师：各位同学，大家好。今天我们一起来学习高二物理粤教版选择性必修2第三章第三节变压器第一课时。在上一节课，我们学习了交流电。那在日常生活中，大家知道以下电器或电子设备的工作电压吗？摄像头12伏，智能手机3.7伏，洗衣机220伏，警用电击棍2万伏。但是发电厂发出的交流电压高达几万伏，而我们家庭电路的电压为220伏。那如何使各种额定电压不同的用电器正常工作呢？这就需要一种能改变交变电流电压的电气设备。变压器就是一种用于改变交流电压的设备，今天我们一起来学习变压器。
首先，我们来看一下日常生活中的变压器，有变电站的大型变压器、城乡街头的变压器，还有各式各样的变压器，以及实验室用的可拆式变压器。变压器的种类虽多，但内部结构基本相似，主要由闭合的铁心和绕在铁心上的线圈组成。其中，闭合铁心由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈用绝缘导线绕成。这是一个可拆式变压器。为方便研究，我们尝试用物理建模的方法，抓取它的主要部分，忽略次要部分。它的主要组成部分有原线圈、副线圈、铁心。要注意的是，铁心和线圈之间是互相绝缘的。所以，我们画出它的示意图。
左边这个部分代表原线圈，也称为初级线圈，其电压称为输入电压，用U?来表示。回字形结构是铁心，右边部分是副线圈，也称为次级线圈，其电压用U?来表示，代表输出电压。在电学里，我们常常还会进一步简化，于是把这个示意图简化成电路图中的符号。大家可以看到，这个符号左边N?代表原线圈，右边N?代表副线圈，中间部分是铁心。
了解完变压器的构造，大家肯定好奇它是如何工作的，工作原理又是怎样的呢？接下来，我们通过一个简单小实验来探究一下。把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源两端，另一个线圈连到小灯泡上，小灯泡可能会发光吗？大家带着这个疑问，一起来看实验视频。小灯泡为什么会发光呢？原因在于小灯泡两端有电压，而这个电压来源于副线圈。换句话说，小灯泡发光是因为副线圈中产生了电压。但我们知道副线圈和原线圈并没有直接相连，那副线圈的电压是怎么产生的呢？我们带着这个疑问，继续观察实验视频。
将原线圈套在变压器的铁心上，研究线圈通交流电后产生的磁场。把一个闭合铝环套在铁心中，将线圈0与8之间加220伏交流电压，观察铝环的行为，说明通电的线圈有磁场产生。取一个线圈，该线圈与一个小灯泡串联，将变压器的原线圈接上交流电压，再将小灯泡放入铁心中，发现小灯泡发光，说明通以交流电的线圈产生的是变化磁场。将副线圈放入另一个铁芯中，并将铁芯闭合在原线圈中，通交流电，副线圈将能产生感应电动势。
好，我们一起来分析一下。根据实验现象，我们发现电流通过原线圈时在铁心中激发磁场，由于原线圈中电流的大小和方向不断变化，该电流产生的磁场也不断变化。这个变化的磁场不但穿过原线圈，也穿过了副线圈，所以变化的磁场在副线圈产生感应电动势。我们更具体地探究这个问题，这是一个变压器的示意图，我们在原线圈中加交变电压，原线圈中就会产生交变电流。原线圈中的交变电流会使原线圈在铁芯中产生交变磁场，这个交变磁场穿过副线圈，副线圈中磁通量发生变化，因此副线圈中就会产生感应电动势，这就是变压器的工作原理。通过这里我们可以发现，变压器的原理本质上是电磁感应。
那么，从能量角度如何剖析变压器的原理呢？我们尝试分析一下。首先，能量从原线圈输入电能，原线圈输入的电能转换成磁能，磁能在副线圈这里转换出副线圈输出的电能。大家思考一下，变压器的铁心在这里起什么作用呢？通过研究我们发现，铁心的存在本质上是使绝大部分磁场集中在铁心内，大大增强了变压器传输电能的效率，这就是铁心的作用。
了解完变压器工作原理，大家可能会有疑问，变压器输出的电压到底是如何变化的呢？所以，我们现在来探究下一个问题，探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系。我们一起来观察这个实验视频。
师：变压器电压跟匝数有什么关系呢？这是可拆变压器，右边是初级线圈，我们用的是1600匝，接在220伏交流电源上。左边是次级线圈，我们先测量匝数为100匝的线圈两端电压。这是多用数字表，我们现在用的是交流电压档，测出电压是12.4伏。改用400匝，量出电压是53.2伏。在实验误差允许的范围内，电压跟匝数是成正比的。把可拆变压器拆开，去掉次级线圈，自己在铁芯上绕一个线圈，共绕30匝，在20匝处留一个抽头，把两端及抽头处的绝缘皮去掉。把初级接上220伏交流电压，用电压表实际测量次级匝的电压值是1.34伏，再测量20匝的电压是2.70伏，30匝的电压是4.05伏。可以看出，在实验误差允许的范围内，电压跟匝数是成正比的。
从实验结果不难看出，在实验误差允许的范围内，变压器的电压跟匝数成正比。
师：好，通过刚才的实验，我把实验数据记录在这里。大家不难发现，在实验误差允许的范围内，原线圈的电压U?比上副线圈的电压U?，近似等于原线圈的匝数N?比上副线圈的匝数N?，也就是变压器原副线圈上的电压之比，近似等于它们的匝数之比。那原副线圈的电压之比的关系到底是怎样的呢？我们可以尝试理论推导一下，大家想到用什么公式推导了吗？对，法拉第电磁感应定律。接下来我们利用法拉第电磁感应定律进一步探究变压器原副线圈的电压与线圈匝数之间的关系。