高中物理选修3-2-第六节：变压器导学案(含答案)

1、6 .变压器学习目标知识脉络. 了解变压器的构造.理解变压器的工作原理.理解理想变压器以及电压和 匝数、电流和匝数之间的关 系.(重点、难点).应用理想变压器解决实际问 题.(难点)结构一m 一醺一度士副殿匿 撼应I图-嬴卜4 =乜乙U2 %，2 丐P入=产出巨压互感器H降压卜 三流互感器11升压卜n副线圈变压器的结构与原理基础初探先填空.变压器的结构变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成，变压器的模型与符号如图 2-6-1所示.闭合铁芯模型闭合铁芯模型图261(1)原线圈：与电源相连接的线圈,也叫初级线圈.(2)副线圈：与负载相连接的线圈,也叫次级线圈.变压器的原理：当变压器的原线圈加上交变

2、电压时，原线圈中的交变电 流在铁芯中激发交变的磁通量,交变的磁通量穿过原线圈也穿过副线圈，在原、 副线圈中产生感应电动势.能量传递电能从原线圈通过磁场传输给副线圈.再判断(1)与电源相连接的线圈称为原线圈.(J)(2)当原线圈中电流不变时，副线圈将无电压和电流输出.(J)(3)变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的 感应电流.(J)后思考如果将变压器的原线圈接到直流电源上，在副线圈上还能输出电压吗？【提示】不能.变压器的工作原理是互感现象，在原线圈上接直流电源， 在铁芯中不会形成变化的磁场，所以在副线圈上不会有感应电动势产生.核心突破合作探讨探讨：如图262所示，一蓄电

3、池连接在低压交流变压器上，闭合开关会观 察到什么现象？你能解释这种现象发生的原因吗？图262【提示】可以观察到闭合开关瞬间灯泡发光，然后熄灭.原因是：恒定电压加在原线圉上瞬间，线图内的磁通量发生变化，因而副线 圈中的磁通量也发生变化，所以由石=二7知，副线圈中有感应电动势，灯泡闪 亮，之后原线圈中电流恒定，线图内的磁通量恒定不变，副线圉中无电动势，因 而灯泡熄灭.核心点击.变压器的工作原理变压器的变压原理是电磁感应.如图2-6-3所示，当原线圈上加交流电压 5时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈 中都要产生感应电动势.如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应

4、电 流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势.由 于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副 线圈.其能量转换方式为原线圈电能一磁场能一副线圈电能.、铁芯变压器的示意图图 2-6-3.理想变压器的理想化条件(1)忽略原、副线圈的内阻；(2)忽略原、副线圈磁通量的差别：(3)忽略变压器自身的能量损耗，即忽略变压器原、副线圈电路的功率因素 的差别.变压器的特点和作用(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的.(3)变压器不能改变交变电流的频率.(4)若直流电的电压是随时

5、间变化的，也可以用变压器改变电压.(5)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0.O题组冲关1.下列关于变压器的说法正确的是()A.变压器工作的基础是自感现象B.在原线圈中，电能转化为磁场能C.电能能够从原线圈传递到副线圈，是因为原、副线圈通过导线连在一起D.变压器对恒定电流也能变压【解析】 变压器工作的基础是原副线圉的互相感应，并不是自感现象，在 原线圈中电能转化为磁场能，副线图中磁场能转化成电能，电能是通过磁场从原 线圈传递到副线圈的，变压器只能对变化的电流有变压作用，综上所述，只有B 正确.【答案】B一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相 等()【导学号：

6、46042123A.交流的频率B.电流的有效值C.电功率D.磁通量变化率【解析】变压器可以改变原副线图中的电流，因此原副线圈中的电流不一 定有相同的有效值，所以B正确.由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈， 因而原副线图的磁通量变化率相同；变压器的工作基础是电磁感应，副线圈中感 应的交流频率与原线圈交流频率是相同的；理想变压器原线圈输入功率等于副线 圈输出功率.【答案】B理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系 基础初探先填空.电压关系：理想变压器的电压跟它们的匝数成正比.公式：77=5 U2 in当 1加时，则有55,叫降压变压器.当时，则有5VS,叫升压变压器.电流关系(1)输入功率与输出

7、功率的关系：对于理想变压器，则U/三5b即尸入三尸出.(2)电流与匝数的关系：再判断(1)升压变压器的副线圈应该用较粗的导线绕制.(X)(2)变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负我而言起电源 作用.(V)(3)实际变压器输入功率一定大于输出功率.(J)后思考理想变压器有哪些特点？【提示】(1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样.(2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损).(3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流.(4)理想变压器是一种理想化模型.核心突破合作探讨观察如图26所示的可拆变压器，回答下列问题.实物图电路图实物图电路图图264探讨1：利用可拆

8、变压器探究变压器电压与匝数间的关系要注意些什么？【提示】(1)先保持原线圉的匝数不变，改变副线图的匝数，研究其对副 线圈电压的影响.(2)保持副线圈的匝数不变，改变原线图的匝数，研究原线圈的匝数对副线 圈电压的影响.(3)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V探讨2：通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验，得到的结论是 什么？【提示】 变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，即/=那核心点击.电压关系由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压5=瓦，副线圈两端 的电压5=反，所以用二詈.当有组线圈时.，则有:.功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，尸入=尸凡.电

9、流关系由于不计各种电磁能量的损失，输入功率等于输出功率即n=B,因为a= 5/1,尸2 = 5/2,则U111 = S4,所以=卷由竺=里得包=至川5 2茂2 ”由乐言知，对于只有一个副线圈的变压器，电流与匝数成反比.因此, 变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制：低压线圈匝数少 而通过的电流大，就用较粗的导线绕制.（2）公式=花只适用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈，电流关系 要从功率关系（输入功率等于输出功率）得出，即5/1 = 54+3/3+，根据蒋= 呆=得=知，电流与匝数关系为： l/l=2Z2 + 3/3HO题组冲关一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220

10、 V交变电流改变为110 V.已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为（）. 200 B. 400 C. 1 600 D. 3 200【解析】根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系*=鲁，得 2=嗜800X110.=而=400,选项B正确.【答案】B.如图2-6-5所示,接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电， 如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则（）【导学号：46042124L图265A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变【解析】由于家庭电路上理想变压器为降压变压器，故 12,当原、副线圈减少相同的匝数时，其变压比M

11、变大，根据卷=疆,因5 一定,5变 小，故小灯泡变暗，选项A错误，选项B正确；由%广知，原、副线图电压的比值变大，选项C错误；根据彳=一,则通过原、副线圈电流的比值变小, 1 771选项D错误.【答案】B.（多选）如图266所示为一理想变压器.S为单刀双掷开关，尸为滑动变 阻器的滑片，5为变压器原线圈两端的电压，11为原线圈中的电流，则（）图266A.保持5及尸的位置不变，S由。合到6上时，将减小B.保持尸的位置及5不变，S由6合到上时，R消耗的功率减小C.保持5不变，S合在。处，使尸上滑，将增大D.保持尸的位置不变，S合在处，若5增大，力增大【解析】S由。合到6时， 1减小而5不变，由会=兴

12、可知，副线图上 的电压增大，负载R的电流4增大，P?增大，又由于P1 =02= I/山，故4增大， A项错误；同理S由6合到。时，P2减小，B项正确；尸上滑时，负载电阻R增 大，而5、S均不变，由/2 =号可知/2减小，又由于1、2均不变，由2 =当可A12 7/1知将减小，故C项错误；当5增大时，由兴=可知5也增大，力=与增大， 再由金嗡可知九增大，故D项正确.【答案】BD名师理想变压器动态问题的处理方法（1）首先抓住三个决定原则：输入电压5决定输出电压5;输出电流力决定 输入电流；输出功率n决定输入功率Pi.(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化.(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定

13、副线圈电流的变化、功率的变化.(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变 化及输入功率的变化.电压互感器和电流互基础初探先填空.电压互感器用来把高电压变成低曳压一副线圈比原线圈匝数少，如图267中所示，根 据已知的变压比可以计算出原线路中的电压.电流互感器用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈匝数多，如图267乙所示，根 据已知的变流比可以计算出原线路中的电流.再判断(1)互感器原、副线圈中的电流频率相等.(J)(2)电压互感器实质上是一种降压变压器.(J)(3)电流互感器原线圈匝数比副线圈匝数多.(X)后思考为什么电流互感器的副线圈不允许安装保险丝？为什么电压互感器

14、的副线 圈要装保险丝？【提示】如果电流互感器在运行时副线图断开，12 = 0,则铁芯中的磁通 量会急剧增加（因为原线图中电流很大，在铁芯中产生的磁通量很大，正常运行 时/2W0,且所以产生的磁通量大部分被12产生的磁通量所抵消），这 将在副线圈的两端感应出高电压（可达103 V以上），即使副线圈的一端接地，对 人及仪表仍不安全，因此，电流互感器副线图决不允许断路，当然不允许安装保 险丝.电压互感器在运行时应严防短路，因短路时副线图电路阻抗大大减小，会出 现很大短路电流，使副线图严重发热而烧毁，所以在电压互感器低压侧要安装保 险丝.O核心突破合作探讨探讨：试讨论比较电压互感器和电流互感器的原理.

15、【提示】电压互感器的原理：是一种降压变压器，它的初级线圈并联在高 压交流线路上，次级线图与交流电压表相连，只要根据电压表测出的电压值和铭 牌上的变压比，就可以算出高压线的电压值.电流互感器的原理：是一种升压变压器，它的原线圈串联在被测交流电路中， 副线圈与交流电流表相连，只要读出交流电流表的示数，再根据变流比就可以算 出通过负载的电流值.核心点击.两种互感器的连接方式：电压互感器原线圈并联在被测的高压线路上， 电流互感器原线圈串联在被测的电路中.两种互感器的特点：电压互感器是一种降压变压器，原线圈匝数多，电 流互感器是一种升压变压器，副线圈匝数多.使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地.此外，电流互感 器在使用时绝对不允许副线圈开路.O题组冲关.在变电所，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，使用的仪器是电流互感器.下图中，能正确反映其工作原理的是（）【导学号：46042125【解析】 电流互感器应是测电流的，应串联在火线上，故C、D选项错误； 同时，由717? 1 =hm知要使,须21,故A选项正确，B选项错误.【答案】A.（多选）如图268所示，和心是远距离输电的两根高压线，在靠近用 户端的某处用电压互感器和电流互感器监测输电参数，在用电高峰期，用户接入 电路的用电器逐渐增多的时候（）Li