（1）如果次级线圈只有一个，则有I1U1=I2U2，即I1I2=n2n1； (2)当次级线圈有多个时，有I1U1=I2U2+I3U3+...，即I1n1=I2n2+I3n3+... 3、理想变压器中各量的限制关系及动态分析1.变压器工作时的约束 (1)电压控制：当变压器原、次级线圈匝数比(n1n2)一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2=。 (2)功率控制：P out 决定P in ，当P out 增大时，P in 增大； 当P out 减小时，P in 减小，P out 为0，P input 为0。 （3）电流控制：当变压器原、副边线圈匝数比（n1n2）一定，输入电压U1 为确定后，次级线圈中的输出电流I2就决定了初级线圈中的电流I1，即I1=。
2、理想变压器动态分析中常见的两种情况 (1)原、副线圈匝数比不变，负载电阻发生变化。 动态分析的顺序为R→I2→P out→P in→I1； (2)负载 电阻不变，匝数比变化。 动态分析的顺序为n1、n2→U2→I2→P out→P in→I1。 四、各种变压器 1、自耦变压器如图2所示，铁芯上只有一个线圈。 低压线圈是高压线圈的一部分。 它可以用作升压变压器或降压变压器。 图2规则：U1U2=n1n2，I1I2=n2n1。 2、电压互感器和电流互感器 (1)结构：如图3A、B所示。 (2)接线方法：电压互感器的初级线圈并联在高压交流电路中，次级线圈为连接到电压表； 电流互感器的初级线圈串联在被测交流电路中，次级线圈连接到电流表。 为了安全起见，外壳和次级线圈应接地。 (3) 作用：电压互感器可将高电压变为低电压。 通过测量低压，可以计算出高压交流电路的电压。 电流互感器将大电流变换成小电流。 通过测量小电流，计算出被测交流电路中的大电流。 图3 1.理解变压器的原理 例1 关于理想变压器的工作原理，下列说法正确的是： () A.初级线圈通过正弦交流电时产生的磁通量保持不变 B.磁通量通过初级和次级线圈的磁通始终相等 C. 通过次级线圈的磁通量的变化使次级线圈产生感应电动势 D. 原边线圈中的电流流过铁芯，次级线圈。 如果我改变，磁场就会改变。 由于面积S保持不变，Φ发生变化，A是错误的。 由于理想变压器没有漏磁，因此 B 和 C 是正确的。 原线圈中的电能转化为磁场能再转化为电能，所以D错误。 答案BC 2.理想变压器基本定律的应用例2 理想变压器连接电路如图4A所示。 已知初级和次级线圈匝数比为10：1。 当输入电压波形如图B所示时，电流表读数为2A，则()图4A。 电压表读数为 282VB。 电压表读数为 28。
2VC。 输入功率为56。4WD。 输入功率为40W。 从题图B分析，Um=282V，则输入电压U1的有效值U1=Um2≈200V。 根据U1U2=n1n2，U2=20V，又根据I1I2=n2n1，I1=0.2A，输入功率P=U1I1=40W，故A、B、C错误，D正确。 答案 D 3. 理想变压器的动态分析 示例 3 如图 5 所示，显示了一个理想变压器。 K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为施加在初级线圈两端的交变电压，I1为初级线圈中的电流，则（）图5A。 保持U1和P的位置不变，当K从a移动到b时，I1将增加B。保持U1和P的位置不变，当K从b移动到a时，R消耗的功率减少C。保持U1不变，将K连接到a，并将P向上滑动，I1将增加D。保持P的位置不变，将K连接到a。 如果U1增加，I1也会增加。 分析。 保持U1和P的位置不变。 当K从a移动到b时，n1减少，n2n1增加。 由U2 = 随着U2变大，输出电流I2增大，输出功率增大，输入功率也增大。 由P1=U1I1可知I1增加，A正确。 同理，如果将K从b移到a，R的功耗就会减少，B是正确的。 U1不变，K接在a处，当P向上滑动时，I2减小，I1也减小，所以C是错误的。 保持P的位置不变，将K接在a处，这样如果U1增加高中物理有效值计算，U2也会增加，即I2=U2R增加，而I1I2=n2n1，所以I1也应该增加，所以D是正确的。 答案ABD 4、各种变压器 例4 图6A、B 为配电室变压器、仪表接线图。 下列说法正确的是（ ）图 6A。 线圈匝数为n1n2，n3>n4C。 图A中的电表是电压表，输出端不能短接D。图B中的电表是电流表，输出端不能短接。 分析问题 图A中的初级线圈并联在电路中。 是一个电压互感器，一个降压变压器，n1>n2。 电表为电压表，输出端不能短路。 问题图B中的初级线圈串联在电路中，是电流互感器，是升压变压器高中物理有效值计算，n3
