3.4变压器学习目标：1．知道变压器的基本构造．2．理解变压器的工作原理．3．学会用变压器原、副线圈的电压与两线圈匝数的关系解决问题．4．知道常见的变压器的类型及它们的应用重点：学会用变压器原、副线圈的电压与两线圈匝数的关系解决问题．难点：理解变压器的工作原理预习新知：一、变压器的结构1．结构如图3-4-1中的实物是示教变压器，它像各种变压器一样，主要由铁芯和绕在铁芯上的线圈(也叫绕组)两部分组成，铁芯由硅钢片叠合而成，线圈由漆包线绕成．图3-4-1工作时，变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈(初级绕组)；另一个线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈(次级绕组)．2．作用能改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率．3．常用符号如图3-4-2甲所示，是由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成．图3-4-2乙是变压器的符号．甲乙图3-4-2二、变压器为什么能改变电压1．电磁感应现象是变压器的工作基础．当原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化，通过铁芯副线圈中的磁场也在不断变化，于是副线圈内产生了感应电动势．2．线圈的各匝导线之间是相互串联的，每匝的感应电动势加在一起，就是整个线圈的感应电动势．因此，在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高．[基础自测]1．思考判断(1)变压器主要用铁芯和绕在铁芯上的线圈组成．(√)(2)变压器不但能改变交流电流，也能改变直流电压．(×)(3)变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的，所以当原线圈接交流电源时，副线圈有电流输出．(×)(4)变压器的工作原理是电磁感应．(√)(5)变压器副线圈匝数多，则副线圈的电压高．(√)(6)变压器的输入功率决定输出功率，有P入＝P出．(×)2．下面可以将电压升高供给家用电灯的变压器是()C[电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，要接交流电，接直流电时变压器不工作，故C正确．]3．(多选)如图3-4-3所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是()图3-4-3A．图中M是闭合的铁芯B．发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出C．电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈D．变压器是根据电磁感应原理工作的AD[由题设知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，选项B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以C项错．故选A、D.]合作探究：理想变压器及其工作原理1.理想变压器的特点(1)变压器变压时不计能量损失，即输入功率等于输出功率．(2)原、副线圈不计内阻．因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此，理想变压器的输入功率等于输出功率，一般实际变压器都可以看成是理想变压器．2．变压器的工作原理电磁感应现象．当交变电流通过原线圈时，由于电流的大小和方向在不断改变，所以铁芯中的磁场也在不断变化，这样变化的磁场就在副线圈中产生感应电动势，由于原、副线圈匝数不同，所以副线圈中输出的电压与原线圈中的电压不同，这样就达到了改变交流电压的目的．[针对训练]1．如图3-4-4所示，变压器原、副线圈匝数比为1∶2，则副线圈中电压表读数为()图3-4-4A ．0 VB ．2 VC ．4 VD ．8 VA [由于原线圈接的是直流电源，所以通过副线圈的磁场不变，因此副线圈中电压表读数为0，选项A 正确．]理想变压器的规律1.理想变压器原、副线圈基本量的关系(1)升压变压器：n 2＞n 1时，U 2＞U 1，变压器使电压升高，这种变压器叫升压变压器． (2)降压变压器：n 2＜n 1时，U 2＜U 1，变压器使电压降低，这种变压器叫降压变压器．如图3-4-5所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W ”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )图3-4-5A ．电流表的示数为3 2220 AB ．电源输出功率为1 200 WC ．电流表的示数为3220A D ．原线圈端电压为11 V 【解析】 由灯泡正常发光可知，副线圈电压为220 V ，由U 1U 2＝n 1n 2可知，原线圈电压U 1＝20×220 V ＝4 400 V ，选项D 错误；又因输入功率等于输出功率，P 1＝P 2＝60 W ，故选项B 错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流I 1＝P 1U 1＝604 400 A ＝3220 A ，故选项A 错误，选项C 正确．【答案】 C[注意事项](1)变压器能改变交流电的电压、电流，不能改变周期、频率.(2)变压器遵守能量守恒定律：P 入＝P 出.[针对训练]2．如图3-4-6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3-4-6A ．U ＝110 V ，I ＝0.2 AB ．U ＝110 V ，I ＝0.05 AC ．U ＝110 2 V ，I ＝0.2 AD ．U ＝110 2 V ，I ＝0.2 2 A A [直接求出副线圈中的电压、电流分别为：220 V 、0.1 A ．故原线圈中的电压、电流分别为110 V 、0.2 A ．]作业：1．下列关于变压器的说法中正确的是( )A ．变压器是把电能通过磁场能再次转换成电能的装置B ．变压器的原、副线圈组成闭合回路C ．变压器的铁芯中产生交变电流D ．变压器的副线圈中产生直流电A [变压器就是将电能通过磁场能转化为电能的装置，故A 正确．变压器是根据互感原理制成的，原、副线圈并不能构成闭合回路，变压器铁芯中没有电流但有磁通量的变化，在原、副线圈中的电流都是交流电，由此可知B 、C 、D 错误．]2．一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝20∶1，原线圈接入220 V 的交流电压，副线圈向一电阻为110 Ω的用电器供电，则副线圈中的电流为( )A ．2 AB ．0.1 AC ．0.5 AD ．0.005 AB [由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2n 1U 1＝120×220 V ＝11 V ，副线圈中电流为I 2＝U 2R ＝11110 A ＝0.1 A ，故选项B 正确．]3．(多选)理想变压器的原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )A ．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B ．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C ．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D ．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1BD [对理想变压器，可以认为无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁场相同，磁通量的变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，才导致电压与匝数成正比；理想变压器可以忽略热损耗，故输入功率等于输出功率．在本题中由于交变磁场变化在原、副线圈中相等，故电压比等于匝数比，用此规律可由电压比求匝数比．故选B 、D .]4．下列图中可以将电压升高供给家用电灯的变压器是( )解析：选C电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，原线圈要接交流电，接直流电时变压器不工作，故C正确。
5.如图所示，理想变压器的原线圈接入u＝11 000 2sin 100πt V的交变电压，副线圈通过电阻r＝6 Ω的导线对“220 V,880 W”的电器R L供电，该电器正常工作。
由此可知()A．原、副线圈的匝数比为50∶1B．交变电压的频率为100 HzC．副线圈中电流的有效值为4 AD．变压器的输入功率为880 W解析：选C根据接入电压u＝11 0002sin 100πt V，输入电压有效值为11 000 V，要使“220 V,880 W”的电器正常工作，则通过用电器的电流为I＝PU＝4 A，副线圈输出电压为U出＝Ir＋U＝4×6 V＋220 V＝244 V，原、副线圈匝数比等于输入电压与输出电压之比为2 750∶61，A错误，C正确；交流电的频率f＝ω2π＝100π2πHz＝50 Hz，B错误；变压器的输出功率P出＝P R L＋P r＝880 W＋42×6 W＝976 W，D错误。
6．如图所示，为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用灯泡相同，且规格都是“220 V,40 W”，当灯泡所消耗的功率都调为20 W时，哪种台灯消耗的功率最小()解析：选C C图为理想变压器调节电压，而理想变压器不消耗能量，A、B、D三图中均利用电阻来调节灯泡上的电压，故一定会多消耗能量。
C正确。
7．理想变压器正常工作时，原、副线圈中不相同的物理量为()A．每匝线圈中磁通量的变化率B．交变电流的频率C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率D．原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势解析：选D理想变压器是没有能量损失的变压器，铁芯中无磁漏现象，所以每匝线圈中磁通量相等，其变化率相等，故A、C不符合题意；根据变压器的工作原理及用途可知，B不符合题意，D符合题意。
8.一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原来线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )A ．1 100,360B ．1 100,180C ．2 200,180D ．2 200,360解析：选B 对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得n 1＝n 3U 1U 3＝5×2201＝1 100，变压器烧坏前，同理可得n 2＝n 1U 2U 1＝1 100×36220＝180，故B 正确。
9．如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。
当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定电压为U 0的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为R ，图中电压表为理想电表。
下列说法正确的是( )A ．变压器输入电压的瞬时值为u ＝U m sin ⎝⎛⎭⎫2πT t V B ．电压表的示数为 2 U 0C ．变压器的输入功率为U 02RD ．变压器的匝数比为U m ∶U 0解析：选AC 由题图乙知，变压器输入电压的瞬时值为u ＝U m sin ⎝⎛⎭⎫2πT t V ，选项A 正确；电压表的示数为U 0，选项B 错误；变压器的输入功率为U 02R ，选项C 正确；由变压器变压公式，变压器的匝数比为U m ∶2U 0，选项D 错误。