高中物理人教版選修32教學(xué)案第五章第4節(jié)　變壓器

第4節(jié)變壓器

1.互感現(xiàn)象是變壓器的工作根底，變壓器工作時有能量損

失，變壓器的輸出功率與輸入功率之比叫做變壓器的效

率。抱負變壓器的效率為100%。

2.抱負變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系為會=會。

3.假如抱負變壓器的副線圈只有一個，那么n=n,即

Uih=lhh,得出原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系為"精。

4.全部變壓器不轉(zhuǎn)變交變電流的頻率，抱負變壓器不轉(zhuǎn)變

功率。

映魏EW加欣磔■課前自主學(xué)習(xí)，基穩(wěn)才能樓高

一、變壓器的原理

1.變壓器的構(gòu)造

由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，如圖5-4-1所示。

圖5-4-1

(1)原線圈：與溝通電源連接的線圈,也叫初級線圈。

(2)副線圈：與魚載連接的線圈，也叫次級線圈。

2.變壓器的工作原理

變壓器工作的根底是互感現(xiàn)象，電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)的磁場不僅穿過原線

圈，也同時穿過副線圈，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化,

變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

3.作用

轉(zhuǎn)變交變電流的電壓。

二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系

1.抱負變壓器

沒有能量損失的變壓器,也是一個抱負化模型。

2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系

抱負變壓器原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即：替=令。

---------IJ2運

3.兩類變壓器

副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫隆醫(yī)變壓器；副線圈的電壓比原線圈電壓高

的變壓器叫升壓變壓器。

三'兩種互感器

1.電壓互感器

把高電壓變成低電壓。它的原線圈正聯(lián)在高壓電路上，副線圈接入溝通電壓表，如圖

5-4-2甲所示。

2.電流互感器

把大電流變成小電流。原線圈里聯(lián)在被測電路中，副線圈接入溝通電流表，如圖乙所

ZjSo

1.自主思索一判一判

(1)變壓器只能轉(zhuǎn)變交變電流的電壓，不能轉(zhuǎn)變直流電的電壓。(J)

(2)實際生活中，不存在原線圈與副線圈匝數(shù)相等的變壓器。(J)

(3)抱負變壓器不僅可以轉(zhuǎn)變交變電流的電壓和電流，還可以轉(zhuǎn)變交變電流的功率和頻

率。(X)

(4)抱負變壓器是客觀存在的。(X)

(5喘=那適用于任何抱負變壓器。(J)

2.合作探究——議一議

(1)假如把變壓器接入直流電路，變壓器能起到變壓作用嗎？

提示：變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的，因此只能工作在溝通電路中，假如變壓器接入

直流電路，原線圈中的電流不變，在鐵芯中不會引起磁通量的變化，就沒有互感現(xiàn)象消失，

變壓器就起不到變壓作用。

(2)變壓器的兩個線圈所用導(dǎo)線的粗細一樣嗎？

提示：不一樣。高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，用較細的導(dǎo)線繞制而成；低壓線圈

匝數(shù)少而通過的電流大，用較粗的導(dǎo)線繞制而成。

(3)變壓器的鐵芯為什么用薄硅鋼片疊壓而成？

提示：為了削減損耗，變壓器的鐵芯常用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。這樣，渦

流被限制在狹窄的薄片之中，回路的電阻很大，渦流大為減弱，從而減小了鐵損。

字課堂講練設(shè)計，舉一能通類題

考點一”變壓器的工作原理及規(guī)律

-

口通知識

1.工作原理

2.根本規(guī)律

U]_生_/12

(1)一原一副,「入=p出，

l)2〃2'h

[71n\U\n\Uim

⑵一原多副,產(chǎn)入=p出，

V2”2'U3〃3'U3

：71/1=1/2/2+1/3/3+-

〃1/1="2/2+"3/3+…

o通方法

［典例］如圖5-4-3所示，抱負變壓器原、副線圈匝數(shù)比為20：1,兩個標(biāo)有“12V,6W”

的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端。當(dāng)兩燈泡都正常工作時，原線圈電路中電壓表和電流表(可

視為抱負的)的示數(shù)分別是()

圖5-4-3

A.120V,OJOAB.240V,0.025A

C.120V,0.05AD.240V,0.05A

［思路點撥］解答此題時可按以下思路分析:

卜燈泡正I

I常發(fā)光I

［解析］由于燈泡正常發(fā)光，所以S=12V,

依據(jù)空=必解得171=240V;

5ni

兩個燈泡均正常發(fā)光，，2=2看=1A,

依據(jù)g=強解得/i=0.05A,故D正確。

h”1

［答案］D

(SO?

1.抱負變壓器不轉(zhuǎn)變交變電流的周莉麗至7―

2.(1)卷=點，無論副線圈一端是空載還是有負載，都是適用的。

(2)輸出電壓S由輸入電壓5和原、副線圈的匝數(shù)比共同打算。

由。2一〃2付，ni~n2~\t°

(3)假設(shè)變壓器有多個副線圈，有妙=?,77=?，…，即電壓關(guān)系仍成立。兩個副線

V2fl2U3〃3

圈之間。滿意空=詈。

Ui"3

旗題組

1.一抱負變壓器原、副線圈匝數(shù)之比m：n2=ll：5,原線圈與正弦交變電源連接,

輸入電壓U如圖5-4-4所示。副線圈僅接入一個10。的電阻，那么()

圖5-4-4

A.流過電阻的電流是20A

B.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是106/1V

C.經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6X103j

D.變壓器的輸入功率是1X1伊W

解析：選D由電壓的有效值和最大值的關(guān)系得

Um

Ui=s=220Vo

依據(jù)抱負變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)唱成,

得172=^171=^X220V=100V,

故電壓表的示數(shù)是100V,B錯誤;

11—R-]0A—10A,A錯誤；

1分鐘內(nèi)電阻發(fā)出的熱量

e=/2Z?Z=102X10X60J=6X104J,C錯誤；

變壓器的輸入功率等于輸出功率，

即PA=Pd.=l72/2=100X10W=1X1O3W,故D正確。

2.（多項選擇）（2016?全國兩號）如圖5-4-5,抱負變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相

同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓。為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。以下說

法正確的選項是（）

A.原、副線圈匝數(shù)比為9：1

B.原、副線圈匝數(shù)比為1：9

C.此時a和b的電功率之比為9：1

D.此時a和b的電功率之比為1：9

解析：選AD設(shè)燈泡的額定電壓為Uo,輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時燈泡正常

發(fā)光，那么變壓器原線圈的電壓為9g）,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為9：1,選項A正確，

選項B錯誤；由9。%=。必得，流過萬燈泡的電流是流過a燈泡電流的9倍，依據(jù)P=U1,

a、B燈泡的電功率之比為1：9,選項C錯誤，選項D正確。

3.如圖5-4-6所示，抱負變壓器原線圈匝數(shù)為川=1000匝，兩個副線圈匝數(shù)分別為“2

=50匝和“3=100匝，Li是“6V2W”的燈泡，L2是“12V4W”的燈泡，當(dāng)原線圈

接正弦交變電流時，兩燈泡均正常發(fā)光，那么原線圈中的電流為（）

圖5-4-6

解析：選C由電壓關(guān)系中

"1"2"3

解得171=120V,

原線圈的輸入功率為尸入=UJI=PLI+PL2

解得/I=赤A,C正確。

考點二抱負變壓器的動態(tài)變化

U通方法

［典例］如圖5-4-7所示，抱負變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L,

和L2,輸電線的等效電阻為開頭時，開關(guān)S斷開。當(dāng)開關(guān)S接通時，以下說法中不正

確的選項是（）

圖5-4-7

A.副線圈兩端M、N的輸出電壓減小

B.副線圈輸電線等效電阻K上的電壓增大

C.通過燈泡Li的電流減小

D.原線圈中的電流增大

Ul_n\U2

U2m~R

Ui..-~--->1?

［思路點撥］

I1U1-I2U2Pij^Uin

1|Pi。

決定決定

［解析］由于輸入電壓不變，所以當(dāng)S接通時，抱負變壓器副線圖M、N兩端輸出電

壓不變。并聯(lián)燈泡L2,總電阻變小，由歐姆定律八=:知，流過A的電流增大，電阻上的

電壓UR=/K增大。副線圈輸出電流增大，依據(jù)輸入功率等于輸出功率/1U1=/2S得，A增

大，原線圈輸入電流八也增大。UMN不變,UR變大，所以ULI變小，流過燈泡Li的電流減

小。

［答案］A

（SO?

抱負變壓器動態(tài)變化的兩種狀況

⑴原、副線圈的匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻的變化而變化的狀況，進行動

態(tài)分析的挨次是Rf12fp2fPlf11。

(2)負載電阻不變，分析各物理量隨原、副線圈的匝數(shù)比的變化而變化的狀況，進行動

態(tài)分析的挨次是〃1、2fp2-Plf/l。

0通題組

1.抱負變壓器的原線圈連接電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過觸頭Q調(diào)整，在

副線圈輸出端連接了定值電阻Ro和滑動變阻器R,在原線圈上加一電壓為。的溝通電，如

圖5-4-8所示。以下狀況可能消失的是()

A.假設(shè)。位置不變，將P向上滑動，V變大

B.假設(shè)。位置不變，將P向上滑動，電流表的讀數(shù)變大

C.假設(shè)P位置不變，將。向上滑動，電流表的讀數(shù)變大

D.假設(shè)尸位置不變，將。向上滑動，變壓器的輸入功率不變

解析：選C當(dāng)抱負變壓器的輸入電壓U,以及原、副線圈的匝數(shù)比不變時，副線圈

兩端的電壓也不變，A項錯；

U'2

由產(chǎn)出=無鉉知R增大時，輸出功率減小，又由「人=產(chǎn)出得原線圈中的電流表讀數(shù)要

減小，B項錯；。向上滑動時，U'增大，而負載電阻不變，那么輸出功率要增大，即輸入

功率也要增大，原線圈中的電流就要增大，C項對，D項錯。

2.如圖5-4-9所示，某抱負變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)整，原線圈兩端電壓為一

最大值不變的正弦溝通電，在其他條件不變的狀況下，為了使變壓器輸入功率增大，可使

n

A.原線圈匝數(shù)川增加

B.副線圈匝數(shù)"2削減

C.負載電阻R的阻值增大

D.負載電阻R的阻值減小

解析：選D由空=；,尸由=整

U2〃2?

可得入=需

又由于「人=「由，所以P人=）設(shè)，

分析可得選項D正確。

3.如圖5-4-10所示電路中，變壓器為抱負變壓器，a、b接在電壓有效值不變的溝通

電源兩端，&為定值電阻，K為滑動變阻器?，F(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位

置，觀看到電流表A1的示數(shù)增大了0.2A,電流表A2的示數(shù)增大了0.8A,那么以下說法正

確的選項是（）

圖5-4-10

A.電壓表Vi示數(shù)增大

B.電壓表V2、V3示數(shù)均增大

C.該變壓器起升壓作用

D.變阻器滑片是沿c-d的方向滑動

解析：選D由于變壓器原線圖的電壓不變，因此電壓表V］、V2的讀數(shù)均不變，選項

A、B均錯誤；由題意可知，該變壓器起降壓作用，選項C錯誤；由于副線圖的電壓不變，

電流表A2的示數(shù)增大，依據(jù)歐姆定律可知負載的電阻變小，所以滑動變阻器連入電路的阻

值變小，選項D正確。

考點三自耦變壓器與互感器

C通知識

1.自耦變壓器

圖5-4-11甲所示是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。

假如把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一局部，就可以降低電壓；假如把線圈的一

局部作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以上升電壓。

甲乙

圖5-4-11

調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖乙所示。線圈48繞在一個圓環(huán)形的鐵

芯上，A5之間加上輸入電壓U”移動滑動觸頭尸的位置就可以調(diào)整輸出電壓

2.互感器

(1)電壓互感器：如圖5-4-2甲所示，原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表?；ジ?/p>

器將高電壓變?yōu)榈碗妷?，通過電壓表測低電壓，結(jié)合匝數(shù)比可計算出高壓電路的電壓。

(2)電流互感器：如圖5-4-2乙所示，原線圈串聯(lián)在待測大電流電路中，副線圈接電流表。

互感器將大電流變成小電流，通過電流表測出小電流，結(jié)合匝數(shù)比可計算出大電流電路的

電流。

e通方法

［典例］在變電所，常常要用溝通電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，使用的儀器是電流互感

器。如下圖的四個圖中，能正確反映其工作原理的是()

地線____________火線

火線地線

CD

［解析］電流互感器是測電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線上，故B、D錯誤。由變壓器電流關(guān)系

n\I\=nih,要使須故A選項正確。

［答案］A

互感器的區(qū)分技巧

(1)電壓互感器是降壓變壓器，據(jù)用=2，知?。?2。

電流互感器是升壓變壓器，據(jù)￡=非知川＜〃2。

(2)區(qū)分電壓互感器與電流互感器的三個標(biāo)志

①測量儀器不同，前者。后者

②原副線圈匝數(shù)關(guān)系不同。

③原線圈接線方式不同，前者接在火線和零線間，后者接在火線上。

。通題組

1.一般的溝通電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流，通常要通過電流互感器

來連接，圖5-4-12中電流互感器”5一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時電流為cd一側(cè)線圈

的匝數(shù)較多，工作時電流為/“，為了使電流表能正常工作，那么（）

A,就接MMcd接PQ,Iah<Icd

B.ab接MN、cd接PQ,Iah>Icd

C.ab接PQ、cd接MN,Iah<Icd

D.ab接PQ、cd接MN,Iab>Icd

解析：選B電流互感器融一側(cè)線圈匝數(shù)比cd一側(cè)線圈匝數(shù)少，依據(jù)電流關(guān)系得人”1

=hn2,所以〃>3,電流表應(yīng)接在電流較小的一側(cè)，應(yīng)選項B正確。

2.自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈，原、副線圈都只取該線圈的某局部。一升壓式自

耦調(diào)壓變壓器的電路如圖5-4-13所示，其副線圈匝數(shù)可調(diào)。變壓器線圈總匝數(shù)為1900匝；

原線圈為110（）匝，接在有效值為220V的溝通電源上。當(dāng)變壓器輸出電壓調(diào)至最大時，負

載R上的功率為2.0kW。設(shè)此時原線圈中電流有效值為八，負載兩端電壓的有效值為S,

且變壓器是抱負的，那么S和八分別約為（）

Od

圖5-4-13

A.380V和5.3AB.380V和9.1A

C.240V和5.3AD.240V和9.1A

p2000

解析：選B對抱負變壓器，原、副線圈功率相同，故通過原線圈的電流八=方=母*

A-9.1A,負載兩端電壓即為副線圈電壓，由*=缶，即/齋=［除，可得S=380V,

故B對。

課后層級訓(xùn)練，步步提升能力

一、基礎(chǔ)題爭熟

1.抱負變壓器正常工作時，原、副線圈中不相同的物理量為（）

A.每匝線圈中磁通量的變化率

B.交變電流的頻率

C.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率

D.原線圈中的感應(yīng)電動勢和副線圈中的感應(yīng)電動勢

解析：選D抱負變壓器是沒有能量損失的變壓器，鐵芯中無磁漏，所以每匝線圈中

磁通量相等，其變化率相等，故A、C不符合題意；依據(jù)變壓器的工作原理及用途可知，B

不符合題意，選D。

2.將輸入電壓為220V,輸出電壓為6V的抱負變壓器改繞成輸出電壓為30V的變壓

器，副線圈原來是30匝，原線圈匝數(shù)不變，那么副線圈新增匝數(shù)為（）

A.120匝B.150匝

C.180匝D.220匝

解析：選A由變壓比乎=空，那么梟=季，所以"1=1100匝。當(dāng)久=30V時，

〃2V2JUO

上＞=誓，所以=150匝，故A〃2=〃2'一〃2=120匝。

3.在如圖1所示的兩電路中，當(dāng)“、〃兩端與e、/兩端分別加上220V的溝通電壓時,

測得c、d間與g、〃間的電壓均為110V；假設(shè)分別在c、d與g、無的兩端加上110V的溝

通電壓，那么a、h間與e、/間的電壓分別為（）

A.220V,220VB.220V,110V

C.110V,110VD.220V,0

解析：選B對變壓器，依據(jù)可得U"=220V；對滑動變阻器來說，當(dāng)疑間接

。2"2

上110V電壓時，4間電壓％=110V,故B選項正確。

4.一抱負變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為3：1,在原、副線圈的回路中分別接有阻值

相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220V的正弦溝通電源上，如圖2所示。設(shè)副線圈回

路中電阻兩端的電壓為U,原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為A,那么（）

R

R

圖2

A.U=66V,*=1B.U=22V,*=1

C.U=66V,?=；D.U=22V,*=1

解析：選A設(shè)原線圈中電流為/i,原、副線圈電壓比也鏟速=然=3,原、副線

圈電流比夕=；,由歐姆定律可得，副線圈回路中電阻兩端電壓。=成,聯(lián)立解得U=66V。

*23

電阻消耗功率尸=/R,由于￡=/所以原、副線圈回路中電阻消耗功率的比值為選項A

正確。

5.一輸入電壓為220V,輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞了，為獲知此變壓器原副

線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈，如圖3所示,

然后將原來線圈接到220V溝通電源上，測得新繞線圈的端電壓為1V,按抱負變壓器分析,

該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為（）

A.1100,360B.1100,180

C.2200,180D.2200,360

解析：選B對新繞線圈的抱負變壓器，依據(jù)變壓比公式得〃|=黨=鄴產(chǎn)=1100,

變壓器燒壞前，同理〃2=唾」故B正確。

U1

6.如圖4所示，一抱負變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1:2；副線圈電路中接有燈泡,

燈泡的額定電壓為220V,額定功率為22W；原線圈電路中接有電壓表和電流表?，F(xiàn)閉合

開關(guān)，燈泡正常發(fā)光。假設(shè)用U和1分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，那么（）

圖4

A.I/=H0V,/=0.2A

B.t/=110V,/=0.05A

C.t/=ll（h/2V,/=0.2A

D.1/=110^2V,I巾A

解析：選A由于燈泡正常發(fā)光，故燈泡兩端電壓（即副線圈兩端電壓）為S=220V,

通過燈泡的電流（即副線圈中的電流）為/=^n7=O.lAo依據(jù)抱負變壓器電壓關(guān)系U1：u

2V2

=MI：n2,得Ui=110V,電流關(guān)系/i：，2=〃2："i,得/=0.2A,那么U=Ui=U0V,/=

/t=0.2Ao應(yīng)選項A正確。

二、易錯題與B月

7.如圖5所示，抱負變壓器的輸入電壓保持不變。副線圈通過輸電線接兩個相同的燈泡

I”和L2,輸電線的等效電阻為R。開頭時，開關(guān)S斷開，當(dāng)S閉合時，以下說法正確的選

項是（）

圖5

A.電壓表示數(shù)變大B.燈泡Li更亮

C.電流表示數(shù)增大D.變壓器的輸出功率減小

解析：選C當(dāng)S閉合時，R中電流增大，電壓表示數(shù)變小，燈泡Li變暗，變壓器的

輸出功率增大，電流表示數(shù)增大，選項C正確，A、B、D錯誤。

8.如圖6所示，與抱負變壓器相連的四只燈泡相同，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為3：

1,接在副線圈上的三只燈泡正常發(fā)光，那么對于串聯(lián)在原線

圈上的燈泡L（）

A.比正常發(fā)光時的亮度更大

B,也能正常發(fā)光

C.比正常發(fā)光時的亮度更暗

D.無法推斷其亮度變化狀況

解析：選B燈泡L的亮度如何，主要看燈泡L的實際功率多大，在此題中就是看通

過燈泡L的電流如何變化。

設(shè)每只燈泡的額定電流為/o,因并聯(lián)在副線圖兩端的三只燈泡正常發(fā)光，所以副線圈

中的電流，2=3/O,由勺=這得原線圈中的電流/產(chǎn)血，2=/o,恰為燈泡L的額定電流，因此

12rt|

燈泡L也正常發(fā)光。故B正確。

三、能力題?通

9.如圖7所示，變壓器的輸入電壓U肯定，兩個副線圈的匝數(shù)是〃2和"3。當(dāng)把電熱器

接。、b,讓C、d空載時，電流表讀數(shù)是當(dāng)把同一電熱器接c、d,讓4、力空載時，電

流表讀數(shù)是，3,那么，2：，3等于（）

圖7

A?〃2：〃3B.腹3：〃2

C.Z122:/l32D.//32:H22

解析：選C由變壓比知曰=興=得，由「入=產(chǎn)出知，當(dāng)電熱器接a、b,讓c、d空載

2

時，有。2=曹；當(dāng)把同一電熱器接c、d,讓0、力空載時，有03=竽，所以h:/3=班2：U3

=?122:?32,故答案為Co

10.（多項選擇）如圖8甲所示，一抱負變壓器給一個小燈泡供電。當(dāng)原線圈輸入如圖乙

所示的交變電壓時，額定電壓為Uo的小燈泡恰好正常發(fā)光，燈泡的電阻為R,圖中電壓表

為抱負電表。以下說法正確的選項是（）

A.變壓器輸入電壓的瞬時值為“=UmSin（爺，（V）

B.電壓表的示數(shù)為&U0

C.變壓器的輸入功率為誓

D.變壓器的匝數(shù)比為Um：Uo

解析：選AC由題圖乙知，變壓器輸入電壓的瞬時值為“=t/msin停，（V）,選項A正

硫；電壓表的示數(shù)為Uo,選項B錯誤；變壓器的輸入功率為誓，選項