新教材2023学年度物理粤教版选择性必修第二册学案第3节变压器含解析

[核心素养·明目标]核心素养

第三节变压器学习目标科学态度与责任

了解变压器的构造，知道什么是抱负变压器。理解变压器的工作原理。通过试验探究，得到电压、电流与匝数的关系。能够利用变压比、变流比定性和定量分析有关变压器的实际问题。学问点一生疏变压器用途：转变沟通电压的设备。构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成。(1)原线圈：跟电源相连的线圈(也叫初级线圈)。(2)副线圈：跟负载相连的线圈(也叫次级线圈)。原理：原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不仅穿过原线圈，也穿过副线圈，所以在副线圈中产生感应电动势。假设在副线圈两端接入负载，负载中就会有交变电流。学问点二探究变压器电压与线圈匝数的关系试验目的：探究变压器电压与线圈匝数的定量关系。试验器材：可拆变压器、低压沟通电源、沟通电压表、带夹的导线。试验步骤要先估量被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，假设不知道被测电压的大致范围，则应选择沟通电压表的最大量程进展测量。把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。(3)用沟通电压表测量输入、输出电压。转变输入端电压，重测量输入、输出端电压，记录在设计好的表格内。1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6U1U2nn1n2转变线圈匝数，重测量输入、输出端电压，记录在上面设计好的表格内。留意事项(1)在转变低压沟通电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进展操作。(2)为了人身安全，低压沟通电源的电压不能超过12V，不能用手接触暴露的导线和接线柱。(3)为了多用电表的安全，使用沟通电压挡测电压时，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展测量。学问点三抱负变压器原、副线圈根本量的关系铜损和铁损铜损：变压器的线圈有内阻，电流通过时发热所损失的能量。铁损：铁芯在交变磁场中反复磁化，产生涡流，使铁芯发热所损失的能量。抱负变压器：无视原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器。电压与匝数关系：原、副线圈的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，U n即1＝1。U n2 2功率关系：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。I n电流与匝数关系：原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，即I1＝n2。2 12 1 2 两类变压器：n>n，能使电压上升的变压器叫作升压变压器；n<n，能使电压降低的变压器叫作降压变压器。2 1 2 1．思考推断(正确的打“√”，错误的打“×”)变压器只能转变交变电流的电压，不能转变直流电的电压。 (√)实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。(√)抱负变压器不仅可以转变交变电流的电压和电流，还可以转变交变电流的功率和频率。抱负变压器是客观存在的。 (×)

(×)U n1＝1适用于任何抱负变压器。(√)U n2 22．(多项选择)抱负变压器的原、副线圈中肯定一样的物理量有( )C．功率

D．沟通电的峰值ABC[抱负变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率一样，原、副线圈中功率一样，B、C正确；变压器能转变沟通电的峰值但不转变沟通电频率，A正确，D错误。]3．一输入电压为220V、输出电压为36V的变压器副线圈烧坏了，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上绕了5匝线圈如下图，然后将原来线圈接到220V沟通电源上，测得绕线圈两端的电压为1V，按抱负变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )A．1100 360C．2200 180

B．1100 180D．2200 360n

n3U1＝5×220＝1100，11＝U13

＝n1U2＝1100×36＝180B正确。]12 U 2201考点1 对变压器原理的理解发光？解释消灭这种现象的缘由。t提示：t动势。变压器的变压原理是电磁感应。如下图，当1U1

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、副线圈中都会产生感应电动势。假设副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，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。能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。【典例1】(多项选择)如下图为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10000V到一个高压，应使()C．开关在断开时接通

开关在接通时断开BC[欲使副线圈两端得到一个高压，必需使变压器铁芯中的磁通量发生变B、C。]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变压器不能转变交变电流的频率。4假设直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器转变电压。[跟进训练]1．如下图，甲图中两导轨不平行，而乙图中两导轨平行，其余物理条件MN正在导轨上向右做匀速运动，在金属棒运动过程中，将观看到()甲 乙A．L1、L2都发光，只是亮度不同B．L1、L2都不发光C．L2发光，L1不发光D．L1发光，L2不发光D[化的电流，能产生电磁感应现象，在左侧线圈和灯L1中产生感应电流，灯L1发电流，不能在左侧线圈和灯L2回路中产生感应电流，灯L2不发光。正确选项为D。]考点2 探究变压器电压与线圈匝数的关系副线圈中就存在输出电压。本试验中要解决电压与匝数的关系常用什么方法？压与匝数的关系。数据处理依据试验中记录的数据分析完成表格：1 2 3 4 5 6U1U2n1n2/UU/1 2n1/n2试验结论＝U＝U数学表达式为：1U2

nn1。2误差分析(1)由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。(2)原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗，造成误差。(3)铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。1 【典例2】在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”的试验中，小型n＝120匝、n＝2401 原线圈两端的原线圈两端的副线圈两端试验序号U1U1221233.95.97.88.211.815.21∶2.11∶2.0试验小组依据测得的数据在表格中算出U、UU、1 2 12U的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。2本试验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为 (用题目中给出的字母表示)。该变压器是 变压器(选填“升压”或“降压”)。[解析] (1)

U1＝7.8＝1。U2

15.2 1.9n 240 n1＝120＝1n 240 2＝。U n＝。Un圈两端电压与匝数的关系是1 1Un2 2从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。U n[答案](1)1∶1.9 (2) 1＝1

升压U n2 2[跟进训练][跟进训练]2．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的试验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②闭合电源开关，用多用电表的沟通电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；③将匝数较多的一组线圈接到沟通电源输出端上，另一组作为副线圈，接上小灯泡；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。以上操作的合理挨次是 (只填步骤前数字序号)。2如下图，在试验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2

＝400n作为1＝16U＝4U′11 2 11、＝8V时，U′2＝32V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、

U与线1 2圈匝数n、n的关系是 1 2[解析](1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”步骤。故合理的挨次是①③②④。1 2 1 (2)n1＝1600，n2＝400n作原线圈时，U＝16V，副线圈两端电压U＝4V；当原线圈与副线圈对调后，U′＝8V时，U′＝321 2 1 U nU′2U′1为副线圈的电压；由以上数据可得

1＝1。U n2 2U n[答案](1)①③②④(2) 1＝1U n2 2考点3 抱负变压器的根本关系应用学生电源(12V)，可拆变压器，多用表(沟通电压挡)，电路图如下图们的匝数的关系是什么？I n U n I n提示：I1＝n2P＝PIU＝IU，又1＝n1，所以推导出I1＝n2。1 2 1 1 2 2 U2 1 2 2 2 1抱负变压器的变压(变流)规律规律表示 依据 备注变压规律

U1 U2 U3

ΔΦ 适于一个原线圈及12n3n＝n＝…12n3

E＝nΔt

多个副线圈的状况功率关系

P ＝P入 出

能量守恒

适于抱负变压器nI＝I1 n2nI＝2 1变流规律

U1I1＝U2I2U1I1＝U2I2＋U3I3…

一个副线圈多个副线圈抱负变压器各物理量间的制约关系输入电压打算输出电压：由U1＝U2，得U

nn2U。nn1 n2

2＝ 11U1不变时，U2R多大及是否变化无关。输出功率打算输入功率：对抱负变压器P ＝P 。出 入负载打算输出电流：当U肯定时，U也肯定，对副线圈有I U2，所以1 2 2＝RR变化时，I2R变大，I2变小；R变小，I2变大。输出电流打算输入电流：由n

I＝nII

n2I

，所以当I

变化时，I11 22

1＝ 2 2 11n也随之变化。即I2变大，I1变大；I2变小，I1也变小。n【典例3】如下图，抱负变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为抱负电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB两端电压u1＝12 2sin 。下列说法正确的选项是( )电流频率为100Hz24V0.5A变压器输入功率为6W

＝12 2sin 100πt(V)U＝UmU

n21 2 1 2πn2

＝n2U＝1

U2 n2

2 1 ×1I2

＝U2＝6RL

A＝1A，即 的读数为1A，选项C错误；依据P P P1＝及21＝及22RL

W＝6WD正确。]抱负变压器的电压关系和电流关系抱负变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的状况都成立。P入＝P出求出。[跟进训练]如下图，抱负变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦沟通电源，副线圈接入“220V 60W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )220电流表的示数为3 2A2201200W220电流表的示数为3 A220原线圈端电压为11VU n

1＝1可知，原线圈电压U n2 21 1 U＝20×220V＝4400V，故D错误；又因输入功率等于输出功率，P＝P＝1 1 PW，故B错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流IP

＝1＝60

A＝3 A，1A错误，C正确。]1

1 U 4400 2201 如下图，抱负变压器原、副线圈匝数之比n∶n＝4∶1，当导线在平行导轨上匀速切割磁感线时，电流表A112mA，则副线圈中电流表A2的示数是1 A．3mAC．0

B．48mADR的阻值有关C正确。]如下图四个电路，能够实现升压的是( )D[变压器只能对沟通电变压，不能对直流电变压，故A、B错误；由于电压D能实现升压。]如下图，一抱负变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W，原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。假设用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝110 2V，I＝0.2AD．U＝110 2V，I＝0.2 2A220V，而变压器的输入与输出电压之比等于原、副线圈的110V110V；又由于变压器0.2A，A正确。]一含有抱负变压器的电路如下图，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别3Ω、1Ω4Ω，为抱负沟通电流表，U为正弦沟通电压源，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4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A．2 B．3 C．4 D．5BnSU＝IR＋nI2R2＋R3)S闭合时，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2n＝3B正确。]5．如下图，一个变压器(可视为抱负变压器)的原线圈接在220V