变压器高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第二册）（原卷版）

第三章交变电流第3节变压器【核心素养目标】物理观念了解变压器的构造及工作原理.科学思维掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系．科学探究通过实验探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系.3科学态度与责任通过变压器知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一变压器的原理【情境导入】1．把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。接通电源，我们会看到小灯泡发光，结合实验现象思考变压器的原、副线圈没有连在一起，原线圈中的电流是如何“流到”副线圈中去的？2．探究分析变压器中闭合铁芯的作用是什么？【知识梳理】1．构造：由和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作，与负载连接的线圈叫作．2．原理：现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生．【重难诠释】1．变压器的构造变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图甲、乙所示．2．变压器的工作原理图注意(1)变压器不改变交变电流的周期和频率．(2)变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用．(3)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．【典例精析】例1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是()A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈知识点二实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系【重难诠释】1．实验思路交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系．2．实验器材多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干3．实验步骤(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数．(2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中．(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值．(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值．4．实验结论实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).5．注意事项(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作．(2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱．(3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．【典例精析】例2．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中．(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是____________________________________．A．为了保证人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12VB．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱D．为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测(2)某实验小组通过实验，记录的数据如下表：原线圈匝数n1100200400400副线圈匝数n2400400200800原线圈两端的电压U1(V)1.964.908.004.86副线圈两端的电压U2(V)7.809.763.909.64通过分析实验数据可得出的实验结论是____________________________________．知识点三理想变压器的基本关系【情境导入】变压器线圈两端的电压与匝数的关系可以通过实验来探究。器材：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干实验步骤：(1)按图示电路连接电路。(2)原线圈接6V低压交流电源，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2＝eq\f(1,2)n1、n1、2n1，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格。(3)原线圈接6V低压交流电源，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1＝eq\f(1,2)n2、n2、2n2，用多用电表交流电压挡分别测出副线圈两端的电压，记入表格。总结实验现象，得出什么结论？【知识梳理】1．理想变压器：没有的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型．(1)原、副线圈中的电流产生的磁场完全束缚在闭合铁芯内，即无“漏磁”．(2)原、副线圈不计电阻，电流通过时不产生焦耳热，即无“铜损”．(3)闭合铁芯中的涡流为零，即无“铁损”．2．电压与匝数的关系理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).3．两类变压器副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作变压器．4.原线圈中电场的能量转变成的能量，通过铁芯使变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了的能量．【重难诠释】1．电压关系(1)只有一个副线圈时，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).当n2>n1时，U2>U1，变压器使电压升高，是升压变压器．当n2<n1时，U2<U1，变压器使电压降低，是降压变压器．(2)有多个副线圈时，eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…2．功率关系从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出．3．电流关系(1)只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(2)当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…【典例精析】例3．如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220eq\r(2)·sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是()A．电流表的示数为1AB．原线圈的输入功率为220eq\r(2)WC．电压表的示数为110eq\r(2)VD．副线圈输出交流电的周期为50s针对训练一、单选题1．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻、和的阻值分别为、和，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为。该变压器原、副线圈匝数的比值为（）A．2 B．3 C．4 D．52．如图所示的电路中，a、b接在内阻不计的交流发电机上，发电机有N匝矩形线圈，线圈面积为S，处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕线圈平面内与磁场垂直的轴以角速度ω匀速转动。T为理想变压器，原、副线圈的匝数分别为n1和n2，A1、A2为理想交流电流表，R为定值电阻。当线圈转动的角速度变为后，下列说法正确的是（）A．A1的示数变为原来的 B．A2的示数变为原来的C．R中电流的频率变为原来的2倍 D．R消耗的电功率变为原来的3．如图所示，小型发电机的矩形线圈（电阻不计）在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，通过电刷与副线圈匝数可调的理想变压器相连，副线圈上接有定值电阻R1、滑动变阻器R2和理想电压表。下列措施可以增大电压表示数的是（）A．增大线圈转动的周期 B．减小磁场的磁感应强度C．向上移动副线圈的滑片P2 D．向右移动滑动变阻器的滑片P14．如图所示的自耦变压器为理想变压器，R为定值电阻，在ab两端输入正弦交流电，将滑片P向下移动，使原线圈的匝数减少为原来的80%，则变压器副线圈输出电压将会是原来的（）A．1.2倍 B．1.25倍 C．0.8倍 D．0.75倍5．若在实验中用匝数匝和匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是（????）实验次数1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02A．一定是原线圈B．一定是原线圈C．可能是原线圈D．可能是副线圈6．如图所示，为某学习小组设计的浴室用电安全原理图，用原、副线圈匝数比为5:1的理想变压器给浴室降压供电，原线圈输入交变电压u=311sin100πt(V)，已知照明灯额定功率为44W，排气扇电动机内阻为2Ω，电流表示数为2A，各用电器均正常工作，保险丝电阻不计，电表均为理想电表。则（）A．副线圈输出电压的有效值为40VB．变压器的输入功率为88WC．排气扇输出功率为44WD．若关掉排气扇，变压器输入功率不变7．手机无线充电技术越来越普及，图甲是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈的匝数比N1：N2＝5：1，两个线圈中所接电阻的阻值均为R。当ab间接上220V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流实现给手机快速充电，这时手机两端的电压为5V，充电电流为2A。若把装置线圈视同为理想变压器，则下列说法正确的是（）A．若送电线圈中通以恒定电流，则受电线圈中将产生恒定电流B．流过送电线圈与受电线圈的电流之比为5：1C．快速充电时，受电线圈cd两端的输出电压为42.5VD．若送电线圈中电流均匀增加，则受电线圈中电流也一定均匀增加8．理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路，变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流，则下列说法正确的是（）A．R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2B．R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4C．a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2D．a、b间输入电压与变压器输入电压之比为3∶1二、多选题9．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是（）A．原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能B．铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险C．变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小D．当原线圈接入恒定电流时，副线圈也有电压输出10．如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为，电流表、电压表均为理想电表，是光敏电阻（其阻值随照射光强度增大而减小）。原线圈接入电压随时间按变化的交流电，下列说法正确的是（）A．交流电的频率为100HzB．电压表的示数为110VC．照射的光强度增大时，电流表的示数变大D．照射的光强度增大时，电压表示数变大，灯泡变得更亮11．如图所示，甲是一固定的水平放置内阻不计的圆形导体线圈，线圈匝数N=100匝，面积，线圈的两端P、Q与原、副线圈匝数比n1∶n2=3∶2的理想变压器原线圈相连接，变压器的副线圈连接一额定电压为8V的小灯泡L和滑动变阻器R。在线圈所在的空间存在着与线圈平面垂直的磁场，磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。规定垂直于线圈平面向上为B的正方向，则下列说法中正确的是（）A．在1.57×10-2~4.71×10-2s时间内，P点的电势高于Q点的电势B．线圈中产生的感应电动势的有效值为12VC．小灯泡能正常发光D．滑动变阻器的滑动端向上滑动时，小灯泡的亮度将减小12．如图所示的理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=1∶2，U1=220sinωt（V），n1=1100匝，以下说法中正确的是（）A．穿过原、副线圈的磁通量之比为1∶2B．穿过原、副线圈的磁通量变化率的最大值相等，均为VC．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2VD．原、副线圈的电压最大值之比为1∶213．如图所示，一理想变压器原线圈连接正弦交流电源、电阻R1和电流表A1，副线圈连接电压表V