2022-2023學年人教版選擇性必修第二冊 第三章 3.變壓器 學案

1、3變壓器【課程標準】通過實驗，探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系?！舅仞B(yǎng)目標】1.理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理。(物理觀念)2掌握理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關系及應用。掌握理想變壓器的功率關系，并導出原、副線圈中的電流關系及應用。(科學思維)一、變壓器的原理1變壓器的構造由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，如圖所示。(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈。(2)副線圈：與負載連接的線圈，也叫次級線圈。2原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎。原線圈中電流的大小、方向不斷變化，在鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢。3作用：改變交變電流的電壓，不改變交變電

2、流的周期和頻率。二、 電壓與匝數(shù)的關系1理想變壓器(1)定義：沒有能量損失的變壓器。(2)特點變壓器鐵芯內無漏磁。原、副線圈不計內阻，即不產生焦耳熱。鐵芯中不產生渦流。2原、副線圈的電壓關系(1)對理想變壓器，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的 eq f(,t) ，根據(jù)法拉第電磁感應定律有E1n1 eq f(,t) ，E2n2 eq f(,t) ，所以 eq f(E1,E2) 。(2)由于不計原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓U1E1，副線圈兩端的電壓U2E2，所以 eq f(U1,U2) 。當有多組線圈時，則有 eq f(U1,n1) eq f(U2,n2) eq f(U3,n3) 3兩

3、類變壓器(1)降壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器。(2)升壓變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器。變壓器線圈中的電流越大，所用的導線應當越粗。如圖所示為一小區(qū)的降壓變壓器，假設它只有一個原線圈和一個副線圈，則哪個線圈應該使用較粗的導線？提示：副線圈應該使用較粗的導線。小紅同學在學習了變壓器知識后，得到以下結論：理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比。輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高。變壓器能改變交變電流的電壓，也能改變恒定電流的電壓。理想變壓器原、副線圈中每匝線圈中磁通量的變化率相同。理想變壓器的輸入和輸出功率相等。你的判斷：正確的結論有。任務一

4、、理想變壓器的基本關系現(xiàn)在部分手機已經可以實現(xiàn)無線充電，其中一種無線充電主要通過在充電器面板和手機背面各安裝一個線圈來實現(xiàn)，如圖所示。探究：若僅改變手機線圈匝數(shù)，手機線圈兩端電壓會發(fā)生改變嗎？提示：若僅改變手機線圈匝數(shù)，手機線圈兩端電壓會發(fā)生改變。1電壓關系：U1U2U3n1n2n3或 eq f(U1,n1) eq f(U2,n2) eq f(U3,n3) 2功率關系：輸入功率等于輸出功率，即P入P出，U1I1U2I2。3電流關系：由功率關系可知，當只有一個副線圈時， eq f(I1,I2) eq f(U2,U1) eq f(n2,n1) ；當有多個副線圈時，I1U1I2U2I3U3，I1n1

5、I2n2I3n34原、副線圈的交變電流的周期T和頻率f相同。 變壓器中提到的電壓關系、電流關系、電路中電表的示數(shù)等，指的都是交流電的有效值?！镜淅?】(多選)某同學通過理想變壓器把電壓u220 eq r(2) sin (100t)V的交變電流降壓后，給一個標有“20 V1 A”的燈泡供電，變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101。為使燈泡正常工作，可以在原線圈串聯(lián)一個電阻R1或在副線圈串聯(lián)一個電阻R2(圖中未畫出)，則下列說法正確的有()A該交變電流方向每秒鐘改變100次B燈泡正常工作時，原線圈電流的有效值為10 ACR1R21001DR1與R2的功率之比為101【解析】選A、C。根據(jù)角速度公式 eq

6、f(2,T) 2f，f50 Hz，一秒鐘有50個周期，由于一個周期電流方向改變2次，即電流方向改變100次，A正確；副線圈上的電流I2IL1 A，根據(jù)原、副線圈電流與匝數(shù)成反比 eq f(I1,I2) eq f(n2,n1) ，I10.1 A，B錯誤； 原線圈串聯(lián)一個電阻R1，交變電流的電壓有效值U有 eq f(U,r(2) 220 V，U2UL20 V，根據(jù)原、副線圈電壓與匝數(shù)成正比， eq f(U1,U2) eq f(n1,n2) ，U1200 V，R1兩端的電壓U有U120 V，R1200 ，副線圈串聯(lián)一個電阻R2，根據(jù)原、副線圈電壓與匝數(shù)成正比 eq f(U有,U2) eq f(n1,

7、n2) ，U222 V，R2兩端的電壓U2UL2 V，R22 ，由上可得R1R220021001，C正確；根據(jù)功率公式 eq f(P1,P2) eq f(I eq oal(sup1(2),sdo1(1) R1,I eq oal(sup1(2),sdo1(2) R2) eq f(1,1) ，D錯誤。1如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221，和均為理想電表，燈泡電阻RL6 ，A、B兩端電壓u112 eq r(2) sin 100t(V)。下列說法正確的是()A.電流頻率為100 HzB的讀數(shù)為24 VC的讀數(shù)為0.5 AD變壓器輸入功率為6 W【解析】選D。根據(jù)u112 eq r(2)

8、sin 100t(V)及U eq f(Um,r(2) 知U112 V，f eq f(,2) 50 Hz，A錯誤；根據(jù) eq f(U1,U2) eq f(n1,n2) 得U2 eq f(n2,n1) U1 eq f(1,2) 12 V6 V，即的讀數(shù)為6 V，B錯誤；又I2 eq f(U2,RL) eq f(6,6) A1 A，即的讀數(shù)為1 A，C錯誤；根據(jù)P1P2及P2 eq f(U eq oal(sup1(2),sdo1(2) ,RL) eq f(62,6) W6 W，D正確。2(多選)如圖所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開關S后，用電器正常工作，

9、交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是()A變壓器輸入功率為484 WB通過原線圈的電流的有效值為0.6 AC通過副線圈的電流的最大值為2.2 AD變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2113【解析】選B、D。變壓器的輸入功率P1P2I2U22.260 W132 W，選項A錯誤；由 eq f(U1,U2) eq f(n1,n2) 得 eq f(n1,n2) eq f(U1,U2) eq f(220 V,60 V) eq f(11,3) ，選項D正確；由 eq f(I1,I2) eq f(n2,n1) 得I1 eq f(n2,n1) I2 eq f(3

10、,11) 2.2 A0.6 A，選項B正確；根據(jù)I eq f(Im,r(2) 得通過副線圈的電流的最大值Im eq r(2) I2 eq f(11,5) eq r(2) A，選項C錯誤?！景胃哳}組】1某同學做探究變壓器工作原理實驗時，他用多用電表的歐姆擋正確測量了完全相同的兩個螺線管的不同匝數(shù)A、B線圈的電阻值分別為12 和3 ，如圖所示。某同學先去掉可拆變壓器上壓緊橫條的膠木螺釘，并將橫條放在U形鐵芯的左側上。變壓器左邊的螺線管A接在12 V低壓交流電源上，右邊的螺線管B接一個標有“3.0 V1.0 A”的小燈泡和電阻值可視為無窮大的電壓傳感器。閉合開關S1，斷開開關S2后，把橫條鐵芯慢慢推

11、向右側，直至與右側完全閉合。下列說法正確的是()A線圈A、B的匝數(shù)之比是14B電壓傳感器示數(shù)為一個定值C穿過螺線管B的最大磁通量在逐漸增加D鐵芯完全閉合后再閉合開關S2，小燈泡能正常發(fā)光【解析】選C。根據(jù)電阻定律R eq f(l,S) ，兩個線圈中導線的長度之比等于電阻之比，兩線圈的導線長度之比為41，則A、B線圈的匝數(shù)之比也為41，A錯誤；把橫條鐵芯慢慢推向右側的過程中，B線圈的漏磁越來越小，電壓傳感器示數(shù)越來越大，B錯誤；把橫條鐵芯慢慢推向右側的過程中，螺線管B的漏磁越來越小，穿過的最大磁通量越來越大，C正確；兩個線圈均有電阻，該變壓器不能看作理想變壓器，小燈泡實際得到的電壓小于3 V，小

12、燈泡不能正常發(fā)光，D錯誤。2.隨著電動汽車的大量普及，汽車無線充電受到越來越多的關注，無線充電簡單方便，不需手動操作，沒有線纜拖拽，大大提高了用戶體驗。受電線圈安裝在汽車的底盤上，如圖所示，當電動汽車行駛到安裝在地面的供電線圈裝置上，受電線圈即可“接受”到供電線圈的電流，從而對蓄電池進行充電。關于無線充電，下列說法不正確的是()A無線充電技術與變壓器的工作原理相同B只有將供電線圈接到直流電源上，才能對蓄電池進行充電C受電線圈中交變電流的頻率與供電線圈中交變電流的頻率相同D受電線圈沒有對準供電線圈(二者沒有完全重合)時，也可以進行無線充電【解析】選B。無線充電技術與變壓器的工作原理相同，都是電磁

13、感應原理，A正確，不符合題意；只有將供電線圈接到交流電源上，才能對蓄電池進行充電，B錯誤，符合題意；電磁感應現(xiàn)象中不改變交變電流的頻率，則受電線圈中交變電流的頻率與供電線圈中交變電流的頻率相同，C正確，不符合題意；受電線圈沒有對準供電線圈(二者沒有完全重合)時，也可以發(fā)生電磁感應現(xiàn)象，也可以進行無線充電，D正確，不符合題意。任務二、理想變壓器工作時的制約關系當副線圈空載時，變壓器的輸出功率為零，輸入功率為多少？提示：輸入功率為0。1電壓制約：輸入電壓U1決定輸出電壓U2。當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 eq f(n1,n2) 一定時，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2 eq f(n2U1,n1

14、) 。2電流制約：輸出電流I2決定輸入電流I1。當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 eq f(n1,n2) 一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1 eq f(n2I2,n1) 。而變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定，即I2 eq f(U2,R) 。3功率制約：輸出功率P2決定輸入功率P1。變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，即P2P負1P負2。P2增大，P1增大；P2減小，P1減小?！镜淅?】(2022綿陽高二檢測)如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是()A若閉合開關S，則電壓表V示數(shù)變大，電流

15、表A1示數(shù)變大B若閉合開關S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大C當滑動變阻器的滑片P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大D當滑動變阻器的滑片P向上滑動時，R1消耗的功率變大【解析】選C。閉合開關S，電路中總電阻變小，副線圈中總電流變大，R1兩端的電壓變大，那么并聯(lián)部分的電壓變小，則流過R2的電流變小，所以A2示數(shù)變小，根據(jù)原、副線圈中電流與匝數(shù)的關系可知，電流表A1的示數(shù)變大，故A、B錯誤。僅將滑片P上移，滑動變阻器接入電路的電阻變大，則負載電路的總電阻變大，而副線圈的電壓不變，故副線圈中總電流減小，根據(jù)PI2R可知R1消耗的功率變小，R1兩端的電壓變小，副線圈電壓不變，那么并聯(lián)部分的電壓增大，故C

16、正確，D錯誤。 兩類理想變壓器的動態(tài)分析技巧(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負載電阻變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是RI2P2P1I1。(2)負載電阻不變，分析各物理量隨原、副線圈匝數(shù)比的變化而變化的情況，進行動態(tài)分析的順序是n1、n2U2I2P2P1I1。1如圖所示，理想變壓器輸入電壓保持不變。若將滑動變阻器的滑片向上移動，下列說法正確的是()A電表A1的示數(shù)增大B電表A2的示數(shù)減小C電表V1、V2的示數(shù)都不變D電表V1、V2的示數(shù)都增大【解析】選B。輸入電壓不變，匝數(shù)比不變，輸出電壓就不變，滑動變阻器滑片向上移動，其接入電路的阻值變大，副線圈中的電流就減小，A2示數(shù)減小，原

17、線圈電流也減小，則A1示數(shù)也減??；V1示數(shù)不變，則次級電壓不變，而R0電壓變小，則V2示數(shù)變大， B正確，A、C、D錯誤。2一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動變阻器的觸頭。下列說法正確的是()A副線圈輸出電壓的頻率為原來的 eq f(1,10) B副線圈輸出電壓的有效值為31 VCP向右移動時，原、副線圈的電流比減小DP向右移動時，變壓器的輸入功率增加【解析】選D。由題圖甲可知，原線圈輸入電壓的周期為T2102 s，頻率f eq f(1,T) 50 Hz，變壓器不改變交流電的頻率，所以副線圈輸出電壓的頻率為50 Hz，

18、A錯誤；由甲圖可知，原線圈輸入電壓的最大值為310 V，其有效值為U1 eq f(310,r(2) V220 V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，副線圈輸出電壓的有效值U2 eq f(n2,n1) U1 eq f(220,10) V22 V，B錯誤；P向右移動時，滑動變阻器的電阻變小，而副線圈的電壓不變，則副線圈中的電流變大，變壓器的輸出功率變大，根據(jù)變壓器原理，變壓器的輸入功率增加，原線圈中的電流也隨之變大，但電流之比仍然等于匝數(shù)的反比，恒定不變，C錯誤，D正確?！景胃哳}組】1(多選)如圖所示的電路，R、R0均為定值電阻，電路中接入開關S，原、副線圈匝數(shù)比為51的理想變壓器，V1和V2是理想交流電

19、壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；A1和A2是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示。下列說法正確的是()A原線圈中的輸入電壓的有效值U1Um，交變電流的周期為TB電壓表V1的示數(shù)為 eq f(Um,r(2) C閉合開關S，U2變小，I1變小，I2變大D閉合開關S，U2不變，I1變大，I2變大【解析】選B、D。由理想變壓器原線圈中的輸入電壓uUmsin eq f(2,T) t可知，該交變電流的周期為T，原線圈中的輸入電壓的有效值為U1 eq f(Um,r(2) ，電壓表V1的示數(shù)為 eq f(Um,r(2) ，A錯誤，B正確；閉合開關S，兩個電阻并聯(lián)，其等效電阻的阻值減小，因輸出電壓不變，則U

20、2不變，I2變大，輸出功率增大，根據(jù)變壓器的輸出功率決定輸入功率可知，輸入功率增大，因輸入電壓的有效值不變，則輸入電流增大，即I1變大， C錯誤，D正確。2(多選)如圖所示，電流表、電壓表為理想電表，變壓器為理想變壓器，R1、R2是定值電阻，R3為滑動變阻器。閉合開關S，則下列說法正確的是()A僅將滑片P1上移時，電流表A的示數(shù)變大B僅將滑片P2下移時，電壓表V的示數(shù)變大C滑片P1下移、P2上移時，電阻R1的功率增大D只斷開開關S，電壓表V的示數(shù)變大，電流表A的示數(shù)變小【解析】選A、D。只將滑片P1上移時，副線圈匝數(shù)增大，由原、副線圈兩端電壓與匝數(shù)成正比可知，輸出電壓增大，輸出功率增大，輸入功

21、率也增大，電流表A的示數(shù)增大，A正確；只將滑片P2下移時，R3接入的阻值減小，R3接入的阻值與R2的并聯(lián)電阻減小，副線圈電流增大，R1兩端電壓增大，而副線圈兩端電壓不變，故電壓表V的示數(shù)變小，B錯誤；滑片P1下移，副線圈電路電壓減小，滑片P2上移，副線圈電路總電阻增大，故總電流減小，電阻R1的功率減小，C錯誤；只斷開開關S，副線圈兩端電壓不變，電路總電阻增大，電流減小，消耗功率減小，原線圈輸入功率也減小，電流表A的示數(shù)變小，R1兩端電壓減小，則電壓表V測的是電阻R2兩端的電壓，示數(shù)變大，D正確?！就卣估}】考查內容：變壓器和分壓器【典例】如圖甲、乙所示電路中，當A、B接10 V交變電壓時，C、D間電壓為4 V，M、N接10 V直流電壓時，P、Q間電壓也為4 V?，F(xiàn)把C、D間接4 V交流，P、Q間接4 V直流，下面哪個選項可表示A、B間和M、N間的電壓()A10 V10 VB10 V4 VC4 V10 V D10 V0【解析】選B。對于題圖甲，當A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，相當于一個降壓變壓器，兩邊電壓之比等于兩邊線圈的匝數(shù)之比，當C、D作為輸入端，A、B作為輸出端時，相當于一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數(shù)比，所以C、D接4 V交流時，A、B間將得到10