高中物理《变压器》教案

师：在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。

（二）进行新课 1．变压器的原理思考与讨论：

师：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。生：灯泡亮了。

师：两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？

生1：当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。

生2：实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。

师：变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

师：画出变压器的结构示意图和符号，互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。

师：在输入电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不一样，变压器由此得名。那么，变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。

实验目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干

实验步骤：

（1）按图示电路连接电路

（2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=1，n1=2，n2=1用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

（3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。 U1＝6V

（4）总结实验现象，得出结论。

注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。

（2）注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V

（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。

2．电压与匝数的关系

师：从实验中可以发现什么规律？

生：原、副线圈两端的`电压之比等于两个线圈的匝数之比。师：写出数学表达式。生：

U1n1X U2n2=U1n1XU2n2，只适用于理想变压器。

师：电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。

实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。师：理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？生：因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入

师：若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？

生：据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1

则：I1U2n2=I2U1n1

师：上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。

如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。那么两种变压器的匝数关系如何？生：升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。师：两种变压器原副线圈电流的大小关系如何？生：升压变压器，I2I1。

师：在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？

生：因为升压变压器，I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。

师：课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。

（三）课堂总结、点评

本节课主要学习了以下内容： 1．变压器主要由铁芯和线圈组成。

2．变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。

3．理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有P输出=P输入

U1N1IN

1X2

U2N2=I2N1

（四）实例探究 ☆理想变压器基本规律

【例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．交流的频率 C．电功率B．电流的有效值 D．磁通量变化率

解析：变压器可以改变原副线圈中的电流，因此原副线圈中的电流不一定有相同有效值，所以选B.由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈，因而原副线圈的磁通量变化率相同，D错.变压器的工作基础是电磁感应，副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的，A错.理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率，因此C错. 答案：B

点评：变压器工作时，原副线圈电压和电流不一定相同，但对理想变压器来说，原副线圈一定相同的量有（1）电功率，（2）磁通量变化率，（3）交流的频率 ☆理想变压器的综合应用

【例2】如图所示为一理想变压器，K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电压，I1为原线圈中的电流，则（）

A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大 B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小

C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大 D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大

解析：K由a合到b时，n1变小，而UI1n2n得I1=2I2由I2=2，RI2n1n1nUn，U2=2U1所以I1=22·1·U1，n2和R不变，n1减小时I1增大，所以A对。

Rn1n1=22n，2n2U2U1，K由b合到a时，P2=，而U2=U1，所以P2=2·.U1、n2和R不变，n1增大时P2，RRn1n1，2减小，所以B对。