第6节　变压器
   
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
第6节
课标定位
学习目标：1.知道变压器的构造，了解变压器的工作原理．
2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题．
3．探究理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题．
4．了解电压互感器和电流互感器．
重点难点：1.变压器的原理．
2．推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系．
课前自主学案
铁芯
一、变压器的结构与原理
1．结构：一个______和两组_____．与电源相连的一组线圈称为________，也叫初级线圈；另一组接负载，称为_________，也叫次级线圈．如图2－6－1甲、乙所示，分别表示变压器模型与符号．
线圈
原线圈
副线圈
图2－6－1
2．工作原理：变压器工作的基础是___________现象．
电磁感应
变压器能否改变直流(恒定电流)电压？
提示：不能．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．
思考感悟
二、变压器的电压与匝数的关系
1．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．
正比
图2－6－2
四、电压互感器和电流互感器
1．电压互感器：如图2－6－2甲所示，它是一种降压变压器．原线圈_______在高压电路中，副线圈接电压表．互感器将_______变为_______，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压．
2．电流互感器：如图2－6－2乙所示，它是一种升压变压器．原线圈_____在待测高电流电路中，副线圈接电流表．互感器将_______变成_______，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流．
并联
高压
低压
串联
大电流
小电流
核心要点突破
一、对理想变压器的理解
1．理想变压器的特点
(1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；
(2)原、副线圈没有电阻，即忽略原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)；
(3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流；
(4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0.
图2－6－3
2．工作原理
变压器工作原理的物理过程示意图如图2－6－3所示．原线圈上加交变电压U1产生交变电流；铁芯中产生交变磁场即产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势U2；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电．
由于铁芯闭合，在不考虑铁芯漏磁的情况下，穿过原、副线圈的每匝线圈的磁通量及其变化率均相同，因此在原线圈上所加的交变电压值与原线圈匝数不变的情况下，副线圈上产生的交变电压与副线圈的匝数成正比．这样可以通过绕制不同匝数的副线圈来得到各种数值的交变电动势，从而改变了交变电流的电压．
要强调的是：从能量转换角度看，变压器是把电能转化为磁能，再将磁能转化为电能的装置，一般地说，经过转换后电压、电流均发生了变化．
特别提醒：(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用；
(2)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；
(3)变压器不能改变交变电流的频率．
3．理想变压器中的几个关系
(1)电动势关系
由于互感现象，没有漏磁，
图2－6－4
(4)功率关系
理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率．当副线圈为断路时，原线圈输入功率为零．对有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和．
(5)频率关系
变压器不能改变交变电流的频率．
在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电．
特别提醒：(1)变压器只能改变交流电压，若初级线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为零．
(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值间的关系，对最大值也适用，但对某时刻的瞬时值其关系并不成立．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有
(　　)
A．交流电的频率　　　B．磁通量的变化率
C．功率                            D．交流电的峰值

解析：选ABC.理想变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C项正确，变压器的原理是互感现象，其作用改变电压不改变频率，A项正确，D项错误．
当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大．在使用变压器时，不能使变压器次级短路．
3．输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输出功率与输入功率相等．即P2＝P1.在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，则变压器输出功率P2＝U2I2减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2增大，则输入功率P1也将增大．
特别提醒：对于变压器，是用多少电能就输入多少电能，而不是输入多少电能就用多少电能．
课堂互动讲练
图2－6－5
【思路点拨】　解题时应特别把握以下两点：
(1)原、副线圈的电压与匝数的关系．
(2)根据原、副线圈的功率关系确定电流关系．
【答案】　(1)30 匝　550匝　(2)0.36 A
【方法总结】　对于理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普通适用的规律，对于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了．
变式训练1　(2011年高考新课标全国卷)如图2－6－6所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则(　　)
?


                                          图2－6－6
图2－6－7
A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
【思路点拨】　解答本题时注意了解电路的结构，并正确理解原、副线圈的功率、电压、电流之间的关系．
【精讲精析】　电源电压有效值不变，所以V1示数不变，原、副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数之比不变，故V2示数不变，V1与V2示数的比值也不变，所以C错误，D正确；当开关S闭合后，副线圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈电路中的电流增大，A2的示数增大，原、副线圈的电流之比等于匝数反比，匝数之比不变，A1与A2示数的比值不变，A1的示数也增大，所以A正确，B错
误．
【答案】　AD
【方法总结】　应用各物理量间的制约关系对理想变压器电路进行动态分析，常见情况有两种：
(1)原副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1.
(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
变式训练2　如图2－6－8所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法中正确的是(　　)




                                            图2－6－8
A．副线圈两端M、N的输出电压减小
B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大
C．通过灯泡L1的电流减小
D．原线圈中的电流增大
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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