第11讲 变压器（原卷版）-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

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知识精讲
第 11 讲 变压器
课程标准 课标解读
1.通过实验，探究并了解变压器原、副线
圈电压与匝数的关系。
2.观察常见的变压器，了解其作用。
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.掌握理想变压器的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。
知识点 01 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、方向在不断变化，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．
【知识拓展 1】
变压器的原理　电压与匝数的关系
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．
2．变压器的工作原理
(1)原理
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．
(2)原理图解
3．变压器原、副线圈中的电压关系
(1)只有一个副线圈：＝；
(2)有多个副线圈：＝＝＝…
4．自耦变压器
铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之
则可以升高电压，如图所示．
【即学即练 1】如图甲所示，不计电阻的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，输
出交流电的电动势图像如图乙所示，经原、副线圈匝数比为 1∶10 的理想变压器给一灯泡供电，灯泡上标
有“220V22W”字样，如图丙所示，则（　　）
A．灯泡中的电流方向每秒钟改变 100 次
B．
t
=0.01s 时刻穿过线框回路的磁通量为零
C．灯泡不能正常发光
D．电流表示数为 1.4A
知识点 02 电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有能量损失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的变压器叫作
升压变压器．
【知识拓展 2】
1．功率关系
从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即
P
入＝
P
出．
2．电流关系
(1)只有一个副线圈时，
U
1
I
1＝
U
2
I
2或＝.
(2)当有多个副线圈时，
I
1
U
1＝
I
2
U
2＋
I
3
U
3＋…或
n
1
I
1＝
n
2
I
2＋
n
3
I
3＋…
【即学即练 2】如图所示，
L
1、
L
2、
L
3、
L
4、
L
5是五盏完全相同的灯泡，将它们如图接在变压器上后，均正
常发光。则变压器原副线圈的匝数比
n
1:
n
2:
n
3为（　　）
A．1:2:1 B．2:1:2 C．4:2:1 D．4:1:2
知识点 03 变压器中的能量转化
原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流 ，
磁场的能量转化成了电场的能量．
【知识拓展 2】
理想变压器的制约关系和动态分析
1．电压、电流、功率的制约关系
(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压
U
1决定输出电压
U
2，即
U
2＝.
(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
U
1确定时，副线圈中的输出电流
I
2决定原
线圈中的电流
I
1，即
I
1＝(只有一个副线圈时)．
2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(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
→
I
2→
P
出→
P
入→
I
1.
(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
n
1、
n
2→
U
2→
I
2→
P
出→
P
入→
I
1.
【即学即练 2】如图所示，10 匝矩形金属线框在磁感应强度为 0.4T的匀强磁场中绕垂直磁场的轴
OO
′以
角速度100rad/s 匀速转动，线框电阻不计，面积为 0.5m2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，
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