师：同学们好，今天我们来学习第五章第四节变压器。先看一组数据，不同用电器的额定电压不同，比如手机充电器，有4.2伏、4.4伏和5.3伏等。而我国民用统一供电电压为220伏，这些用电器怎样才能正常工作呢？如何把220伏的统一供电电压调整到适合不同用电器使用呢？这就需要一种设备——变压器。
大家看下面三幅图，第一幅是大型变电站的变压器，第二幅是路边的变压器，第三幅是手机充电器，它也是一个变压器。今天我们从四个方面学习变压器：一、基本构造；二、工作原理；三、基本规律；四、常见变压器。
先讲基本构造，这里有实物图、示意图和电路图。变压器基本构造有：一是原线圈，也叫初级线圈，匝数常用N1表示。原线圈与外界交变电源相连，将电能转化为磁场能，产生交变磁场。二是副线圈，也叫次级线圈，匝数常用N2表示。副线圈一般连接负载，把磁场能转化为电能向外输送。三是闭合铁心，由绝缘的硅钢片叠合而成，形成闭合磁路，减少磁场能损失。变压器中，常用U1表示输入电压，U2表示输出电压，铁心与线圈相互绝缘。
同学们思考一下，变压器的副线圈和原线圈电路接通了吗？从基本构造可知，原线圈和副线圈是相互独立的两组线圈，并不相通。给原线圈接交变电压U1后，副线圈的电压U2是怎么产生的呢？我们来看一个模拟实验，把两个相互独立的线圈套在同一个闭合铁心上，一个线圈连到学生电源两端，分别通以恒定直流电和正弦交流电，另一个线圈连到额定电压为3.8伏的小灯泡上。这两种情况下，小灯泡会发光吗？
两幅图右侧都通过副线圈接了额定电压为3.8伏的小灯泡，不同的是左侧，第一个原线圈接恒定直流电源，第二个原线圈接交流电源。开关闭合后，看看两幅图的结果。图一中，按下开关，左侧通恒定电流，但右侧电路没电流，小灯泡不亮。再看第二幅图，按下交流电源开关，左侧通电，右侧线圈也有电流，小灯泡发光。
为什么会有两种不同结果呢？第一幅图中，按下电源开关通恒定电流，铁芯中产生恒定磁场，副线圈磁通量不变，没有感应电动势和感应电流，小灯泡不亮。第二幅图，按下开关通交流电，原线圈产生交变磁场，副线圈磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，小灯泡发光。
回顾一下这个过程，原线圈加交变电压U1，产生交变电流，因电流磁效应，在铁芯中产生交变磁场，穿过副线圈的磁通量改变，根据电磁感应，副线圈产生交变感应电动势U2，接上灯泡就有感应电流，小灯泡亮。此时感应电流反过来产生感应交变磁场，这种在原副线圈中因交变电流发生的互相感应现象，叫互感现象。变压器通过闭合铁心利用互感现象，实现了电能到磁场能再到电能的转化，闭合铁心相当于磁路。由于原副线圈电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁心，能量转化损失小。为研究方便，物理学引入理想化模型——理想变压器。
理想变压器有以下特点：一无磁损，即闭合铁心封闭性好，无漏磁现象，穿过原、副线圈的磁通量变化量和变化率相同；二无铁损，铁心中感应涡流可不计，认为铁心不发热；三无铜损，线圈绕组电阻可忽略不计。
接着讲电压关系，理想变压器不考虑铜损，不考虑相位关系时，电压关系就是感应电动势关系。由法拉第电磁感应定律$u = n\frac{\Delta\varPhi}{\Delta t}$，无漏磁现象，磁通量变化率相同，电压与匝数成正比，即$\frac{U1}{U2}=\frac{N1}{N2}$，原副线圈两端电压之比等于匝数之比。
功率关系，因为没有能量损耗，输入功率等于输出功率，即$P1 = P2$。
电流关系，因为$P1 = P2$，把$P = UI$代入，$P1 = U1I1$，$P2 = U2I2$，可得$\frac{I1}{I2}=\frac{U2}{U1}$，再结合电压关系，得出$\frac{I1}{I2}=\frac{N2}{N1}$，即原副线圈两端电流之比等于匝数反比。需说明，该规律只适用于副线圈单组的情况。
对于副线圈单组的变压器，由$\frac{U1}{U2}=\frac{N1}{N2}$，若副线圈匝数$N2$大于原线圈匝数$N1$，$U2$就大于$U1$，这种叫升压变压器；反之，$N2$小于$N1$，$U2$小于$U1$，叫降压变压器。实际中，铜线电阻虽小但不为零，会发热。从焦耳定律和节约材料考虑，高压线圈电压大、匝数多、电流小，常采用较细导线绕制；低压线圈匝数少、电流大，常采用较粗导线绕制。这里的粗和细是相对的。
输入端下标用e表示，如匝数$N1$，电流$I1$，电压$U1$，功率$P1$；输出端下标用r表示，如匝数$N2$，电流$I2$，电压$U2$，功率$P2$。r端认为是负载，可调节。
变压器根据互感现象设计，只能改变交变电流，不能改变恒定电流；输入端和输出端周期、频率相同，即$T_{入}=T_{出}$，$f_{入}=f_{出}$；输入、输出端功率、电压和电流存在因果关系：一、输出功率$P2$决定输入功率$P1$，且$P2 = P1$。如副线圈空载，相当于断路，$r$趋近无穷大，$I2 = 0$，$P2 = 0$，$P1$也为0。二、输入电压$U1$决定输出电压$U2$，且$\frac{U1}{U2}=\frac{N1}{N2}$。如$U1$不变，匝数不变，无论负载怎么变，$U2$不变。$U1$不变，$N1$、$N2$不变，$U2$不变，负载增大，电流减小，$P2 = U2I2$减小，根据功率关系，$P1$减小，$P1 = U1I1$，$I1$减小。三、输出电流$I2$决定输入电流$I1$，且满足一定比值关系。四、原副线圈中匝数较少的线圈，导线较粗，通过电流较大。
拓展一下，如果副线圈是多组的，比如有两组$N2$和$N3$，甚至更多$N4$、$N5$等。电压关系，由于穿过原副线圈磁通量不变，电压依然和匝数成正比，即$\frac{U1}{U2}:\frac{U3}{U1}=\frac{N1}{N2}:\frac{N3}{N1}$。功率关系，输入功率等于输出功率，即$P1 = P2 + P3 +\cdots$。电流关系，从功率关系着手，$P1 = P2 + P3$，把$P = UI$代入，$P1 = U1I1$，$P2 = U2I2$，$P3 = U3I3$，得出方程后，再把电压关系代入，化简成匝数和电流关系。