高中物理第3章电能的输送与变压器32变压器为什么能改变电压33电能的开发与利用教师用书沪科版选修Word文档格式.docx
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与负载相连的线圈（也叫次级线圈），匝数用n2表示.
（2）输入电压与输出电压.
输入电压：
原线圈两端的电压，用符号U1表示.
输出电压：
副线圈两端的电压，用符号U2表示.
4.常见的变压器
（1）电力变压器：
用于电能输送，有升压变压器，也有降压变压器，一般功率较大.
（2）自耦变压器：
只有一个线圈，线圈的起始端既是原线圈的一端，也是副线圈的一端.线圈上有一边刮去了绝缘漆，当金属触头沿此边滑动时，就改变了副线圈的匝数，从而改变了输出电压.
（3）互感器：
是一种变压器，有电压互感器和电流互感器，用于测量高电压和大电流.
（4）电源变压器：
用于将220V电压转换成所需要的低压直流电.
1.变压器的基本原理是电磁感应.（√）
2.变压器不能改变恒定电流的电压.（√）
能否去掉变压器的闭合铁心？
【提示】 不能.变压器的闭合铁心起导磁作用，如果没有铁心，原线圈电流产生的磁通量只有少量通过副线圈，会有大量的能量损失，变压器效率会很低.故变压器的铁心不可缺少.
如图3 2 2所示，是理想变压器的结构示意图和电路符号.
结构示意图 电路符号
图3 2 2
探讨1：
由图可知，变压器的原、副线圈之间并没有导线相连，副线圈却能输出电流，这是什么原因？
【提示】 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，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流.恒定不变的电流不能产生变化的磁场，不满足产生感应电动势的条件，所以变压器不能够改变恒定电流的电压.
探讨2：
变压器能改变交流电的频率吗？
【提示】 变压器在工作时，原、副线圈磁通量的变化情况相同，所以变压器不能改变交流电的频率.
1.理想变压器
（1）没有漏磁（磁感线全部集中在铁芯中）.
（2）没有能量损失，即铁芯中无内能产生，线圈中无内能产生（线圈电阻忽略不计）.
2.理想变压器的“两不改变”与“两改变”.
（1）两不改变：
①不改变功率
理想变压器不计铜损、铁损与漏磁，所以输入功率等于输出功率，P入＝P出.当副线圈为断路时，原线圈的输入功率为零.
②不改变频率
在原线圈中接上周期性变化的电流，在副线圈中会激发出同频率的交变电源.
（2）两改变：
①改变电压
②改变电流.
2.两类互感器的特点及电路连接方式
（1）互感器本质上是变压器，互感现象在其工作原理的基础上，将互感器分为电压互感器和电流互感器.
（2）电压互感器和电流互感器的比较
电压互感器
电流互感器
原线圈的连接
原线圈并联在高压电路中
原线圈串联在待测高电流电路中
副线圈的连接
连接电压表
连接电流表
互感器的作用
将高电压变为低电压
将大电流变为小电流
结合匝数比可计算出的结果
高压电路的电压
大电流电路的电流
原理图
1.一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（ ）
A.交流电的频率B.电流的有效值
C.电功率D.磁通量的变化率
【解析】 一个正常工作的理想变压器，原、副线圈的磁通量的变化率，交流电的频率、电功率均相等，而电流的有效值不一定相等，故选B.
【答案】 B
2.关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是（ ）
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
【解析】 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；
因理想变压器无漏磁，故B错误；
由互感现象知C正确；
原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁场联系在一起，故D错误.
【答案】 C
3.在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器.如下四个图中，能正确反映工作原理的是（ ）
A B C D
【解析】 电流互感器应串联在高压电路中，属于升压变压器，故A正确.
【答案】 A
1理想变压器是一种理想化模型，自身不损耗任何能量.
2电压互感器应并联在电路中，而电流互感器应串联在电路中.
探究变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系
1.电压与匝数的关系
（1）电压与匝数的关系：
原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即＝.
（2）两类变压器：
副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；
副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器.
2.电流关系和功率关系
（1）电流与匝数关系：
原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即＝.
（2）功率关系：
变压器的输入功率等于输出功率，即P1＝P2.
1.变压器能改变交流电压、交流电流.（√）
2.理想变压器原、副线圈电流之比等于匝数之比.（×
）
3.理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比.（√）
根据变压器两个线圈匝数的多少，如何区分哪是高压线圈？
哪是低压线圈？
【提示】 变压器的电压与原、副线圈匝数的关系＝可知，匝数多的为高压线圈，匝数少的为低压线圈.
如图3 2 3所示，为一理想变压器、匝数分别为n1、n2.
图3 2 3
若此变压器为一降压变压器，且n1为原线圈，则n1、n2的大小关系如何？
【提示】 n1＞n2
原、副线圈磁通量的变化率大小关系如何？
原、副线圈感应电动势大小存在怎样的关系？
【提示】 原、副线圈磁通量的变化率大小相等，由E1＝n1，E2＝n2可知，＝.
1.理想变压器的电压、电流、功率关系
规律表示
依据
备注
电压关系
＝
E＝n
适用于一个原线圈、一个副线圈的情况；
适用于一个原线圈和多个副线圈的情况
＝＝…
功率关系
P入＝P出
能量守恒
适用于理想变压器
电流关系
U1I1＝U2I2
适用于一个原线圈、一个副线圈的情况
n1I1＝n2I2
＋n3I3＋…
＋U3I3＋…
适用于一个原线圈多个副线圈的情况
2.变压器工作时的制约关系
（1）电压制约：
当变压器原、副线圈的匝数比（）一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝.
（2）功率制约：
P出决定P入，P出增大时，P入也随之增大；
P出减小时，P入也随之减小；
P出为0，P入也为0.
（3）电流制约：
当变压器原、副线圈的匝数比（）一定时，且输入电压U1确定，副线圈中输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝.
3.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，负载电阻变化，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1；
（2）负载电阻不变，匝数比变化，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.
4.（2015·
江苏高考）一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220V交变电流改变为110V.已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为（ ）
A.200 B.400
C.1600D.3200
【解析】 根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系＝，得n2＝＝＝400，选项B正确.
5.（多选）如图3 2 4所示为一含理想变压器的电路图，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则（ ）
图3 2 4
A.保持U1及P的位置不变，S由a扳向b时，I1将增大
B.保持U1及P的位置不变，S由b扳向a时，R消耗功率增大
C.保持U1不变，S接在a处，使P上滑，I1将增大
D.保持P的位置不变，S接在a处，若U1增大，I1将增大
【解析】 保持U1及P的位置不变，S由a扳向b时，n1减小，增大，则U2＝U1，知U2变大，则输出电流I2增大，输出功率增大，输入功率也增大，由P1＝U1I1知，I1增大，A正确；
同理，S若由b扳向a，R消耗功率将减小，B错误；
U1不变，S接在a处，使P上滑时，I2减小，I1也减小，故C错；
保持P的位置不变，S接在a处，使若U1增大，则U2也增大，即I2＝增大，由I1＝I2知，I1也应增大，故D正确.
【答案】 AD
6.收音机的变压器的初级线圈有1210匝，接在U1＝220V的交流电源上，变压器有两个次级线圈.次级线圈Ⅱ的匝数为35匝，次级线圈Ⅲ的匝数是1925匝.如果不计变压器自身的能量消耗，当变压器工作时，线圈Ⅱ的电流是0.3A时，初级线圈的电流I1＝0.114A.求线圈Ⅲ中的电流和输出电压（电流的计算结果保留3位有效数字）.
【解析】 U2＝U1＝×
220V＝6.36V.
U3＝U1＝×
220V＝350V.
不计变压器自身的能量消耗，由能量转化和守恒定律
P1＝P2＋P3，I1U1＝I2U2＋I3U3，
I3＝＝0.0662A
【答案】 0.0662A 350V
理想变压器的两类动态问题
（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.
电能的开发和利用
1.电能——能源家族的天之骄子
（1）电能与其他形式的能之间容易转换.
（2）可以集中生产，便于输送和分配，易于控制与管理.
（3）电能的转换效率高.
2.我国电能开发利用现状
（1）火力发电为主，发电量占总发电量的71%；
火力发电污染严重，而且所用煤是一次性能源，不能再生；
（2）水力发电占总发电量的24.1%；
水力发电几乎没有污染，而且水力是可再生能源，但受地域限制.
3.电能开发与利用的前景
（1）目前，世界各国基本上是以火力发电和水力发电为主.火力发电要大量消耗煤炭等不可能再生能源，而且放出的二氧化碳和烟尘影响空气质量，形成的酸雨会损害生物的生长发育.
（2）太阳能是一种理想的能源.利用太阳能发电卫生干净，不产生公害.目前利用太阳能发电的途径主要有两种：
一是太阳光发电，二是太阳热发电.
（3）核能发电是把核燃料的核能转化为电能.核能发电是一个备受争议的话题.究其原因，高成本和核污染是核电站的致命弱点，这影响了人们对核能发电发展前景的估计.
（4）风力发电是把风的动能转换为电能.虽然现在风力发电量不到全世界发电量的1%，但随着风力发电技术的不断进步，人类环保意识的不断增强，风力发电将迎来一个非常繁荣的时代.
（5）地热发电、海浪发电和潮汐发电都是获得电能的好途径.
1.电能的转换效率要明显高于内能的转换效率.（√）
2.风能、潮汐能、太阳能等
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