2021-2022學(xué)年人教版物理選擇性必修第二冊(cè)學(xué)案：第三章 3. 變壓器

3.變壓器

課程標(biāo)準(zhǔn)素養(yǎng)目標(biāo)

1.理解互感現(xiàn)象和變壓器的T作原理。（物理觀念）

通過實(shí)驗(yàn),探究并了解變壓2.掌握理想變壓器的功率關(guān)系,并能推導(dǎo)出原、副線圈中的電流關(guān)系及應(yīng)用。（科學(xué)思維）

器原、副線圈電壓與匝數(shù)的3.掌握理想變壓器的電壓與甌數(shù)的關(guān)系及應(yīng)用。（科學(xué)探究）

關(guān)系。4.了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器.讓學(xué)生體會(huì)通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論在實(shí)際問題中的應(yīng)用。

（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）

必備知識(shí)?自主學(xué)習(xí)

一、變壓器的原理

情境思考、

生產(chǎn)生活中有各種各樣的變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高

壓降為低壓。

問題：變壓器是如何改變電壓的呢？

提示：利用互感現(xiàn)象。

1.變壓器的構(gòu)造：

由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)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(jí)線圈。

(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級(jí)線圈。

2.原理：且感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)。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(chǎng)也不斷變化，變化的磁場(chǎng)在副線圈中

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

3.作用：改變交變電流的電壓,不改變交變電流的周期和頻率。

4.注意:

(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率。

(2)變壓器只對(duì)變化的電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用。

(3)變壓器的兩個(gè)線圈之間通過磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，兩個(gè)線圈間是絕

緣的。

二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系

1.理想變壓器：

(1)定義：沒有能量損失的變壓器。

(2)特點(diǎn)

①變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁。

②原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即不產(chǎn)生焦耳熱。

③鐵芯中不產(chǎn)生渦流。

2.原、副線圈的電壓關(guān)系：

(1)對(duì)理想變壓器，原、副線圈中每一匝線圈都具有相同的等,

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有Ei=ni等,E2=112等,所以譽(yù)=F—。

AlAl1Z/2112

(2)由于不計(jì)原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓Ui=Ei,

副線圈兩端的電壓U2=E2，所以品噌o當(dāng)有多組線圈時(shí),則有小

=5=5

-112?113

3.兩類變壓器：

(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。

關(guān)于變壓器的原理和應(yīng)用：

解釋符合科學(xué)實(shí)際的有：①②③。

①變壓器是利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能向磁場(chǎng)能再到電能的轉(zhuǎn)化。

②在理想變壓器中原、副線圈的磁通量的變化率是一致的。

③理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等。

④輸入交變電流的頻率越高，輸出交變電流的電壓就越高。

⑤變壓器能改變所有交變電流的電壓。

⑥我們可以根據(jù)變壓器線圈導(dǎo)線的粗細(xì)判斷其匝數(shù)的多少。

密易錯(cuò)辨析、

(1)變壓器只能改變交變電流的電壓，不能改變直流的電壓。(4)

(2)實(shí)際生活中，不存在原線圈與副線圈匝數(shù)相等的變壓器。(4)

(3)理想變壓器不僅可以改變交變電流的電壓和電流，還可以改變

交變電流的功率和頻率。(x)

(4)理想變壓器是客觀存在的。(x)

(5)忤=詈適用于任何理想變壓器。(7)

5口2

關(guān)鍵能力?合作學(xué)習(xí)

知識(shí)點(diǎn)一理想變壓器的基本關(guān)系

1.理想變壓器的特點(diǎn)：

(1)變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，無發(fā)熱損失。

(2)原、副線圈不計(jì)內(nèi)阻，即無能量損失。

2.電動(dòng)勢(shì)關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，且沒有漏磁，原、副線圈中每一匝線

圈都具有相同的笑,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有Ei=m等,E2=

AOni

n2AT，所以瓦二后。

3.電壓關(guān)系：由于不計(jì)原、副線圈的電阻，因此原線圈兩端的電壓

Ui=Ei,副線圈兩端的電壓U2=E2，所以段二詈o當(dāng)有n組線圈時(shí),

Ui=5=5

則有

ni-n2-n3

4.功率關(guān)系：對(duì)于理想變壓器，不考慮能量損失，有P入二P出。

5.電流關(guān)系油功率關(guān)系，當(dāng)只有一個(gè)副線圈時(shí)，有IM=I2U2,得節(jié)

_U2_H2

F°

當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí),I1U1=I2U2+I3U3+…，得I1H1=12n2+13n3+...

6.變壓器的分類:

?1<7?2〃1>〃2

升壓變壓器降壓變電器

〉典例示范％.

【典例】如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比m:112=2:1和

?均為理想電表，燈泡電阻RL=6Q,A、B兩端電壓ui=12碑sin

(1007it)Vo下列說法正確的是()

A.電流頻率為100HzB.。的讀數(shù)為24V

.的讀數(shù)為

C?0.5AD.變壓器輸入功率為6W

【解題探究】

變壓器中提到的電壓關(guān)系、電流關(guān)系、電路中電表的示數(shù)是什么值？

提示：都是交流電的有效值。

選D。根據(jù)ui=12ylisin(1007it)V及U二寵知，Ui=12V,f=

券=50Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)淺峙得U2若U1xl2V=6

V,即。的讀數(shù)為6V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤漢b喈A=1A,即碓

U2￡2

讀數(shù)為1A,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)Pi=P2及P2=房二1W=6W,

選項(xiàng)D正確。

*素養(yǎng)訓(xùn)練：

1.（母題追問）在【典例】中，若在原線圈上串聯(lián)一個(gè)相同阻值的燈

泡，則。的示數(shù)、③的示數(shù)、變壓器輸入功率各為多少？

設(shè)原線圈中的電流為h,由3二卻得，副線圈中的電流b=2h,原

Uim12-6Ii?

線圈上的電壓Ui=U1-IIRL,U2=LRL油瓦二常得，⑵I=1'

解得：11=0.4Ao即?的示數(shù)為0.8A,U2=2I1X6V=4.8V,即?）的示

數(shù)為4.8Vo變壓器的輸入功率P!=P2=U2I2=4.8x0.8W=3.84Wo

答案：4.8V0.8A3.84W

2.（多選）如圖所示的理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比ni：n2=1：

2,Ui=22072sin（cot）Vm=1100,以下說法中正確的是（）

A.穿過原、副線圈的磁通量的變化率之比為1：2

B.穿過原、副線圈磁通量的變化率的最大值相等,均為當(dāng)V

C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有效值相等，均為0.2V

D.原、副線圈電壓的最大值之比為1：2

選B、C、Do對(duì)于理想變壓器，由于沒有磁通量損耗，所以穿過兩

個(gè)線圈的磁通量相同，磁通量的變化率相同,A錯(cuò)誤；根據(jù)日二川后

得磁通量的變化率的最大值為每一匝線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值，即

(等)=竿篇V=^V,所以每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效

值為0.2V,B、C正確；由于匝數(shù)比為1：2,所以原、副線圈電壓

最大值之比也為1：2,D正確。

知識(shí)點(diǎn)二理想變壓器的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析

1.電壓、電流、功率的制約關(guān)系：

(1)電壓制約：輸入電壓Ui決定輸出電壓U2。當(dāng)變壓器原、副線

圈的匝數(shù)比;一定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓Ui決定，即U2二

112

nzUi

ni0

(2)電流制約：輸出電流L決定輸入電流11。當(dāng)變壓器原、副線圈

的匝數(shù)比乎一定，且輸入電壓Ui確定時(shí)，原線圈中的電流h由副線

圈中的輸出電流L決定，即I尸乎o而變壓器副線圈中的電流b

ni

由用戶負(fù)載及電壓U2確定，即L之。

(3)功率制約：輸出功率P2決定輸入功率P1O變壓器副線圈中的功

率P2由用戶負(fù)載決定，即P2=P負(fù)1+P負(fù)2…。P2增大，P1增大；P2

減小，P1減小；P2為零，Pl為零。

2.對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見情況：

(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化

的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是R-b一P出一P入一11。

(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，

進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是必、112—U2一L一P出一P入一11。

問題探究、

(1)當(dāng)副線圈空載時(shí)，變壓器的輸出功率為零，輸入功率為多少？

它們之間是什么關(guān)系？

(2)在一個(gè)副線圈的情況下，為什么電流與匝數(shù)成反比？

提示：(1)零，輸出功率決定輸入功率。

(2)因?yàn)殡妷号c匝數(shù)成正比，而輸入功率與輸出功率相等，所以得

到電流與匝數(shù)成反比。

卜典例示范入

【典例】(多選)如圖所示，為一理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P

為滑動(dòng)變阻器觸頭，Ui為加在原線圈兩端的電壓,11為原線圈中的電

流強(qiáng)度，則以下說法正確的是()

A.保持Ui及P的位置不變①，S由a合到b時(shí)，L將增大

B.保持P的位置及4不變，S由b合到a時(shí)，R消耗的功率將減

小

C.保持UI不變，S合在a處，使P上滑②，h將增大

D.保持P的位置不變，S合在a處，若Ui增大，L將增大

【審題關(guān)鍵】

序號(hào)解題依據(jù)信息提取

①三種制約關(guān)系u2隨匝數(shù)的變化而變化

②三種制約關(guān)系U2保持不斐

選A、B、DoS由a合到b時(shí)，川減小，由卷琮可知U?增大，

LI2

P2=至,P2隨之增大，而P2=P1,又Pl=U1I1,從而11增大,A正

確；S由b合到a時(shí)，與上述情況相反，P2將減小，B正確；P上滑

U2

時(shí)，R增大，因P2二看,所以P2減小，又P1=P2,P1=U1I1,從而

h減小，C錯(cuò)誤；U1增大，由去琮可知U2增大，所以P2增大，

因而L增大，由｛=W，所以11也增大，D正確。

規(guī)律方法'含有變壓器的動(dòng)態(tài)電路問題的解題思路

原線圈電壓5為定值

’由"=老幼知，若魯為定值,

（確定副線圈電壓5]

5也為定值

（確定副線圈電流A）一（由/廣/知，R增大時(shí)/2減小

（確定輸出功率尸21一面?=/2。2知，減小時(shí)尸2減，？Q

（確定輸入功率尸?）一?質(zhì)知，B減小時(shí)尸也減小）

（確定原線浦電流/|）一由/|=今知,P|減小時(shí)人也減小

/素養(yǎng)訓(xùn)練“

1.（母題追問）上例中，若保持輸送功率不變，S合在a處，使P上

滑時(shí)，則Ui、L如何變化？

由P=gR知，R增大，L減小，故Ii減小。又由P=UiL知，Ui增

大。

答案：見解+析

2.（多選）（2021.湖北適應(yīng)性測(cè)試）如圖（a）所示，理想變壓器原、

副線圈匝數(shù)比為ni：n2=l：5,定值電阻Ri的阻值為10Q,滑動(dòng)變

阻器R2的最大阻值為50Q,定值電阻R3的阻值為10Q,圖中電表

均為理想電表。原線圈輸入如圖（b）所示的交變電流，具有效值不

隨負(fù)載變化。當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值由50Q減小到0的過程

中（）

A.電流表的示數(shù)為5A

B.通過R2的電流減小

C.電壓表的示數(shù)減小

D.R2和R3的總電功率先增大后減小

2

選A、Co根據(jù)有效值的定義（%）2嗎+（茬）2尾=IRT,解

得I=5A,選項(xiàng)A正確；原線圈電流的有效值不隨負(fù)載變化，因此

當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值由50Q減小到0的過程中，副線圈的

總電流不變，根據(jù)并聯(lián)電路分流規(guī)律可知，通過R2的電流增大，選

項(xiàng)B錯(cuò)誤；負(fù)載電阻減小時(shí)，副線圈中的電流有效值不變，故電壓

表的示數(shù)減小，選項(xiàng)C正確；設(shè)副線圈中的總電流為I,R2和R3的

22

總電功率P=(I—電一)(R2+R3)=IR?

R2+R3+R]

1_____________R2

2，當(dāng)R2+R3=——時(shí)，可得R2=0時(shí),

RR_2+R3

(R2+R3)+—+2RJ

R2+R3

輸出功率最大，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值由50Q減小到0的過程

中，R2和R3的總電功率單調(diào)遞減，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

教師

專用【加固訓(xùn)練】

（多選）如圖所示的電路中，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，保持理想

變壓器的輸入電壓U1不變，閉合開關(guān)S,下列說法正確的是（）

SR

A.P向下滑動(dòng)時(shí)，燈L變亮

B.P向下滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出電壓不變

C.P向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸入電流變小

D.P向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率變大

選B、Do由于Ui保持不變，由苗二意可知，副線圈的輸出電壓

U?不變，B正確；P向下滑動(dòng)時(shí)，燈泡L兩端的電壓為5,保持不

變，燈泡的亮度不變，A錯(cuò)誤；P向上滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路

的電阻變小，副線圈電路的總電阻R總變小，根據(jù)P2=近可知，變

R總

壓器的輸出功率變大，由P產(chǎn)Uh=P2可知，變壓器的輸入電流增大,

C錯(cuò)誤，D正確。

知識(shí)點(diǎn)三科學(xué)探究一探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。

2.實(shí)驗(yàn)器材：

可拆變壓器、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干。

3.實(shí)驗(yàn)原理：

電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng)，由于交變電流的大小、方向在

不斷地變化，鐵芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向也在不斷地變化。變化的磁場(chǎng)

在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),盡管兩個(gè)線圈之間沒有導(dǎo)線相連，副線

圈也能夠輸出電流。

4.實(shí)驗(yàn)操作：

(1)按圖示電路連接電路。

(2)保持原線圈匝數(shù)m不變，副線圈的匝數(shù)國(guó)逐漸增多，觀察小燈

泡亮度情況。

(3)保持副線圈的匝數(shù)由不變，原線圈的匝數(shù)m逐漸增多，觀察小

燈泡亮度情況。

(4)原線圈接6V低壓交流電源，保持原線圈匝數(shù)小不變，改變副

線圈匝數(shù)出，用多用電表交流電壓擋測(cè)出副線圈兩端的電壓，記入表

格，重復(fù)三次。

(5)原線圈接6V低壓交流電源，保持副線圈匝數(shù)必不變，改變?cè)?/p>

線圈匝數(shù)口，用多用電表交流電壓擋測(cè)出副線圈兩端的電壓，記入表

格，重復(fù)三次。

5.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

小燈泡的亮度如表所示。

〃2

100200400

100暗較亮亮

200較暗暗較亮

400很暗較暗暗

(1)當(dāng)原線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈的匝數(shù)越多小燈泡越亮；當(dāng)副線

圈的匝數(shù)不變時(shí)，原線圈的匝數(shù)越多小燈泡越暗。

(2)將不同的原線圈接入線路測(cè)出線圈當(dāng)中的電壓填入表中：

原線圈副線圈原線圈副線圈

ni:n2Ui：U2

匝數(shù)n1匝數(shù)必電壓Ui電壓U2

1002006V12V1：21：2

1004006V24V1：41：4

1006006V36V1：61：6

2002006V6V1：11：1

4002006V3V2：12：1

6002006V2V3：13：1

6.數(shù)據(jù)處理：

(1)小燈泡越亮，表明其兩端的電壓越大；小燈泡越暗，表明其兩

端的電壓越小。

(2)計(jì)算表的值。

U2112

7.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

在誤差范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數(shù)成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)

式為；=ro

U2112

)典例示范》

【典例】某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器探究“變壓器的電

壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示。

(1)下列說法正確的是0

A.為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)

B.變壓器的原線圈接低壓交流電，測(cè)量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電

表的“直流電壓擋”

C.可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副

線圈匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響

D.測(cè)量副線圈電壓時(shí)，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.變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線

圈

F.變壓器開始正常工作后，若不計(jì)各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)

化成磁場(chǎng)能,在副線圈上將磁場(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)線圈套在可拆變壓器的鐵

芯上。原線圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法

正確的是0

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.若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過載指示燈可能會(huì)亮起

(3)理想變壓器是一種理想化模型。請(qǐng)分析說明該模型應(yīng)忽略哪些

次要因素；并證明：理想變壓器原、副線圈的電壓之比，等于兩個(gè)線

圈的匝數(shù)之比，即卷0

(1)為確保實(shí)驗(yàn)安全，應(yīng)該降低輸出電壓，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)

大于副線圈匝數(shù)，故A錯(cuò)誤；變壓器只能改變交流電的電壓，原線

圈輸入交流電壓，副線圈輸出交流電壓，應(yīng)用多用電表的“交流電壓

擋”測(cè)量，故B錯(cuò)誤；研究變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系，用到控制變量

法，可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副

線圈匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響，故C正確；為了保護(hù)電表，測(cè)量副

線圈電壓時(shí)，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?/p>

進(jìn)行測(cè)量，故D正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即不計(jì)

各種損耗,在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能，在副線圈上將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)

化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場(chǎng)能的作用，不是鐵芯導(dǎo)電，傳輸電能,

故E錯(cuò)誤，F(xiàn)正確。

(2)與變壓器未通電時(shí)相比較，通電時(shí)，線圈產(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，故A

正確；增加原線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓減小，燈

泡的亮度降低，故B錯(cuò)誤；增加副線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)電壓比可

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)電流比

可知，輸入電流增大，學(xué)生電源的過載指示燈可能會(huì)亮起，故C正

確。

(3)理想變壓器模型應(yīng)忽略的次要因素如下：

①不計(jì)漏磁，即通過原副線圈每匝線圈的磁通量都相等，因而不計(jì)磁

場(chǎng)能損失；

②不計(jì)原副線圈的電阻，因而不計(jì)線圈的熱能損失；

③不計(jì)鐵芯中產(chǎn)生的渦流，因而不計(jì)鐵芯的熱能損失。

綜上，理想變壓器在傳輸能量時(shí)沒有能量損失。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，原、副線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為當(dāng)

二ni等，E2=n2等，因理想變壓器不計(jì)原、副線圈的電阻，則線

圈兩端的電壓等于它產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

即Ui=Ei,U2=E2

聯(lián)立解得比二%

答案：(1)C、D、F(2)A、C(3)見解+析

下素養(yǎng)訓(xùn)練，

實(shí)驗(yàn)室中有一臺(tái)銘牌模糊的可拆卸式變壓器，如圖所示,該變壓器可

近似看作理想變壓器。某同學(xué)想測(cè)量它的初級(jí)、次級(jí)線圈匝數(shù)：先在

閉合鐵芯的上端鐵柜處緊密纏繞100匝漆包細(xì)銅線，并將細(xì)銅線兩端

與理想交流電壓表構(gòu)成閉合回路。

鐵舸

(1)在次級(jí)線圈左、右兩端的接線柱上輸入12V低壓交流電壓，理

想交流電壓表示數(shù)為6.0V,則次級(jí)線圈的匝數(shù)為匝；在

初級(jí)線圈左、右兩端的接線柱上輸入12V低壓交流電壓，理想交流

電壓表示數(shù)為3.0V，則初級(jí)線圈的匝數(shù)為匝。

(2)若初級(jí)線圈左、右兩端接線柱接入的交變電壓瞬時(shí)表達(dá)式為u

=311sin(1007it)V,則與次級(jí)線圈左、右兩端接線柱直接相連的

理想交流電壓表的示數(shù)為Vo

(1)在閉合鐵芯的上端鐵柜處緊密纏繞100匝漆包細(xì)銅線,即上端

鐵柜處線圈匝數(shù)n=100匝，在次級(jí)線圈左、右兩端的接線柱上輸入

U2=12V低壓交流電壓，理想交流電壓表示數(shù)為U=6.0V,由奈=

T-可知，次級(jí)線圈的匝數(shù)必二200匝。在初級(jí)線圈左、右兩端的接線

柱上輸入U(xiǎn)i=12V低壓交流電壓理想交流電壓表示數(shù)為Ur=3.0V,

由號(hào)=不可知，則初級(jí)線圈的匝數(shù)為m=400匝。

(2)因交流電壓表示數(shù)為電壓有效值，該變壓器初級(jí)、次級(jí)線圈的

匝數(shù)比為2：1,由表達(dá)式知Ui=220V,哦式可知，與次級(jí)線

圈左、右兩端接線柱直接相連的理想電壓表的示數(shù)為110V。

答案：(1)200400(2)110

教師

專用

1.某小組用如圖甲所示的可拆變壓器探究變壓器原、副線圈兩端

的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)時(shí)組裝的變壓器如圖乙所示。在鐵

芯上原、副線圈接入的匝數(shù)分別為m=800和n2=200,原線圈兩端

與正弦式交流電源相連，用交流電壓表測(cè)得原、副線圈兩端的電壓分

別為10V和0.8V,這與其他小組的正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論明顯不一致。對(duì)于

這個(gè)小組實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因，最有可能的是()

A.副線圈的匝數(shù)太少

B.副線圈的電阻太小

C.原線圈的匝數(shù)太多，電阻過大

D.沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A上

選Do理想變壓器的鐵芯必須構(gòu)成閉合回路，這個(gè)小組實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)

明顯偏差的原因，最有可能的是沒有將鐵芯B安裝在鐵芯A上，導(dǎo)

致通過副線圈正的磁通量減少，副線圈兩端的電壓減小，選項(xiàng)D正

確。

2.在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)利用

“教學(xué)用的可拆變壓器”進(jìn)行探究。

(1)下列器材中，實(shí)驗(yàn)需要的器材是()

A.干電池B.低壓交流電源

C.220V交流電源D.條形磁鐵

E.可拆變壓器和導(dǎo)線F.直流電壓表

G.多用電表

(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作，下列說法正確的是()

A.為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不

要超過12V

B.實(shí)驗(yàn)通電時(shí)，可用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路

C.使用多用電表測(cè)電壓時(shí)，先用中等量程擋試測(cè)，再選用恰當(dāng)?shù)膿?/p>

位進(jìn)行測(cè)量

(3)在實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數(shù)不變,

僅減小原線圈的匝數(shù)，副線圈兩端的電壓將(選填“增

大”“減小”或“不變”1

(1)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，需要的

器材是：低壓交流電源，可拆變壓器和導(dǎo)線，多用電表。

(2)實(shí)驗(yàn)操作中，為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電

源，所用電壓不要超過12V,實(shí)驗(yàn)通電時(shí)，不可用手接觸裸露的導(dǎo)

線、接線柱等檢查電路，使用多用電表測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試

測(cè)，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量，選項(xiàng)A正確B、C錯(cuò)誤。

(3)在實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數(shù)不變,

僅減小原線圈的匝數(shù)，根據(jù)變壓器變壓公式，副線圈兩端的電壓將增

大。

答案：(1)B、E、G(2)A(3)增大

教師

專用【拓展例題】考查內(nèi)容：電壓互感器和電流互感器

【典例】(多選)如圖所示,LKL2是高壓輸電線，圖中兩電表示數(shù)

分別是220V和10A,已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為100：1,乙

圖中原、副線圈匝數(shù)比為1：10,則()

A.甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22000V

B.甲圖是電流互感器,輸電電流是100A

C.乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22000V

D.圖示局)壓輸電電路輸入的總功率為2.2xl03kW

選A、Do題圖甲中的原線圈并聯(lián)在電路中，是電壓互感器，電表是

電壓表，故B錯(cuò)誤;根據(jù)缶二，有Ui*5二半x220V=22

000V，故A正確；題圖乙中的原線圈串聯(lián)在電路中，是電流互感器,

電表是電流表，故C錯(cuò)誤；只有一個(gè)副線圈的變壓器，電流比等于

匝數(shù)的反比￡，有h=親L=罕xlOA=100A,根據(jù)P=UI得

輸入的總功率P=Uili=22000x100W=2.2xl03kW,故D正確。

情境?模型?素養(yǎng)

。生活情境、

圖甲是某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的原理圖。轉(zhuǎn)換器將干電池提供的直流電

壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交流電壓，并加在理想變壓器的原線圈上,

變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為nKn2,電壓表為交流電表。當(dāng)變壓

器副線圈電壓的瞬時(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)

電火花進(jìn)而點(diǎn)燃?xì)怏w。

探究：

(1)圖中開關(guān)閉合時(shí)電壓表的示數(shù)是多少；

(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足怎樣的關(guān)系才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火？

(1)電壓表測(cè)量的是交流電壓的有效值，從乙圖可知，最大值為5V,

因此交流電壓的有效值為U$二室V=3.54V,因此開關(guān)閉合

時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.54V。

(2)副線圈電壓最大值為5000V,根據(jù)

曳二悴二手=1000,

niUi5'

因此當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足/〉1°。。時(shí)才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。

答案：(1)3.54V(2)>1000

生產(chǎn)情境、

交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的

軸00,勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。一小型發(fā)電機(jī)的線圈共220匝，線圈面積S=0.05

m2,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為50Hz,線圈內(nèi)阻不計(jì)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B

;號(hào)T。為用此發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流電帶動(dòng)兩個(gè)標(biāo)有“220V11

kW”的電動(dòng)機(jī)正常工作，需在發(fā)電機(jī)的輸出端a、b與電動(dòng)機(jī)之間接

一^^理想變壓器,電路如圖所示。

探究：

(1)從圖示位置作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，寫出此交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓瞬時(shí)

值的表達(dá)式；

(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？

(3)與變壓器原線圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為多大？

(1)因?yàn)?=271f=IOO71rad/s,矩形線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最

大值

Em=NBSco=110Oj2V

瞬時(shí)值表達(dá)式為u=110(h/2cos(lOOjit)V

,、，二110(h/2

(2)因?yàn)閁i=也V=1100V,

由U2=220V%片=|

(3)根據(jù)P入=P出=2.2xI04w,又P入二UiL

解得Ii=20A,則與變壓器原線圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為20Ao

答案：(l)u=110Mcos(lOOnt)V(2)5：1(3)20A

課堂檢測(cè)?素養(yǎng)達(dá)標(biāo)

1.(教材二次開發(fā)P60【練習(xí)與應(yīng)用】T1改編)如圖所示，理想變壓

器原、副線圈的匝數(shù)比m：n2=4：1,變壓器原線圈與電阻不計(jì)的導(dǎo)

軌相連，導(dǎo)體棒的電阻不變，當(dāng)長(zhǎng)為1的導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做

勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，電流表Ai的示數(shù)是12mA,則電流表

A2的示數(shù)為()

A.3mAB.0

C.48mAD.與負(fù)載R的值有關(guān)

選B。導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)：E=Blv是定值，穿

過副線圈的磁通量不變，是定值，副線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，副線圈

電流為零，電流表A2的示數(shù)為。，故B正確。

2.（多選）如圖所示，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為口=1100匝，

接電壓Ui=220V的交變電流，副線圈接“20V10W”的燈泡，燈泡

正常發(fā)光，可知（）

A.副線圈的匝數(shù)n2=200匝

B.副線圈中的電流L=。5A

C.原線圈中的輸入功率為10W

D.原線圈中的電流L=0.1A

選B、Co由于理想變壓器原、副