第三節(jié) 變壓器

第三節(jié)變壓器核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道變壓器的工作原理和理想變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。(2)知道理想變壓器是忽略了能量損失的一種理想模型?？茖W(xué)思維(1)會(huì)推導(dǎo)理想變壓器原、副線(xiàn)圈電流與匝數(shù)的關(guān)系。(2)會(huì)用能量的觀點(diǎn)理解變壓器的工作原理?？茖W(xué)探究實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)進(jìn)一步體會(huì)建立理想模型的思維方法。(2)養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)中注意避免觸電和安全使用電表的習(xí)慣，養(yǎng)成尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度。一、認(rèn)識(shí)變壓器1．變壓器：用于改變交流電壓的設(shè)備。2．構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線(xiàn)圈組成的，其中閉合鐵芯由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成，線(xiàn)圈用絕緣導(dǎo)線(xiàn)繞成。與電源連接的線(xiàn)圈稱(chēng)為_(kāi)_______，也稱(chēng)為_(kāi)_________；與負(fù)載連接的線(xiàn)圈稱(chēng)為_(kāi)______，也稱(chēng)為_(kāi)_________。原線(xiàn)圈初級(jí)線(xiàn)圈副線(xiàn)圈次級(jí)線(xiàn)圈3．變壓器原理圖及符號(hào)(1)原理圖：

(2)符號(hào)：4．原理：變壓器工作的基本原理是利用_____現(xiàn)象。在原線(xiàn)圈上加交變電壓，原線(xiàn)圈中便有交變電流，并在鐵芯中激發(fā)交變的磁通量，這個(gè)交變的磁通量又在副線(xiàn)圈中產(chǎn)生_____________。如果在副線(xiàn)圈兩端接入負(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中就會(huì)形成交變電流?；ジ懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)升高降低1．觀察如圖所示的可拆變壓器，判斷下列說(shuō)法正誤(1)變壓器的原、副線(xiàn)圈沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)連接，副線(xiàn)圈不能輸出電流。

()(2)變壓器的兩個(gè)線(xiàn)圈之間是通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起的，兩個(gè)線(xiàn)圈間是絕緣的。()(3)原、副線(xiàn)圈都繞在同一閉合鐵芯上。

()×√√2．觀察如圖所示的兩個(gè)變壓器，哪一個(gè)是降壓變壓器？提示：題圖乙表示的是降壓變壓器。3．利用控制變量法，在原線(xiàn)圈輸入電壓U1一定，原線(xiàn)圈匝數(shù)n1不變時(shí)，研究副線(xiàn)圈上的電壓U2與對(duì)應(yīng)匝數(shù)n2的關(guān)系；再研究在副線(xiàn)圈匝數(shù)n2不變時(shí)，副線(xiàn)圈上的電壓U2與對(duì)應(yīng)原線(xiàn)圈匝數(shù)n1的關(guān)系。判斷下列說(shuō)法正誤。(1)U1、n1一定時(shí)，若n2增大，U2也一定增大。

()(2)U1、n2一定時(shí)，若n1增大，U2也一定增大。

()(3)n1、n2一定時(shí)，若U1增大，則U2一定減小。

()√××新知學(xué)習(xí)(一)|理想變壓器的基本原理[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示，把兩個(gè)沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)相連的線(xiàn)圈套在同一個(gè)閉合鐵芯上，一個(gè)線(xiàn)圈(原線(xiàn)圈)通過(guò)開(kāi)關(guān)可以連接到交流電源的兩端，另一個(gè)線(xiàn)圈(副線(xiàn)圈)連到小燈泡上。連接電路，閉合開(kāi)關(guān)，小燈泡能發(fā)光。(1)兩個(gè)線(xiàn)圈并沒(méi)有連接，小燈泡為什么會(huì)發(fā)光？(2)小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓相等嗎？(3)若將原線(xiàn)圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎？提示：(1)當(dāng)左邊線(xiàn)圈加上交流電壓時(shí)，左邊線(xiàn)圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在右邊線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，右邊線(xiàn)圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會(huì)發(fā)光。(2)不相等。(3)不發(fā)光。

[重點(diǎn)釋解]1．工作原理[典例體驗(yàn)][典例]

(2021·廣東高考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)充電裝置，如圖所示。假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)在螺線(xiàn)管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2s，電壓最大值為0.05V。理想變壓器原線(xiàn)圈接螺線(xiàn)管，副線(xiàn)圈接充電電路，原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為1∶60，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．交流電的頻率為10HzB．副線(xiàn)圈兩端電壓最大值為3VC．變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)D．充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率[答案]

B[針對(duì)訓(xùn)練]1．理想變壓器的原線(xiàn)圈匝數(shù)不變，原線(xiàn)圈接入電壓有效值恒定的交流電，則副線(xiàn)圈的

(

)A．匝數(shù)越少，輸出電壓越高B．匝數(shù)越多，輸出電壓越高C．輸出功率比輸入功率小D．輸出功率比輸入功率大解析：原、副線(xiàn)圈的電壓之比等于原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)之比，A錯(cuò)誤，B正確；理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，C、D錯(cuò)誤。答案：B

2．(2022·梅州高二檢測(cè))如圖為某快充手機(jī)充電器，設(shè)該充電器是一個(gè)

理想變壓器，原線(xiàn)圈匝數(shù)為220匝，副線(xiàn)圈匝數(shù)為9匝，將該充電

器接在220V的交流電源上給一部手機(jī)充電，并測(cè)得充電器的輸出電

流為1A，則下列說(shuō)法正確的是

(

)A．該充電器輸出電壓為18VB．該充電器的輸入功率為18WC．充電器輸出功率為9WD．該充電器原線(xiàn)圈中的電流約為2.4A答案：C

[典例體驗(yàn)][典例]

(2021·湖北高考)如圖所示，理想變壓器原線(xiàn)圈接入電壓恒定的正弦交流電，副線(xiàn)圈接入最大阻值為2R的滑動(dòng)變阻器和阻值為R的定值電阻。在變阻器滑片從a端向b端緩慢移動(dòng)的過(guò)程中

(

)A．電流表A1示數(shù)減小B．電流表A2示數(shù)增大C．原線(xiàn)圈輸入功率先增大后減小D．定值電阻R消耗的功率先減小后增大[答案]

A/方法技巧/理想變壓器動(dòng)態(tài)分析方法(1)抓住三個(gè)決定原則：輸入電壓U1決定輸出電壓U2；輸出電流I2決定輸入電流I1；輸出功率P2決定輸入功率P1。(2)把副線(xiàn)圈當(dāng)作電源，研究副線(xiàn)圈電路中的電阻變化。(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判定副線(xiàn)圈電流的變化、功率的變化。(4)根據(jù)理想變壓器的變壓規(guī)律、變流規(guī)律和功率規(guī)律判定原線(xiàn)圈電流的變化及輸入功率的變化。答案：B

2．如圖所示，一理想變壓器接在電壓為U的交流電源上，原線(xiàn)圈接

入電路的匝數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭P來(lái)改變。副線(xiàn)圈連接交流

電流表、定值電阻R0和可變電阻R，則

(

)A．保持P的位置不動(dòng)，將R的阻值增大，電流表的讀數(shù)變小B．保持P的位置不動(dòng)，將R的阻值增大，R0的電功率變大C．保持R的阻值不變，將P向上滑動(dòng)，電流表的讀數(shù)變大D．保持R的阻值不變，將P向上滑動(dòng)，R0的電功率變大答案：A[典例體驗(yàn)][典例]某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器“探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示。(1)下列說(shuō)法正確的是________。A．為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線(xiàn)圈匝數(shù)小于副線(xiàn)圈匝數(shù)B．變壓器的原線(xiàn)圈接低壓交流電，測(cè)量副線(xiàn)圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“直流電壓擋”C．可以先保持原線(xiàn)圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線(xiàn)圈的匝數(shù)，研究副線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)副線(xiàn)圈電壓的影響D．測(cè)量副線(xiàn)圈電壓時(shí)，多用電表先用最大量程試測(cè)，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量E．變壓器開(kāi)始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線(xiàn)圈輸送到副線(xiàn)圈F．變壓器開(kāi)始正常工作后，若不計(jì)各種損耗，在原線(xiàn)圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能，在副線(xiàn)圈上將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場(chǎng)能的作用(2)如圖丙所示，某同學(xué)自己繞制了兩個(gè)線(xiàn)圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線(xiàn)圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線(xiàn)圈接小燈泡。下列說(shuō)法正確的是________。A．與變壓器未通電時(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力B．若僅增加原線(xiàn)圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將保持不變C．若僅增加副線(xiàn)圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過(guò)載指示燈可能會(huì)亮起(2)與變壓器未通電時(shí)相比較，通電時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生磁性，對(duì)橫條鐵芯具有吸引力，若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力，A正確；增加原線(xiàn)圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓減小，燈泡的亮度降低，B錯(cuò)誤；增加副線(xiàn)圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓增大，根據(jù)歐姆定律可知，輸出電流增大，根據(jù)變流比可知，輸入電流增大，學(xué)生電源的過(guò)載指示燈可能會(huì)亮起，C正確。[答案]

(1)CDF

(2)AC

(3)見(jiàn)解析[針對(duì)訓(xùn)練]某同學(xué)做了探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：(1)本實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量電壓，則在如圖所示的器材中，應(yīng)________。A．選甲圖中的器材 B．選乙圖中的器材C．都可以選

D．都不能選(2)某同學(xué)在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇的原線(xiàn)圈為100匝，副線(xiàn)圈為200匝；他將原線(xiàn)圈接入學(xué)生電源中的交流電壓“6V”擋位，用合適的電表測(cè)量出副線(xiàn)圈的電壓為13.0V，則下列敘述可能符合實(shí)際情況的一項(xiàng)是________。A．變壓器的鐵芯沒(méi)有閉合B．一定是電壓的測(cè)量出了問(wèn)題C．副線(xiàn)圈實(shí)際匝數(shù)與標(biāo)注的“200”不符，應(yīng)該小于200匝D．學(xué)生電源實(shí)際輸出電壓大于標(biāo)注的“6V”答案：(1)A

(2)D一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——變壓器動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題(選自魯科版新教材課后練習(xí))調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖所示。線(xiàn)圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，AB間加上正弦交流電壓u，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，就可調(diào)節(jié)輸出電壓。在輸出端連接了滑動(dòng)變阻器R和理想交流電流表，變阻器的滑動(dòng)觸頭為Q。(1)保持P的位置不動(dòng)，將Q向下移動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)如何變化？為什么？(2)保持Q的位置不動(dòng)，將P沿逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)如何變化？為什么？答案：見(jiàn)解析二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．有人改裝了一輛自行車(chē)，他在后車(chē)輪上裝上了一個(gè)小型發(fā)電機(jī)，想看電視時(shí)，就騎在自行車(chē)上不停地蹬車(chē)，可供電視、照明用電。該發(fā)電機(jī)原理如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，放置一個(gè)有固定轉(zhuǎn)軸的發(fā)電輪，發(fā)電輪平面與磁場(chǎng)方向垂直，發(fā)電輪半徑為r，輪軸和輪緣為兩個(gè)輸出電極，該發(fā)電機(jī)接一理想變壓器后，再給電視和照明系統(tǒng)供電，則下列說(shuō)法正確的是

(

)A．當(dāng)人蹬車(chē)的速度增大時(shí)，變壓器副線(xiàn)圈兩端的電壓降低B．當(dāng)人蹬車(chē)的速度增大時(shí)，變壓器副線(xiàn)圈兩端的電壓不變C．電視和照明系統(tǒng)的總功率與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)D．電視和照明系統(tǒng)的總功率隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大答案：D

2．(2022·山東等級(jí)考)如圖所示的變壓器，輸入電壓為220V，可輸出12V、18V、30V電壓，匝數(shù)為n1的原線(xiàn)圈中電壓隨時(shí)間變化為u＝Umcos(100πt)。單匝線(xiàn)圈繞過(guò)鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1V。將阻值為12Ω的電阻R接在BC兩端時(shí)，功率為12W。下列說(shuō)法正確的是