2022-2023学年人教版选择性必修第二册 第三章 第3节 变 ѹ 器 学案

1、第3节 变 压 器1.了解变压器的构造和工作原理。2.利用可拆变压器探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。3知道理想变压器的特点及电压与匝数的关系。4.能推导得出理想变压器原、副线圈的电流与匝数的关系。eq avs4al(一、变压器的工作原理)1填一填(1)构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成，与电源连接的线圈叫作原线圈，也叫初级线圈；与负载连接的线圈叫作副线圈，也叫次级线圈。(2)原理：互感现象是变压器工作的基础，原线圈中的电流的大小、方向不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈能输出电流。2判一判(1)变压器的原、副线圈没有导线连接

2、，副线圈不能输出电流。()(2)变压器的两个线圈之间是通过磁场联系在一起的，两个线圈间是绝缘的。()(3)原、副线圈都绕在同一闭合铁芯上。()3想一想如果把变压器接入直流电路，变压器能起到变压作用吗？提示：变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不会引起磁通量的变化，就没有互感现象出现，变压器就起不到变压作用。eq avs4al(二、变压器的电压与线圈匝数的关系)1填一填(1)实验探究实验器材：可拆变压器、低压交流电源、多用电表等。实验原理：利用控制变量法，在原线圈输入电压U1一定时，原线圈匝数n1不变时，副线圈上的电压U2与对

3、应匝数n2的关系；再研究在副线圈匝数n2不变时，副线圈上的电压U2与对应原线圈匝数n1的关系。实验结论：在不考虑变压器能量损失的情况下，变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈匝数之比，即：eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)。(2)理想变压器实际变压器的能量损失：a变压器线圈通过电流时发热；b变压器铁芯在交变磁场作用下因涡流产生热量；c交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内。理想变压器：没有能量损失的变压器，是一种理想化模型。(3)原、副线圈电流与匝数的关系对理想变压器：P1P2，又P1I1U1，P2I2U2，eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)可推出：eq f(I1,I

4、2)eq f(n2,n1)。(4)变压器的分类降压变压器：副线圈电压比原线圈电压低的变压器。升压变压器：副线圈电压比原线圈电压高的变压器。2判一判(1)理想变压器的输入功率和输出功率相等。()(2)实际生活中不存在原、副线圈匝数相等的变压器。()(3)eq f(I1,I2)eq f(n2,n1)适用于任何理想变压器。()3选一选理想变压器的原线圈匝数不变，原线圈接入电压有效值恒定的交流电，则副线圈的()A匝数越少，输出电压越高B匝数越多，输出电压越高C输出功率比输入功率小D输出功率比输入功率大解析：选B原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，分析可知选项A错误，B正确；理想变压器的输入功

5、率和输出功率相等，选项C、D错误。理想变压器的原理及基本规律学透用活1工作原理2基本规律(1)电动势关系：由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的eq f(,t)，根据法拉第电磁感应定律有E1n1eq f(,t)，E2n2eq f(,t)，所以eq f(E1,E2)eq f(n1,n2)。(2)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U1E1，副线圈两端的电压U2E2，所以eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)。当有n组线圈时，则有：eq f(U1,n1)eq f(U2,n2)eq f(U3,n3)。(3)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P入

6、P出。(4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1I2U2，得eq f(I1,I2)eq f(U2,U1)eq f(n2,n1)。当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3，得I1n1I2n2I3n3。典例1如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2221，原线圈接u1220eq r(2)sin (100t)V的交流电，电阻R10 ，电流表、电压表均为理想电表，则()A电压表的读数为10 eq r(2) VB电流表的读数为22 AC输出电流的频率为100 HzD变压器的输出功率为10 W解析原线圈电压有效值为U1eq f(220r(2),r(2) V220 V，则副线圈

7、电压有效值为：U2eq f(n2,n1)U110 V，则电压表的读数为10 V，选项A错误；电流表的读数I2eq f(U2,R)1 A，选项B错误；输入、输出的频率不变，应为50 Hz，选项C错误；变压器的输出功率为PI2U210 W，选项D正确。答案D易错警示(1)变压器只能改变交变电流的电压，不能在直流电路中使用。(2)原、副线圈的电压、电流发生变化，而频率不变。(3)当变压器有多个副线圈时，电压关系仍适用，而电流关系式eq f(I1,I2)eq f(n2,n1)不再适用。对点练清1多选下列关于理想变压器的说法正确的是()A输入功率等于输出功率B输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电

8、能C输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能D输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去解析：选AB变压器传输的是交变电流，当电流经过原线圈时，在铁芯中产生变化的磁场，电能转化为磁场能，此变化的磁场经过副线圈在副线圈中产生感应电动势，若线圈闭合，则产生感应电流，磁场能又转化为电能，理想变压器无漏磁，无能量损失，即输入功率等于输出功率，故A、B正确，C、D错误。2理想变压器的原、副线圈匝数为n1和n2，电流为I1和I2，电压为U1和U2，功率为P1和P2，下面关系正确的是()A.eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)B.eq f(I1,I2)eq f(n1,n2)C.eq f(P1,P2)

9、eq f(n1,n2) D.eq f(U1,U2)eq f(I1,I2)解析：选A理想变压器中原、副线圈的电压满足eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)；理想变压器中不考虑能量损失，输出功率等于输入功率，即P1P2，则U1I1U2I2，即n1I1n2I2，故A正确。3如图所示，理想变压器副线圈接有两个相同的灯泡L1和L2。R为定值电阻。S处于断开状态。若变压器原线圈两端的电压保持不变，则S闭合后，下列判断正确的是()A副线圈两端的电压增大B原线圈中的电流减小C灯泡L1变亮D变压器的输入功率增大解析：选D由于输入的电压的大小和变压器的匝数比不变，所以变压器的输出的电压始终不变，当S接通后，

10、电路的总电阻减小，总电流变大，所以电阻R上消耗的电压变大，由于输出的电压不变，所以灯泡L1的电压减小，灯泡变暗，故A、C错误。当S接通后，副线圈中电流变大，而变压器的匝数比不变，所以原线圈中的电流增大，故B错误。变压器的输出电压不变，输出电流变大，所以输出功率变大，变压器的输入功率等于输出功率，所以变压器的输入功率变大，故D正确。理想变压器的动态问题分析学透用活1电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq blc(rc)(avs4alco1(f(n1,n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2eq f(n2U1,n1)。2电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq blc(rc)(avs

11、4alco1(f(n1,n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1eq f(n2I2,n1)。3功率制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2P负1P负2；(2)变压器的输入功率P1P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。4两种常见的动态分析(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1。(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1。典例2如图所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R

12、3和R4均为固定电阻。开关S是闭合的，V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。U1数值不变，现断开S，下列推断中正确的是()AU2变小、I3变大BU2不变、I3变小CI1变小、I2变小 DI1变大、I2变大解析理想变压器的电压与匝数成正比，由于理想变压器原线圈接的电压不变，则副线圈电压不变，所以V2的示数U2也不变，当S断开之后，并联电路的电阻变大，副线圈电路中的电阻也就变大，由于副线圈电压不变，所以副线圈的总电流减小，即I2变小，由于电流与匝数成反比，当副线圈的电流减小时，原线圈的电流也就要减小，所以I1变小，由于副线圈的总电流

13、减小，R1的电压减小，并联电路的电压U3就会增大，所以R3的电流I3就会增大，所以C正确。答案C规律方法理想变压器动态分析方法(1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路中的电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、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。对点练清1多选用理想变压器给负载电阻R供电，变压器输入电压一定时，下列四个办法中可以使变压器输入功率增加的是()A减小变压器原线圈匝数，而副线圈匝数及负载电

14、阻R保持不变B减小负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变C增大负载电阻的阻值，而变压器原、副线圈匝数不变D增大变压器副线圈匝数，而原线圈匝数和负载电阻保持不变解析：选ABD由eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)可知，当n1减小，U1、n2不变时，U2增大，P2eq f(Uoal(2,2),R)(R不变)，P2增大，由变压器输入功率P1P2可知，A正确；U1、n1、n2不变，则U2不变，R减小时，P2eq f(Uoal(2,2),R)，P2增大，由变压器输入功率P1P2可知，B正确；选项C与选项B相反，故C错误；当n1、U1不变，n2增大时，则U2增大，由P2eq f(Uoal(2,

15、2),R)(R不变)，可知P2增大，由变压器输入功率P1P2可知，D正确。2多选如图所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端所接电源为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率减小，可使()A原线圈匝数n1增加B副线圈匝数n2减小C负载电阻R的阻值增大D负载电阻R的阻值减小解析：选ABC由eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)，P出eq f(Uoal(2,2),R)可得P出eq f(Uoal(2,1)noal(2,2),noal(2,1)R)，又因为P入P出，所以P入eq f(Uoal(2,1)noal(2,2),noal(2,1)R)，分析可

16、知选项A、B、C正确，选项D错误。3如图所示，理想变压器副线圈接有两个相同的灯泡L1和L2。R为定值电阻。S处于断开状态。若变压器原线圈两端的电压保持不变，则S闭合后，下列判断正确的是()A副线圈两端的电压增大B原线圈中的电流减小C灯泡L1变亮 D变压器的输入功率增大解析：选D由于输入的电压的大小和变压器的匝数比不变，所以变压器的输出的电压始终不变，当S接通后，电路的总电阻减小，总电流变大，所以电阻R上消耗的电压变大，由于输出的电压不变，所以灯泡L1的电压减小，灯泡变暗，故A、C错误。当S接通后，副线圈中电流变大，而变压器的匝数比不变，所以原线圈中的电流增大，故B错误。变压器的输出电压不变，输

17、出电流变大，所以输出功率变大，变压器的输入功率等于输出功率，所以变压器的输入功率变大，故D正确。一、火花塞如何点火(科学思维)选自鲁科版新教材“科学书屋”汽车内燃机利用火花塞产生的电火花来点燃气缸中的燃料空气混合物。要使火花塞产生电火花，两电极间必须要有几千伏的高压，而某种汽车蓄电池的电压只有12 V，这就要用到变压装置。火花塞点火原理如图所示。当开关由闭合变为断开的瞬间，图中含电池的回路中电流急剧减小，变压器铁芯中磁通量急剧变化，因副线圈的匝数大大超过原线圈，副线圈就会感应产生几千伏甚至上万伏的高压，火花塞立即产生电火花。若变压器初级线圈为200匝，要使变压器输出电压达到2 400 V，则副线圈匝数是多少？提示由eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)，U112 V，U22 400 V，n1200匝，可求得n240 000匝。二、典题好题发掘，练典题做一当十选自鲁科版新教材课后练习一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115，原线圈与正弦交流电源连