6 变压器
[学科素养与目标要求]
物理观念：1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释．
科学思维：1.理想化方法构建变压器模型.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．
科学探究：了解探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程，分析现象得出探究结果．
一、变压器的结构与原理
1．结构：变压器包括三个基本组成部分，一个铁芯及两组线圈．两组线圈中的一组与电源相连，称为原线圈，也叫初级线圈；另一组接负载，称为副线圈，也叫次级线圈．
2．原理：当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过原线圈也穿过副线圈，在原、副线圈中都产生感应电动势．
二、理想变压器的电压与匝数的关系
1．理想变压器：原、副线圈电流产生磁场的磁感线都集中在铁芯内，且没有能量损耗的变压器．
2．电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比，即＝.
三、理想变压器的电流与匝数的关系
1．理想变压器的输入功率＝(选填“>”、“<”或“＝”)输出功率，即U1I1＝U2I2.
2．理想变压器的电流与匝数关系：只有一个副线圈时，＝.
四、电压互感器和电流互感器
1．电压互感器是一种降压变压器，它的初级并联在高压交流线路上，次级与交流电压表相连．
2．电流互感器是一种升压变压器，它的原线圈串联在被测交流电路中，副线圈与交流电流表相连．
1．判断下列说法的正误．
(1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．( √ )
(2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．( × )
(3)我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．( × )
(4)理想变压器不能改变交变电流的频率．( √ )
2．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则副线圈中的输出电压为________，输出功率为________，变压器原线圈中的电流为________．
答案 250 V 50 kW 5 A
解析 由＝，得U2＝＝ V＝250 V；由理想变压器功率关系，得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝250×200 W＝50 kW，同时得I1＝＝ A＝5 A.
一、变压器的原理及电压与匝数的关系
如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上．连接电路，接通电源，小灯泡能发光．
(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？
(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？如果不相等，与什么因素有关？
(3)若将原线圈接在恒定的直流电源上，小灯泡发光吗？为什么？
答案 (1)当左边线圈连接交流电源时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在右边线圈中会产生感应电动势，右边线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．
(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边线圈匝数为n1，则U1＝E1＝n1.若右边匝数为n2，则U2＝E2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，这样看来只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等．小灯泡两端的电压，即副线圈两端的电压与原、副线圈匝数比有关．
(3)不发光，因为无法在副线圈中产生感应电动势．
