3變壓器

［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.了解變壓器的構(gòu)造及工作原理.2.通過實驗探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與

匝數(shù)的關(guān)系.3.掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系.

一、變壓器的原理

1.構(gòu)造：由團合卷遒和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作原線圈,與

負(fù)載連接的線圈叫作副線圉.

2.原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ).原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中激

發(fā)的磁場也不斷變化,變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.

二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系

1.理想變壓器：沒有能曷?lián)p耗的變壓器叫作理想變壓器,它是一個理想化模型.

(I)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”.

(2)原、副線圈不計電阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”.

(3)閉合鐵芯中的渦流為零,即無“鐵損”.

2.電壓與匝數(shù)的關(guān)系

理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即皆=￥.

-----------------U2〃2

3.兩類變壓器

副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作隆壓變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高

的變壓器叫作升壓變壓器.

三、變壓器中的能量轉(zhuǎn)化

原線圈中電場的能量轉(zhuǎn)變成磁場的能量，通過鐵芯使變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈，在

副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場的能量轉(zhuǎn)化成了電場的能量.

O即學(xué)即用

1.判斷下列說法的正誤.

(1)理想變壓器原、副線圖的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比.(V)

(2)榆入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高.(X)

(3)變壓器能改變交變電流的電壓，也能改變恒定電流的也壓.(X)

(4)理想變壓器不僅能改變交變電流的電,壓和也流，也能改變交變電流的功率和頻率.(X)

(5)理想變壓器的輸入和輸出功率相等.(J)

2.一臺理想降壓變壓器從10kV的線路中降壓并提供200A的負(fù)載電流.已知兩個線圈的匝

數(shù)比為40：1,則副線圖中的輸出電壓為,輸出功率為,變壓器原線圖中的電

流為.

答案250V50kW5A

解析由%1=；，得V=250V；由理想變壓器功率關(guān)系，得

U2〃2〃I4U“I

戶入=產(chǎn)出=S八=S/2=250X200W=50kW,

rLPU2I2250X200

同時付1=777=ioxi（）3A=5A-

一、變壓器的原理

1.變壓器的構(gòu)造

變壓器由閉合鐵芯、原線圖、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號分別如圖甲、乙所

示.

2.變壓器的工作原理圖

注意（1）變壓器不改變交變電流的周期和頻率.（2）變壓器只對交變電流起作用，對恒定電流

不起作用.（3）變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的.

m11（多選）關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是（）

A.原、副線圈纏繞在一個閉合鐵芯上，是為了減少磁場能的損失，有效地傳送電能

B.鐵芯不用整塊金屬做成，是為了防止原、副線圈短路，造成危險

C.變壓器不改變交變電流的頻率，只改變電壓大小

D.當(dāng)原線圈接入恒定電流時，副線圈也有電壓輸出

答案AC

解析鐵芯不用整塊金屬做成是為了防止渦流產(chǎn)生較多的熱量從而燒壞變壓器，故B錯誤；

變壓器對恒定電流不起作用，D錯誤.

二、實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

1.實驗思路

交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其兩端有輸出

電壓.線圈匝數(shù)不同時輸出電壓不同，實驗通過改變原、副線圈匝數(shù)，探窕原、副線圈的電

壓與匝數(shù)的關(guān)系.

2.實驗器材

多用電表、可拆變壓器（如圖甲）、學(xué)牛電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干

3.實驗步驟

（1）按圖乙所示連接好電路，將兩個多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數(shù).

（2）接通學(xué)生電源，讀出電玉值，并記錄在表格中.

（3）保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值.

（4）保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線圈匝數(shù)和

對應(yīng)的電壓值.

4.實驗結(jié)論

實驗分析表明，在誤差允許范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即每

一〃2,

5.注意事項

（1）在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(guān)，再進(jìn)行操作.

（2）為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過I2V,通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接

線柱.

（3）為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被

測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量.

m21為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗，必須要選用的是.

A.有閉合鐵芯的原、副線圈

B.無鐵芯的原、副線圈

C.交流電源

D.直流電源

E.多用電表（交流電壓擋）

F.多用電表（交流電流擋）

用匝數(shù)知=60和叫=120的變壓器，實驗測量數(shù)據(jù)如下表，

U/V1.802.803.804.90

wv4.006.018.029.98

根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是（選填“兒”或）.

答案ACEnh

解析為了完成實臉，需要使用交流電源變壓，故選用多用電表的交流電壓擋.為了讓變壓

效果明顯，需要帶閉合鐵芯的原、副線圈.由于存在能量損耗，所以副線圈測量電壓值應(yīng)該

小于理論變壓值，即〃〃為榆入端，〃“為輸出端.

針對訓(xùn)練（多選）如圖所示，在用可拆變壓器“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”

實驗中，下列說法正確的是（）

A.用可拆變壓器，能方便地從不同接線柱上選取不同匝數(shù)的線圈

B.測量原、副線圈的電壓，可用“測定電池的電動勢和內(nèi)阻”實驗中的直流電壓表

C.原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱時，副線圈電壓大于原線圈電壓

D.為便于探究，先保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究其對副線圈電壓

的影響

答案AD

解析變壓器的輸出電壓限輸入電壓以及原、副線圈匝數(shù)之比都有關(guān)，因此需要用可拆變壓

C.電壓表的示數(shù)為V

D.副線圈輸?shù)慕涣麟姷闹芷跒?0s

答案A

解析原線圖中電壓的有效值為220V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可得，副線圖中也壓

的有效值為110V,則電壓表的示數(shù)為110V,故C錯誤；因為電阻R=55Q,故副線圈中的

電流為，2=^=2A,則原線圈中的電流為/|=方2=1A,電流表的示數(shù)為1A,故A正確；

由輸入功率和輸出功率相等可得原線圖中的輸入功率為P=/22R=（2A）2><55C=220W,故B

27r

錯誤；原線圖中交流電的周期為7=訴1vv7-Ts=0.02s,則副線圖中輸出交流電的周期也為0.02s,

故D錯誤.

n基礎(chǔ)對點練

考點一變壓器基本原理的理解

1.（多選）理想變壓器正常工作時，原、副線圈中?定相等的物理量是（）

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.原線圈的感應(yīng)電動勢和副線圈的感應(yīng)電動勢

答案ABC

2.關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是（）

A.通有止弦式交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變

B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等

C.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈

答案C

解析通有正弦式交變電流的原線圖產(chǎn)生的磁通量⑦是變化的，A錯誤：因理想變壓器無漏

磁，穿過原、副線圈的磁通量相等，故B錯誤；由互感現(xiàn)象知，C正確：原線圖中的電能轉(zhuǎn)

化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，原、副線圖通過磁場聯(lián)系在一起，電流不通過鐵芯，故D錯誤.

3.（多選）（2021?石家莊市月考）下列關(guān)于理想變壓器的說法正確的是（）

A.輸入功率等于輸出功率

B,輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為磁場能，再轉(zhuǎn)化為電能

C.輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為電場能，再轉(zhuǎn)化為電能

D.輸送的電能經(jīng)變壓器的鐵芯直接傳輸過去

答案AB

解析變壓器傳輸?shù)氖墙蛔冸娏?，?dāng)電流經(jīng)過原線圈時，在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，電能轉(zhuǎn)

化為磁場能，此變化的磁場在副線圖中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，若副線圈閉合，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，

磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，理想變壓器無漏磁，無能量損失，即輸入功率等于揄出功率，故A、

B正確，C、D錯誤.

考點二實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

4.在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中.

(1)為了確保實驗的安全，下列做法正確的是_____________________________________.

A.為了保證人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過12V

B.連接好電路后，可不經(jīng)檢杳電路是否正確，直接接通電源

C.因為使用電壓較低，通電時可用手直接接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱

D.為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測

(2)某實驗小組通過實驗，記錄的數(shù)據(jù)如下表：

原線圈匝數(shù)小100200400400

副線圈匝數(shù)〃2400400200800

原線圈兩端的電壓(/|(V)1.964.908.004.86

副線圈兩端的電壓s(v)7.809.763.909.64

通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出的實驗結(jié)論是.

答案(1)D(2)在誤差允訂范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈的電壓比等于通數(shù)比

解析(1)變壓器使用的是交流電壓，因此為了保證人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流

電源，所用電壓不超過12V,A錯誤：實驗通電前必須要先檢查電路是否正確，通電時用手

接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等，會將人體并聯(lián)入包路中，導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，同時也有安全

隱患，B、C錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行

測量，D正確.

(2)分析每組實驗數(shù)據(jù)，可知/與梟的值近似相等，可得出的實驗結(jié)論是，在誤差允許范圍內(nèi)，

變壓器原、副線圖的電壓比等于匝數(shù)比.

5.(2022?濟寧高二下期中)在“探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系”實驗中，

某同學(xué)利用如圖所示可拆式變壓器(鐵芯不閉合)進(jìn)行研究.

⑴實驗還需要下列器材中的;

(2)實驗中，圖中變壓器的原線圈接“0、8”接線柱，所接電源電壓為交流10.0V,副線圈接

“0、4”接線柱，則副線圖所接電壓表示數(shù)可能是.

A.22.0VB.15.0V

C.5.0VD.2.5V

答案（1）AD（2）D

解析（1）探究變壓器原、副線圖兩端的包壓與匝數(shù)的關(guān)系實臉要用到交流也壓表，B是直流

電流表，C是直流電壓表，A是多用電表，可以用多用電表的交流電壓擋測電壓；實驗中為

了保證人身安全，輸入電壓不能超過12V,需要學(xué)生電源，故選A、D.

（2）如果是理想變壓器，則也壓比等于匝數(shù)比，輸出電壓為5.0V,但可拆式變壓器鐵芯不閉

合，存在比較大的漏磁，實際輸出電壓小于5.0V,故D正確.

考點三變壓器的基本規(guī)律

6.（2019?江蘇卷）某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1：10,當(dāng)輸入電壓增加20V時，

輸出電壓（）

A.降低2VB,增力口2V

C.降低200VD.增加20()V

答案D

解析由毯式知貌港代入數(shù)據(jù)得AyZOOV，故D正確.

7.（2021?安徽皖北名校聯(lián)盟月考）如圖所示，理想變壓滯原、副線圈的匝數(shù)比為10：1,電阻R

=2C,電流表示數(shù)為1A,各電表均為理想電表，則下列說法正確的是（）

A.電壓表的示數(shù)為20V

B.流經(jīng)電阻R的電流大小為0.1A

C.電阻R消耗的電功率是400W

D.該變壓器為升壓變壓器

答案A

解析根據(jù)"3r知，輸出電流/2=2尸F(xiàn)xznOA，故電壓表示數(shù)UiR=IOX2V

=20V,A正確，B錯誤；電阻R消耗的電功率P=/22R=I（）2X2W=2OOW,C錯誤；由于

變壓器原線圉的匝數(shù)大于副線圖的匝數(shù)，故該變壓器為降壓變壓器，D錯誤.

8.如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比//,:小=4：1,電壓表和電流表均為理想電表，燈泡

電阻RL=UOQ，A、。端電壓〃產(chǎn)22（八Rsin100MV）.下列說法正確的是（）

A.副線圈輸出的交流電的頻率為25Hz

B.電壓表的示數(shù)為556V

C.電流表的示數(shù)為LOA

D.變壓器輸入功率為27.5W

答案D

解析由題可知，交流電的頻率，片喋Hz=5OHz,故A錯誤；原線圖兩端的電壓有效值

V=220V,由林或可知S=55V,電壓表的示數(shù)為55V,故B錯誤；電流表的

示數(shù)為，2度=帶A=0.5A,故C錯誤；變壓器的輸入功率等于輸出功率，大小為。=以

=55X0.5W=27.5W,故D正確.

9.（多選）如圖所示，。是熔斷電流為1A的保險絲，R為用電器，理想變壓器的原、副線圈的

匝數(shù)比為〃?:〃2=2：1.原線圈的電壓為〃=220Visin（l（>：）w）V.要使保險絲不熔斷，則（）

A.副線圈中電流最大值不超過2A

B.副線圈中電流有效值不超過2A

C.R的阻值一定不能小于55Q

D.R的阻值一定不能小于77Q

答案BC

解析保險絲的原理是電流的熱效應(yīng)，應(yīng)該用電流的有效值進(jìn)行計舁.由妙=華得：

U2〃2〃I

=1x220V=110V.由?=%得：/2=—/i=7><?A=2A,所以Rmin=^=55Q,故B、C正

Z12n\〃2I12

確.

!能力綜合練

10.如圖所示，一個原、副線圈匝數(shù)分別是200和100的理想變壓器，副線圈的兩端連接兩個

阻值均為20Q的電阻，原線圈接頻率為50Hz的正弦式交流電源，電壓表的示數(shù)為5V.電

流表、電壓表均為理想交流電表，則卜列說法正確的是（）

A.電流表的示數(shù)為0.5A

B.流過電阻的交變電流的頻率為100Hz

C.交流電源輸出電壓的最大值為2MV

D.交流電源的輸出功率為5W

答案C

解析副線圖中的電流為上=&A=0.25A,設(shè)原線圈中的電流為A,由￡=前導(dǎo)/i=和2=

0.125A,則電流表的示數(shù)為0.125A,選項A錯誤：流過電阻的交變電流的頻率為50Hz,選

項B錯誤：副線圖兩端的電壓為5=2X5V=10V,由空=4等Ui=472=20V,則交流電

V2m〃2

源的輸出電壓的最大值為2即V,選項C正確；P計=P，、=P#=S/2=10X0.25W=2.5W,

選項D錯誤.

11.如圖所示，弓理想變壓器相連的四只燈泡完全相同，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均正常發(fā)光，則串聯(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)光時的亮度暗

D.無法判斷其亮度變化情況

答案B

解析設(shè)每只燈泡的額定電流為/（?,因并聯(lián)在副線圖兩端的三只燈泡均正常發(fā)光，所以副線

圍中的電流/2=3/O,由￡成得原線圖中的電流/尸數(shù)=/O,恰為燈泡L的額定電流，因此

串聯(lián)在原線圖上的燈泡L正常發(fā)光，故選B.

12.