人教版高中物理選擇性必修第二冊第三章3變壓器課件

3．變壓器第三章

交變電流整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

任務(wù)1．了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器，理解互感現(xiàn)象和變壓器的工作原理。任務(wù)2．理解理想變壓器的電壓和電流與匝數(shù)的關(guān)系，并能用其解決基本問題。任務(wù)3．理解理想變壓器的功率關(guān)系，并能推導(dǎo)出原、副線圈的電流關(guān)系。[問題初探]

問題1．變壓器的工作原理是什么？問題2．理想變壓器輸出功率與輸入功率有什么關(guān)系？問題3．理想變壓器原、副線圈電壓之比與匝數(shù)之比滿足什么關(guān)系？[自我感知]經(jīng)過你認(rèn)真的預(yù)習(xí)，結(jié)合你對本節(jié)課的理解和認(rèn)識，請畫出本節(jié)課的知識邏輯體系。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成[鏈接教材]

生產(chǎn)生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓。變壓器是如何改變電壓的呢？知識點(diǎn)一變壓器的原理及其基本規(guī)律提示：變壓器有原、副兩個線圈，當(dāng)原線圈輸入交變電流時，由于互感，副線圈上也產(chǎn)生交變電流，原、副線圈的電壓之比與原、副線圈匝數(shù)之比有關(guān)，故可通過改變原、副線圈的匝數(shù)之比，在輸入電壓(有效值)不變時，在副線圈上得到需要的電壓。1．變壓器的構(gòu)造變壓器由________和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，如圖所示。(1)原線圈：與________連接的線圈，也叫________。(2)副線圈：與____連接的線圈，也叫________。閉合鐵芯交流電源初級線圈負(fù)載次級線圈2．變壓器的工作原理變壓器工作的基礎(chǔ)是____現(xiàn)象。電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生__________。3．作用改變交變電流的電壓。互感感應(yīng)電動勢4．理想變壓器沒有能量損耗的變壓器叫作__________。理想變壓器是一個__________。提醒：①原、副線圈有共同的鐵芯，穿過它們的磁通量和磁通量的變化率時刻相同。②變壓器的兩個線圈之間通過磁場聯(lián)系在一起，兩個線圈間是絕緣的。5．兩類變壓器(1)降壓變壓器：______的電壓比______電壓低的變壓器。(2)升壓變壓器：______的電壓比______電壓高的變壓器。理想變壓器理想化模型副線圈原線圈副線圈原線圈如圖所示，把兩個沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上，一個線圈(原線圈)通過開關(guān)可以連接到交流電源的兩端，另一個線圈(副線圈)連到小燈泡上。連接電路，閉合開關(guān)，小燈泡能發(fā)光。問題1．兩個線圈并沒有連接，小燈泡為什么會發(fā)光？提示：當(dāng)左邊線圈加上交流電壓時，左邊線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生周期性變化的磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，在右邊線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，右邊線圈作為電源給小燈泡供電，小燈泡就會發(fā)光。問題2．小燈泡兩端的電壓與學(xué)生電源的輸出電壓相等嗎？提示：不相等。問題3．若將原線圈接在恒定的直流電源上小燈泡發(fā)光嗎？提示：不發(fā)光。1．理想變壓器的特點(diǎn)(1)原、副線圈中的電流產(chǎn)生的磁場完全束縛在閉合鐵芯內(nèi)，即無“漏磁”。(2)原、副線圈不計(jì)電阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”。(3)閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”。說明：實(shí)際中的變壓器(特別是大型變壓器)一般都可以近似看成理想變壓器。

√

規(guī)律總結(jié)

(1)理想變壓器的電壓關(guān)系和電流關(guān)系是有效值(或最大值)間的關(guān)系。(2)電流與匝數(shù)成反比只適用于有一個副線圈的情況，有多個副線圈時不成立。(3)原、副線圈的電壓、電流發(fā)生變化，而頻率不變。【典例2】

(2022·山東卷)(兩個副線圈)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的原線圈中電壓隨時間變化為u＝Umcos100πt(V)。單匝線圈繞過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，功率為12W。下列說法正確的是(

)A．n1為1100匝，Um為220VB．BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4AC．若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18V，頻率為100HzD．若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5A，周期為0.02s√

√√

知識點(diǎn)二理想變壓器工作時的制約關(guān)系和動態(tài)分析

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(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?。籔2為零，P1為零。4．對理想變壓器進(jìn)行動態(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)行動態(tài)分析的順序是R→I2→P出→P入→I1。(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)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1?！镜淅?】

(理想變壓器的動態(tài)分析)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(guān)S，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)減小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(guān)S，電壓表V的示數(shù)變大，電流表A的示數(shù)變小√

規(guī)律方法

理想變壓器動態(tài)問題的處理方法(1)抓住三個決定原則：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)把副線圈當(dāng)作電源，研究副線圈電路電阻變化。(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，判斷副線圈電流的變化、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，判斷原線圈電流的變化及輸入功率的變化。1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄孔儔浩髟?、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。知識點(diǎn)三科學(xué)探究——探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系3．實(shí)驗(yàn)原理電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于交變電流的大小、方向在不斷地變化，鐵芯中的磁場強(qiáng)弱和方向也在不斷地變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，盡管兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連，副線圈也能夠輸出電流。4．實(shí)驗(yàn)操作(1)按圖示連接電路。(2)保持原線圈的匝數(shù)n1不變，副線圈的匝數(shù)n2逐漸增多，觀察小燈泡亮度情況。(3)保持副線圈的匝數(shù)n2不變，原線圈的匝數(shù)n1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)n1不變，改變副線圈匝數(shù)n2，用多用電表交流電壓擋測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)n2不變，改變原線圈匝數(shù)n1，用多用電表交流電壓擋測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。n1n2100200400100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，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，原線圈的匝數(shù)越多小燈泡越暗。(2)將不同匝數(shù)的線圈接入線路，測出線圈當(dāng)中的電壓并填入表中：

原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2原線圈電壓U1副線圈電壓U2n1∶n2U1∶U21002006V12V1∶21∶21004006V24V1∶41∶41006006V36V1∶61∶62002006V6V1∶11∶14002006V3V2∶12∶16002006V2V3∶13∶1

【典例4】做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)以下給出的器材中，本實(shí)驗(yàn)需要用到的有______。A

BC

DBD(2)下列說法正確的是________。A．變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈不相同B．實(shí)驗(yàn)中要通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，需要運(yùn)用的科學(xué)方法是控制變量法C．為了人身安全，實(shí)驗(yàn)中只能使用低壓直流電源，電壓不要超過12VD．繞制降壓變壓器原、副線圈時，副線圈導(dǎo)線應(yīng)比原線圈導(dǎo)線粗一些BD(3)由于交變電流的電壓是變化的，所以實(shí)驗(yàn)中測量的是電壓的

________(選填“平均”“有效”或“最大”)值；某次實(shí)驗(yàn)操作，所接電表的讀數(shù)如圖所示(電壓表的量程為15V)，則此時電表讀數(shù)為________V。有效5.5(4)若用匝數(shù)N1＝400匝和N2＝800匝的變壓器做實(shí)驗(yàn)，對應(yīng)的電壓測量數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，則N1一定是

_____(選填“原”或“副”)線圈。實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234U11.92.93.84.8U24.06.08.010.0副[解析]

(1)變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象，電源應(yīng)該選用學(xué)生電源提供的交流電壓，干電池只能提供直流電壓，A不需要，B需要，故A錯誤，B正確；直流電壓表不能測量交流電壓，C不需要，故C錯誤；該實(shí)驗(yàn)需要教學(xué)用的變壓器，故D正確。故選BD。

應(yīng)用遷移·隨堂評估自測1．關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是(

)A．通有正弦式交變電流的原線圈的磁通量不變B．穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等C．穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢D．原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈√243題號1C

[通有正弦式交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的，由于面積S不變，故穿過原線圈的磁通量Φ變化，故A錯誤；因理想變壓器無漏磁，故B錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為電能，原、副線圈通過磁場聯(lián)系在一起，故D錯誤。]243題號12．無線充電是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，無線充電技術(shù)與變壓器相類似，是通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用磁場傳遞能量。如圖所示，假設(shè)基座線圈和受電線圈組成的是一個理想變壓器，已知基座線圈的匝數(shù)為4400匝，受電線圈的匝數(shù)為100匝，充電基座接上220V、50Hz家用交流電，則受電線圈的輸出電壓及頻率為(

)A．9680V，50Hz

B．5V，1.25HzC．9680V，2200Hz

D．5V，50Hz23題號14√

23題號14

23題號41√√

23題號414．如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，副線圈匝數(shù)可以通過滑動觸頭P來調(diào)節(jié)，副線圈兩端連接了電壓表、電阻R、燈泡L1、L2，閉合開關(guān)S，滑片P處于圖示位置，燈泡正常發(fā)光。下列說法正確的是(

)

A．保持開關(guān)S閉合，將滑片P向上移，電壓表讀數(shù)不變B．保持開關(guān)S閉合，將滑片P向上移，燈泡變亮C．保持滑片P位置不變，斷開開關(guān)S，燈泡L1變暗D．保持滑片P位置不變，斷開開關(guān)S，電阻R上消耗功率變大243題號1√

243題號1回歸本節(jié)知識，完成以下問題：(1)變壓器能輸送電能是利用什么？提示：電磁感應(yīng)。(2)由電壓與匝數(shù)關(guān)系及什么關(guān)系得到電流關(guān)系？提示：輸入功率等于輸出功率。(3)理想變壓器電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系分別是？

題號課時分層作業(yè)(十一)變壓器135246879101112√

題組一理想變壓器的基本關(guān)系1．如圖所示，可以將電壓升高給電燈供電的變壓器是(

)A

BC

DC

[變壓器只能對交變電流實(shí)現(xiàn)變壓，不能對直流變壓，故選項(xiàng)A、D錯誤；由于原、副線圈的電壓之比與原、副線圈的匝數(shù)比相等，副線圈匝數(shù)多于原線圈匝數(shù)的變壓器才能實(shí)現(xiàn)升壓，故選項(xiàng)B錯誤，C正確。]題號135246879101112題號213456879101112√2．汽油發(fā)動機(jī)內(nèi)經(jīng)過壓縮的汽油與空氣的混合物，需要火花塞來點(diǎn)燃。某汽油發(fā)動機(jī)火花塞需要高達(dá)10kV的電壓才能點(diǎn)火，一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的點(diǎn)火電路。已知直流電源的電壓為12V，升壓變壓器的輸出端接到火花塞上，開關(guān)是自動控制的。下列說法正確的是(

)A．兩電路都不可能使火花塞點(diǎn)火，因?yàn)樽儔浩鞑荒芨淖冎绷麟妷築．圖甲和乙的電路中，保持開關(guān)閉合，輸出端都會獲得持續(xù)的高壓C．圖甲的電路中，在開關(guān)斷開瞬間，輸出端會產(chǎn)生高壓D．圖乙的電路中，在開關(guān)斷開瞬間，輸出端會產(chǎn)生高壓題號213456879101112C

[欲使副線圈兩端獲得高壓，必須使變壓器鐵芯中的磁通量發(fā)生變化，即原線圈中的電流發(fā)生變化，只有當(dāng)開關(guān)閉合或斷開瞬間，原線圈中的電流才有變化，輸出端才有高壓產(chǎn)生，選項(xiàng)C正確。]題號324568791011121√3．如圖所示的理想變壓器電路中，小燈泡A上標(biāo)有“9V

18W”，小燈泡B的電阻是5Ω，副線圈回路中接入三個均標(biāo)有“12V

24W”的小燈泡，小燈泡A與右邊三個小燈泡均正常發(fā)光，下列說法正確的是(

)A．理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝4∶1B．通過小燈泡B的電流是10AC．副線圈兩端的電壓為9VD．小燈泡B兩端的電壓20V題號324568791011121

題號423568791011121√

題組二理想變壓器工作時的制約關(guān)系和動態(tài)分析4．如圖所示是街頭變壓器給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓基本保持不變，兩條輸電線的總電阻用R0表示，變阻器R代表用戶用電器的總電阻。用電高峰時，R的值會減小。忽略變壓器上的能量損失，用電高峰與用電低谷相比，下列說法正確的是(

)A．V2不變，V3減小

B．V2和V3都減小C．A1和A2均減小

D．A1增大，A2減小題號423568791011121A

[變壓器的輸入電壓基本保持不變，變壓器匝數(shù)比不變，則變壓器副線圈兩端電壓V2不變，用電高峰時，R的值會減小，A2增大，輸電線損失的電壓增大，則V3減小，故A正確，B錯誤；由上述分析知用電高峰時A2增大，根據(jù)變壓器原、副線圈電流關(guān)系知，A1也增大，故C、D錯誤。]題號245368791011121√5．在探究變壓器的兩個線圈電壓關(guān)系時，某同學(xué)自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上，如圖甲所示，線圈a作為原線圈連接到學(xué)生電源的交流輸出端，輸出的電壓如圖乙所示，線圈b接小燈泡。線圈a與繞圈b的匝數(shù)比為12∶1。他所用的線圈電阻忽略不計(jì)。則(

)A．交流電壓的頻率為100HzB．小燈泡兩端的電壓可能為2VC．適當(dāng)增加原線圈a的匝數(shù)，小燈泡功率變大D．將線圈a改接在學(xué)生電源直流輸出端，小燈泡也能發(fā)光題號245368791011121

題號245368791011121

題組三探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系6．某興趣小組用如圖所示的可拆變壓器進(jìn)行“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。(1)變壓器的鐵芯，它的結(jié)構(gòu)和材料是________(填字母)。A．整塊硅鋼鐵芯B．整塊不銹鋼鐵芯C．絕緣的銅片疊成D．絕緣的硅鋼片疊成D題號245368791011121(2)觀察兩個線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)________(選填“多”或“少”)。(3)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，將電源接在組裝后的變壓器原線圈的“0”和“8”兩個接線柱之間，用電表測得副線圈的“0”和“4”兩個接線柱之間的電壓為3.0V，則原線圈的輸入電壓可能為________(填字母)。A．1.5V

B．3.0V

C．5.0V

D．7.0V少D題號245368791011121

題號245376891011121√

√題號245376891011121

題號245386791011121√8．(多選)家庭中的熱水器和抽油煙機(jī)功率較大。現(xiàn)用一小型變壓器對其供電，如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為5∶1，原線圈接交流電源和交流電壓表，副線圈與熱水器、抽油煙機(jī)連接。已知副線圈上的電壓按圖乙所示規(guī)律變化，現(xiàn)閉合開關(guān)S接通抽油煙機(jī)，下列說法正確的是(

)A．變壓器的輸入功率變大B．熱水器消耗的功率變大C．電壓表示數(shù)仍為1100V，保持不變D．原線圈兩端電壓的瞬時值表達(dá)式u＝1100sin100πt(V)√題號245386791011121

題號924538671011121√9．(多選)如圖所示，理想變壓器原線圈所在電路輸入有效值U＝220V的交變電流，測得完全相同的燈泡a、b兩端的電壓均為55V，已知RT為隨溫度升高阻值減小的熱敏電阻，變壓器為理想變壓器，兩燈泡阻值不變且始終未燒壞，下列說法正確的是(

)A．原、副線圈的匝數(shù)之比為3∶1B．流經(jīng)燈泡a的電流與熱敏電阻的電流之比為1∶1C．若