3.3變壓器（原卷版）

3.3變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)1.了解變壓器的構(gòu)造及工作原理.2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.3.掌握理想變壓器原、副線圈電壓、電流、功率的關(guān)系．物理觀念：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：會(huì)推導(dǎo)理想變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系，會(huì)用能量的觀點(diǎn)理解變壓器的工作原理?？茖W(xué)探究：經(jīng)歷探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的過(guò)程，提高科學(xué)探究的能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在實(shí)驗(yàn)中要養(yǎng)成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。002思維導(dǎo)圖003知識(shí)梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)：一、變壓器的原理1．構(gòu)造：由和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作，與負(fù)載連接的線圈叫作．2．原理：現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中激發(fā)的也不斷變化，變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生．二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系1．理想變壓器：沒(méi)有的變壓器叫作理想變壓器，它是一個(gè)理想化模型．(1)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無(wú)“漏磁”．(2)原、副線圈不計(jì)電阻，電流通過(guò)時(shí)不產(chǎn)生焦耳熱，即無(wú)“銅損”．(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無(wú)“鐵損”．2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).3．兩類變壓器副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作變壓器．三、變壓器中的能量轉(zhuǎn)化原線圈中電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)變成的能量，通過(guò)鐵芯使變化的磁場(chǎng)幾乎全部穿過(guò)了副線圈，在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化成了的能量．004題型精講【題型一】變壓器的原理1．變壓器的構(gòu)造變壓器由閉合鐵芯、原線圈、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號(hào)分別如圖甲、乙所示．2．變壓器的工作原理圖注意(1)變壓器不改變交變電流的周期和頻率．(2)變壓器只對(duì)交變電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用．(3)變壓器的兩個(gè)線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)聯(lián)系在一起，兩個(gè)線圈間是絕緣的．【典型例題1】如圖所示是教材插圖，介紹火花塞點(diǎn)火原理，一同學(xué)課本存在污漬，看不清完整原理圖。他根據(jù)所學(xué)知識(shí)，利用一直流電源、變壓器、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干設(shè)計(jì)點(diǎn)火電路，則以下原理圖可行的是（）A． B．C． D．【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】如圖甲所示為家庭電路中的漏電保護(hù)器，其原理簡(jiǎn)圖如圖乙所示，變壓器原線圈采用雙線繞法，由火線和零線并繞而成，副線圈接有控制器，當(dāng)副線圈兩端有電壓時(shí)，控制器會(huì)控制脫扣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而起保護(hù)作用。關(guān)于漏電保護(hù)器，下列說(shuō)法正確的是（）A．當(dāng)無(wú)漏電時(shí)，副線圈內(nèi)的磁通量不為零B．當(dāng)無(wú)漏電時(shí)，通過(guò)副線圈的磁通量隨原線圈中電流的增加而增加C．當(dāng)站在地面的人誤觸火線時(shí)，脫扣開(kāi)關(guān)會(huì)斷開(kāi)D．當(dāng)站在絕緣凳上的人雙手同時(shí)誤觸火線和零線時(shí)，脫扣開(kāi)關(guān)會(huì)斷開(kāi)【題型二】實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系1．實(shí)驗(yàn)思路交變電流通過(guò)原線圈時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時(shí)輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變?cè)?、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)器材多用電表、可拆變壓器(如圖甲)、學(xué)生電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖乙所示連接好電路，將兩個(gè)多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個(gè)線圈的匝數(shù)．(2)接通學(xué)生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中．(3)保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄每次改變后原、副線圈的電壓值．(4)保持輸入電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線圈匝數(shù)和對(duì)應(yīng)的電壓值．4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)分析表明，在誤差允許范圍內(nèi)，原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).5．注意事項(xiàng)(1)在改變學(xué)生電源的電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，再進(jìn)行操作．(2)為了保證人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過(guò)12V，通電時(shí)不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱．(3)為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量．【典型例題2】某同學(xué)用可拆變壓器探究“變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”。(1)該同學(xué)將原線圈接一學(xué)生電源的交流電壓輸出端，并使用交流電壓表分別測(cè)量原、副線圈兩端的電壓，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。實(shí)驗(yàn)序號(hào)原線圈匝數(shù)副線圈匝數(shù)原線圈電壓（V）副線圈電壓（V）14002004.222.1024008004.228.36340016004.2216.83根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到的結(jié)論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，。(2)可拆變壓器鐵芯是由相互絕緣的薄硅鋼片疊壓而成。如圖所示，原線圈接交流電源，副線圈接入小燈泡。第一次，緩緩移動(dòng)鐵芯橫條使鐵芯完全閉合；第二次，另取一塊與變壓器鐵芯橫條尺寸相同的普通鐵塊替換鐵芯橫條，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。兩次均觀察到小燈泡由暗變亮。以下說(shuō)法正確的是______。A．第二次實(shí)驗(yàn)中小燈泡更亮些B．用普通鐵塊和用鐵芯橫條相比，普通鐵塊更容易發(fā)熱C．無(wú)論普通鐵塊還是用鐵芯橫條，流經(jīng)小燈泡的電流均為交變電流(3)如圖所示的電路中，電壓為的交流電源通過(guò)阻值為的定值電阻與一理想變壓器的原線圈連接，一可變電阻R與該變壓器的副線圈連接，原、副線圈的匝數(shù)分別為、。若保持不變，將可變電阻R的阻值增大，則流經(jīng)原線圈的電流（選填“增大”“減小”或“不變”）；當(dāng)可變電阻R的阻值為時(shí)（用、和表示），可變電阻R的功率最大。【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】在探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中：(1)按下圖連接電路，變壓器的左側(cè)線圈接線柱0、8與學(xué)生電源的“交流6V”接線柱相連。閉合開(kāi)關(guān)，用多用電表測(cè)得右側(cè)線圈0、4接線柱之間的電壓為_(kāi)____。A．0 B．3.0V C．6.0V D．12.0V(2)某次實(shí)驗(yàn)中，變壓器選用左側(cè)0、2接線柱和右側(cè)0、4接線柱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得左側(cè)的電壓為，右側(cè)的電壓為，數(shù)據(jù)如表所示，可判斷學(xué)生電源接在了接線柱上（選填“左側(cè)0、2”或“右側(cè)0、4”）。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123451.001.903.004.004.802.104.006.108.2010.00(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，某同學(xué)聽(tīng)到變壓器內(nèi)部有輕微的“嗡嗡”聲，他做出如下猜想，正確的是_____。A．“嗡嗡”聲來(lái)自副線圈中電流流動(dòng)的聲音B．“嗡嗡”聲是由于鐵芯中存在過(guò)大的渦流而發(fā)出的C．交變電流的磁場(chǎng)對(duì)鐵芯有吸、斥作用，使鐵芯振動(dòng)發(fā)聲【題型三】理想變壓器的基本關(guān)系 1．電壓關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).當(dāng)n2>n1時(shí)，U2>U1，變壓器使電壓升高，是升壓變壓器．當(dāng)n2<n1時(shí)，U2<U1，變壓器使電壓降低，是降壓變壓器．(2)有多個(gè)副線圈時(shí)，eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…2．功率關(guān)系從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出．3．電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)，U1I1＝U2I2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(2)當(dāng)有多個(gè)副線圈時(shí)，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…【典型例題3】在圖（a）所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，、、均為固定電阻，，各電表均為理想電表。已知電阻中的電流隨時(shí)間t變化的正弦曲線如圖（b）所示。下列說(shuō)法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)為20V B．電阻C．電阻消耗功率為20W D．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?0W【典型例題4】如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比是兩個(gè)完全相同的燈泡。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)，輸入端電壓有效值為U1、功率為P1，R1的功率為PR1，兩燈泡均正常發(fā)光；當(dāng)開(kāi)關(guān)S2閉合、S1斷開(kāi)時(shí)，輸入端電壓有效值為U2、功率為P2，R2的功率為PR2，兩燈泡均正常發(fā)光。下列關(guān)系式正確的是（）A． B． C． D．【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，，C為電容器。已知加在原線圈兩端的正弦式交變電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，則（）A．副線圈交流電的頻率為100Hz B．副線圈中交流電壓表的示數(shù)為20VC．通過(guò)電阻的電流為 D．電阻的電壓小于20V【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】勻強(qiáng)磁場(chǎng)繞如圖所示的軸線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圓形金屬線圈保持靜止。理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為k，R0為定值電阻，R為滑動(dòng)變阻器，電壓表和電流表均為理想交流電表。下列說(shuō)法正確的是（）A．滑片P上滑時(shí)，通過(guò)R0的電流變大 B．滑片P下滑時(shí)，電壓表示數(shù)變小C．k值增大，變壓器輸出功率變小 D．圓形線圈拉成正方形，電壓表示數(shù)變大00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．有些機(jī)床的照明電燈的電壓是，這個(gè)電壓是把的電壓降壓后得到的。如果理想變壓器的原線圈的匝數(shù)為1900，則副線圈的匝數(shù)為（）A．90 B．180 C．270 D．3602．如圖所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為，原線圈接在電壓為的正弦交流電源上，副線圈中接有阻值為的電阻，下列說(shuō)法正確的是（）A．原線圈回路中的電流為10AB．副線圈回路中的電流為1AC．副線圈的輸出功率為2200WD．副線圈回路中的電阻上的電壓為20V3．理想變壓器原線圈1400匝，副線圈700匝并接有電阻R，當(dāng)變壓器工作時(shí)原、副線圈中（

）A．電流的頻率之比為2∶1 B．電功率之比為2∶1C．電流之比為2∶1 D．電壓之比為2∶14．如圖所示，利用一內(nèi)阻不計(jì)的交流發(fā)電機(jī)向某電路供電，發(fā)電機(jī)線圈的匝數(shù)為，處于圖示位置時(shí)通過(guò)線圈的磁通量，，電流表、電壓表的示數(shù)分別為、，若電流表和電壓表均為理想電表，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則交流發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為（）A． B．C． D．5．如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為6:1，原線圈輸入的交流電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為，副線圈接定值電阻，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為24Ω，電壓表內(nèi)阻不計(jì)。則（）A．s時(shí)，電壓表示數(shù)為零B．原、副線圈的電壓頻率之比為6:1C．原、副線圈的磁通量變化率之比為6:1D．滑動(dòng)變阻器的滑片P從a端向b端滑動(dòng)過(guò)程中，副線圈輸出的最大功率6．理想變壓器電路如圖所示，電阻兩端電壓為，變壓器原副線圈的匝數(shù)比為3∶1，。下列說(shuō)法正確的是（

）A．流過(guò)電阻的電流的頻率為流過(guò)電阻的電流的頻率的3倍B．在ab間所接交流電的電壓為C．兩個(gè)電阻和消耗的功率之比為3∶1D．電路消耗的總功率為【素養(yǎng)提升】7．（多選）如圖所示，將一交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈abcd通過(guò)理想變壓器外接電阻，已知線圈邊長(zhǎng)，，匝數(shù)為50匝，線圈電阻不計(jì)，理想交流電壓表接在原線圈兩端，變壓器原副線圈匝數(shù)比，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的虛線軸以的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則（）A．從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的關(guān)系式為B．在圖示時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量的變化最快C．交流電壓表的示數(shù)為D．電阻R上消耗的電功率為8．（多選）如圖，理想變壓器原副線圈的匝數(shù)之比為2∶1，原線圈一側(cè)接入一輸出電壓有效值恒為的正弦式交流電源，接入電路的四個(gè)定值電阻阻值關(guān)系為。則下列說(shuō)法正確的是（

）A．S斷開(kāi)時(shí)， B．S閉合前后，消耗的功率之比為64∶25C．S閉合前后，兩端的電壓之比為5∶4 D．S閉合后，、消耗的功率之比為1∶29．（多選）如圖所示是一種調(diào)壓變壓器的原理圖，線圈AB繞在一個(gè)圓形的鐵芯上，A、B端加上的交流電壓，通過(guò)移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P來(lái)調(diào)節(jié)C、D端輸出電壓。當(dāng)P處于圖示位置時(shí)，原、副線圈的匝數(shù)比?，F(xiàn)想將一個(gè)“12V，6W”的燈泡接到輸出端C、D，下列操作可使燈泡正常發(fā)光的是（）A．僅將P順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到合適位置B．僅將P逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到合適位置C．僅將燈泡串聯(lián)一個(gè)阻值為196Ω的電阻D．僅將燈泡并聯(lián)一個(gè)阻值為196Ω的電阻10．（多選）互感器又稱儀用變壓器，是電流互感器和電壓互感器的統(tǒng)稱，常用于測(cè)量或保護(hù)系統(tǒng)。如圖所示，、是監(jiān)測(cè)交流高壓輸電參數(shù)的互感器，a、b是交流電壓表或交流電流表，若高壓輸電線間電壓為，的原、副線圈匝數(shù)比為，交流電壓表的示數(shù)為，交流電流表的示數(shù)為，則下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)是交流電壓表，b是交流電流表B．的原、副線圈匝數(shù)比為C．高壓線路輸送的電流為D．高壓線路輸送的電功率為11．（多選）小明設(shè)計(jì)了臺(tái)燈的兩種調(diào)光方案，電路圖分別如圖甲，乙所示，圖中額定電壓為6V燈泡的電阻恒定，R為滑動(dòng)變阻器，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2。原線圈兩端接電壓為220V的交流電，滑片P可調(diào)節(jié)燈泡L的亮度，P在R最左端時(shí)，甲、乙圖中燈泡L均在額定功率下工作，則（

）

A．n1：n2=110：3B．當(dāng)P滑到R中點(diǎn)時(shí)，圖甲中L功率比圖乙中的小C．當(dāng)P滑到R最左端時(shí)，圖甲所示電路比圖乙更節(jié)能D．圖甲中L兩端電壓的可調(diào)范圍比圖乙中的大12．（多選）為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，除有閉合鐵芯的原、副線