人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案：第3节 变压器

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1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几种常见的变压器。科学思维理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释。科学探究体会探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程、分析现象得出探究结果。科学态度与责任了解变压器在实际中的应用，如无线充电技术等。知识点一变压器的原理〖观图助学〗如图为生活中常见变压器的内部构造图，观察并说明变压器的主要构造是什么？1.构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。2.原线圈：与交流电源连接的线圈叫原线圈，也叫初级线圈。副线圈：与负载连接的线圈叫副线圈，也叫次级线圈。3.工作原理：利用互感现象。〖思维拓展〗变压器能改变恒定电流的电压吗？〖提*示〗变压器的变压原理是互感现象。若通过原线圈的电流为恒定电流，则在铁芯中激发的磁场为恒定磁场，副线圈中无感应电动势产生，因此变压器不能改变恒定电流的电压。两个线圈之间并没有导线连接。变压器的铁芯是不带电的。知识点二探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系〖实验目的〗在U1一定时，探究n1、n2对U2的影响。〖实验原理〗(1)实验电路图：(2)实验方法采用控制变量法①n1一定，研究n2和U2的关系。②n2一定，研究n1和U2的关系。〖实验器材〗学生电源(低压交流、小于12V)1个、可拆变压器1个、多用表(交流电压挡)1个、导线若干〖实验设计〗一、实验步骤1.保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。表格一U1＝5V，n1＝400匝实验次数123n2/匝U2/V(1)选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。(2)将选择开关调至使原线圈两端电压为5V，如图甲所示。(3)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示，读出副线圈两端的电压U2。(4)将n2、U2、n1、U1记录在表格一中。(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不变。将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示。读出副线圈两端的电压U2。(6)将n2、U2记录在表格一中。(7)保持n1＝400匝，U1＝5V不变。将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁所示。读出副线圈两端的电压U2。(8)将n2、U2的数值记录在表格一中。2.保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。表格二U1＝5V，n2＝400匝实验次数123n1/匝U2/V(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。(2)选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。(3)将选择开关拨至5V挡。(4)将多用电表与副线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。(5)将n2、U2、n1、U1记录在表格二中。(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。(7)将n1、U2记录在表格二中。(8)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。(9)将n1、U2的数值记录在表格二中。(10)拆除实验线路，整理好实验器材。二、数据处理分析表格一和表格二可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。知识点三电压与匝数的关系1.理想变压器：(1)定义：没有能量损失的变压器。(2)特点：①原、副线圈不计电阻②无磁通量漏失③铁芯不发热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、副线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。3.变压器的效率：变压器的输出功率与输入功率之比。4.变压器的分类(1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈电压低。(2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈电压高。理想变压器是一个理想化模型。变压器的能量传递方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能。核心要点探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、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(铜损)，造成误差。3.铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差。二、注意事项1.为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。2.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。3.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，再请老师确认后才能接通电源。〖试题案例〗〖例1〗如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请简要续填实验步骤(写出要测量的物理量，并用字母表示)(1)用长导线绕一个________，作为副线圈替代________。(2)把低压交流电源接A线圈，用多用电表测得A线圈的输入________和绕制线圈的输出________。(3)A线圈的匝数nA＝________。〖解析〗根据变压器电压比等于匝数比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。〖答案〗(1)n匝线圈B线圈(2)电压UA电压U(3)eq\f(UA,U)n〖针对训练1〗在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B.条形磁铁C.直流电源D.多用电表E.开关、导线若干(1)上述器材在本实验中不必用到的是________(填器材前的序号)。(2)本实验中还需用到的器材有_________________________________________________________________________________________________。〖解析〗(1)由本实验的实验原理可知，本实验不必用到的器材是B.条形磁铁和C.直流电源。(2)为使实验安全，本实验用到的电源是学生电源，且利用低压交流挡。〖答案〗(1)B、C(2)(低压)交流电源核心要点理想变压器的工作原理及规律〖要点归纳〗1.理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失。(2)原副线圈不计内阻，即无能量损失。2.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(ΔΦ,Δt)，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)，E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)，所以eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1,n2)。3.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U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，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)＝…。4.功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。5.电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。6.变压器的分类易错提醒(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)当副线圈有多个线圈时，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。〖试题案例〗〖例2〗如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220eq\r(2)sin(100πt)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.原线圈的输入功率为220eq\r(2)WB.电流表的读数为1AC.电压表的读数为110eq\r(2)VD.副线圈输出交流电的周期为50s〖解析〗由题知，变压器的输入电压U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，所以U2＝eq\f(n2,n1)U1＝110V；副线圈电流I2＝eq\f(U2,R)＝2A，原线圈电流I1＝eq\f(n2,n1)I2＝1A。电压表、电流表的读数为有效值，故选项B正确，C错误；原线圈输入功率P1＝U1I1＝220W，选项A错误；交流电的周期T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，选项D错误。〖答案〗B总结提升(1)电压表、电流表示数均为有效值。(2)理想变压器P入＝P出。(3)变压器不改变交变电流的频率，即通过原、副线圈交变电流频率相等。〖针对训练2〗如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB两端电压u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V。下列说法正确的是()A.电流频率为100Hz B.的读数为24VC.的读数为0.5A D.变压器输入功率为6W〖解析〗根据u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V及U＝eq\f(Um,\r(2))知U1＝12V，f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，选项A错误；根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×12V＝6V，即的读数为6V，选项B错误；又I2＝eq\f(U2,RL)＝eq\f(6,6)A＝1A，即的读数为1A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),RL)＝eq\f(62,6)W＝6W，选项D正确。〖答案〗D核心要点理想变压器的动态分析〖要点归纳〗1.理想变压器的制约条件(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝eq\f(n2U1,n1)。(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定时，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I1＝eq\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，P2＝P负1＋P负2＋…；②功率关系P1＝P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(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R→I2→P2→P1→I1。(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、n2→U2→I2→P2→P1→I1。特别提醒(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态的分析方法。〖试题案例〗〖例3〗如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表示数变大D.若闭合开关S，则电流表示数变大，示数变大〖解析〗当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表示数减小；原线圈中的电流变大，电流表示数变大，选项D错误。〖答案〗B方法总结动态问题的分析思路〖针对训练3〗(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小〖解析〗Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R＋R0)可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故选项A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，n2增大，由eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故选项C正确，D错误。〖答案〗BC

核心要点几种常见的变压器〖要点归纳〗1.自耦变压器如图甲、乙所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图丙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。2.互感器交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器。(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压。(如图甲所示) 甲乙(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流。(如图乙所示)〖试题案例〗〖例4〗(多选)图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()A.线圈匝数n1<n2，n3<n4B.线圈匝数n1>n2，n3>n4C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路〖解析〗题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确。〖答案〗CD方法总结互感器的区分技巧电压互感器是降压变压器，据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，知n1＞n2。电流互感器是升压变压器，据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，知n1＜n2。〖针对训练4〗如图所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0＝220V，n0＝2200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1100匝、2200匝。电动机M的内阻r＝4Ω，额定电压为U＝220V，额定功率P＝110W。下列判断正确的是()A.当选择挡位3时，电动机两端电压为110VB.当挡位由3变换到2时，电动机消耗的功率增大C.当选择挡位2时，电动机的热功率为1WD.当选择挡位4时，电动机的输出功率为110W〖解析〗由电压与匝数的关系U0∶U3＝n0∶n3，解得U3＝110V，选项A正确；当挡位由3变换到2时，输出电压减小，电动机消耗的功率减小，选项B错误；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I＝eq\f(P,U)＝0.5A，热功率Pr＝I2r＝1W，输出功率为P－Pr＝(110－1)W＝109W，选项D错误；当没有达到额定功率时，热功率小于1W，选项C错误。〖答案〗A1.(变压器的工作原理)(多选)关于变压器的构造和工作原理，下列说法中正确的是()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，是为了防止将原、副线圈短路，造成危险C.变压器不改变交流电的频率，只改变电压大小D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出〖解析〗闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁场很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈，A选项正确；若用整块金属做铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生感应电流，导致铁芯发热，烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故B选项错误；对于正弦交流电，铁芯中磁通量的变化率等于原线圈中电流的变化率，在副线圈中，感应电动势正比于磁通量的变化率，因此感应电动势的变化随着磁通量变化率的变化而变化，所以副线圈输出交流电的频率等于输入交流电的频率，所以C选项正确；由电磁感应定律知道，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故D选项正确。〖答案〗ACD2.(理想变压器基本关系的应用)如图甲所示是一个可调亮度的台灯的内部电路图，理想变压器的原线圈接有如图乙所示的正弦交变电压，副线圈触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是()A.交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝eq\f(U0,\r(2))cos(100πt)VB.若仅将触头P向B端滑动，则灯泡的亮度增大C.若使灯泡电阻增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大D.若换用额定电压相同，额定功率更大的灯泡，则原线圈输入功率将增大〖解析〗由图知交变电源的电压u随时间t变化的规律是u＝U0cos(100πt)V，A错误；由于原线圈的输入电压不变，若仅将触头P向B端滑动，则副线圈的匝数减小，输出电压减小，灯泡消耗的电功率变小，B错误；当电阻增大时，电路的电阻变大，P向B端滑动，副线圈的电压变小，所以副线圈的输出功率减小，输入功率等于输出功率减小，则A处的电流减小，C错误；若换用额定电压相同，额定功率更大的灯泡，则输出功率增加，输入电功率增加，故选项D正确。〖答案〗D3.(互感器)(多选)如图所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220V和10A，已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1，乙图中原、副线圈匝数比为1∶10，则()A.甲图中的电表是电压表，输电电压为22000VB.甲图是电流互感器，输电电流是100AC.乙图中的电表是电压表，输电电压为22000VD.乙图是电流互感器，输电电流是100A〖解析〗根据匝数比eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，有U1＝eq\f(n1,n2)U2＝eq\f(100,1)×220V＝22000V，故选项A正确；甲图是电压互感器，故选项B错误；乙图是电流互感器，电表是电流表，故选项C错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，有I1＝eq\f(n2,n1)I2＝eq\f(10,1)×10A＝100A，故选项D正确。〖答案〗AD4.(理想变压器的动态分析)如图所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，开始时开关S是断开的。现将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是()A.V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大B.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大C.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小D.V1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，A2的示数增大，P入减小〖解析〗电压表V1的示数由输入电压决定；电压表V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比eq\f(n1,n2)决定；电流表A2的示数即I2由输出电压U2(大小等于电压表V2的示数)和负载电阻R负决定；电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比eq\f(n2,n1)和输出电流I2决定；P入随P出而变化，由P出决定。因输入电压不变，所以电压表V1的示数不变；据公式U2＝eq\f(n2U1,n1)，可知U2也不变，即电压表V2的示数不变；又据I2＝eq\f(U2,R负)知，S闭合后R负减小，故I2增大，电流表A2的示数增大；输入电流I1随输出电流I2的增大而增大，故电流表A1的示数增大；因P出＝U2I2，故P出增大；P入随P出变化，故P入也增大。可见本题的正确选项为B。〖答案〗B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几种常见的变压器。科学思维理解变压器的工作原理，并能运用电磁感应的规律进行解释。科学探究体会探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验方法，经历探究过程、分析现象得出探究结果。科学态度与责任了解变压器在实际中的应用，如无线充电技术等。知识点一变压器的原理〖观图助学〗如图为生活中常见变压器的内部构造图，观察并说明变压器的主要构造是什么？1.构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。2.原线圈：与交流电源连接的线圈叫原线圈，也叫初级线圈。副线圈：与负载连接的线圈叫副线圈，也叫次级线圈。3.工作原理：利用互感现象。〖思维拓展〗变压器能改变恒定电流的电压吗？〖提*示〗变压器的变压原理是互感现象。若通过原线圈的电流为恒定电流，则在铁芯中激发的磁场为恒定磁场，副线圈中无感应电动势产生，因此变压器不能改变恒定电流的电压。两个线圈之间并没有导线连接。变压器的铁芯是不带电的。知识点二探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系〖实验目的〗在U1一定时，探究n1、n2对U2的影响。〖实验原理〗(1)实验电路图：(2)实验方法采用控制变量法①n1一定，研究n2和U2的关系。②n2一定，研究n1和U2的关系。〖实验器材〗学生电源(低压交流、小于12V)1个、可拆变压器1个、多用表(交流电压挡)1个、导线若干〖实验设计〗一、实验步骤1.保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。表格一U1＝5V，n1＝400匝实验次数123n2/匝U2/V(1)选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。(2)将选择开关调至使原线圈两端电压为5V，如图甲所示。(3)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示，读出副线圈两端的电压U2。(4)将n2、U2、n1、U1记录在表格一中。(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不变。将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示。读出副线圈两端的电压U2。(6)将n2、U2记录在表格一中。(7)保持n1＝400匝，U1＝5V不变。将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁所示。读出副线圈两端的电压U2。(8)将n2、U2的数值记录在表格一中。2.保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。表格二U1＝5V，n2＝400匝实验次数123n1/匝U2/V(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。(2)选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。(3)将选择开关拨至5V挡。(4)将多用电表与副线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。(5)将n2、U2、n1、U1记录在表格二中。(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。(7)将n1、U2记录在表格二中。(8)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。(9)将n1、U2的数值记录在表格二中。(10)拆除实验线路，整理好实验器材。二、数据处理分析表格一和表格二可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。知识点三电压与匝数的关系1.理想变压器：(1)定义：没有能量损失的变压器。(2)特点：①原、副线圈不计电阻②无磁通量漏失③铁芯不发热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、副线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。3.变压器的效率：变压器的输出功率与输入功率之比。4.变压器的分类(1)降压变压器：副线圈的电压比原线圈电压低。(2)升压变压器：副线圈的电压比原线圈电压高。理想变压器是一个理想化模型。变压器的能量传递方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能。核心要点探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、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(铜损)，造成误差。3.铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差。二、注意事项1.为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。2.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。3.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，再请老师确认后才能接通电源。〖试题案例〗〖例1〗如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请简要续填实验步骤(写出要测量的物理量，并用字母表示)(1)用长导线绕一个________，作为副线圈替代________。(2)把低压交流电源接A线圈，用多用电表测得A线圈的输入________和绕制线圈的输出________。(3)A线圈的匝数nA＝________。〖解析〗根据变压器电压比等于匝数比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。〖答案〗(1)n匝线圈B线圈(2)电压UA电压U(3)eq\f(UA,U)n〖针对训练1〗在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B.条形磁铁C.直流电源D.多用电表E.开关、导线若干(1)上述器材在本实验中不必用到的是________(填器材前的序号)。(2)本实验中还需用到的器材有_________________________________________________________________________________________________。〖解析〗(1)由本实验的实验原理可知，本实验不必用到的器材是B.条形磁铁和C.直流电源。(2)为使实验安全，本实验用到的电源是学生电源，且利用低压交流挡。〖答案〗(1)B、C(2)(低压)交流电源核心要点理想变压器的工作原理及规律〖要点归纳〗1.理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失。(2)原副线圈不计内阻，即无能量损失。2.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(ΔΦ,Δt)，根据法拉第电磁感应定律有E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)，E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)，所以eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1,n2)。3.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U1＝E1，副线圈两端的电压U2＝E2，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)＝…。4.功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。5.电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。6.变压器的分类易错提醒(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)当副线圈有多个线圈时，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。〖试题案例〗〖例2〗如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220eq\r(2)sin(100πt)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.原线圈的输入功率为220eq\r(2)WB.电流表的读数为1AC.电压表的读数为110eq\r(2)VD.副线圈输出交流电的周期为50s〖解析〗由题知，变压器的输入电压U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，所以U2＝eq\f(n2,n1)U1＝110V；副线圈电流I2＝eq\f(U2,R)＝2A，原线圈电流I1＝eq\f(n2,n1)I2＝1A。电压表、电流表的读数为有效值，故选项B正确，C错误；原线圈输入功率P1＝U1I1＝220W，选项A错误；交流电的周期T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，选项D错误。〖答案〗B总结提升(1)电压表、电流表示数均为有效值。(2)理想变压器P入＝P出。(3)变压器不改变交变电流的频率，即通过原、副线圈交变电流频率相等。〖针对训练2〗如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB两端电压u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V。下列说法正确的是()A.电流频率为100Hz B.的读数为24VC.的读数为0.5A D.变压器输入功率为6W〖解析〗根据u1＝12eq\r(2)sin(100πt)V及U＝eq\f(Um,\r(2))知U1＝12V，f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，选项A错误；根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×12V＝6V，即的读数为6V，选项B错误；又I2＝eq\f(U2,RL)＝eq\f(6,6)A＝1A，即的读数为1A，选项C错误；根据P1＝P2及P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),RL)＝eq\f(62,6)W＝6W，选项D正确。〖答案〗D核心要点理想变压器的动态分析〖要点归纳〗1.理想变压器的制约条件(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝eq\f(n2U1,n1)。(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))一定时，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I1＝eq\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，P2＝P负1＋P负2＋…；②功率关系P1＝P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。2.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(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R→I2→P2→P1→I1。(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、n2→U2→I2→P2→P1→I1。特别提醒(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态的分析方法。〖试题案例〗〖例3〗如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表示数变大D.若闭合开关S，则电流表示数变大，示数变大〖解析〗当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表示数减小；原线圈中的电流变大，电流表示数变大，选项D错误。〖答案〗B方法总结动态问题的分析思路〖针对训练3〗(多选)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小〖解析〗Q位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R＋R0)可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由P＝U1I1可知原线圈电流I1减小，故选项A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，n2增大，由eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)知U2增大，同理分析知原线圈电流I1增大，故选项C正确，D错误。〖答案〗BC

核心要点几种常见的变压器〖要点归纳〗1.自耦变压器如图甲、乙所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图丙所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。2.互感器交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。互感器是利用变压器的原理来测量高电压或大电流的仪器。(1)电压互感器：实质是降压变压器，可以把高电压变成低电压。(如图甲所示) 甲乙(2)电流互感器：实质是升压变压器，可以把大电流变成小电流。(如图乙所示)〖试题案例〗〖例4〗(多选)图甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，下列说法中正确的是()A.线圈匝数n1<n2，n3<n4B.线圈匝数n1>n2，n3>n4C.甲图中的电表是电压表，输出端不可短路D.乙图中的电表是电流表，输出端不可断路〖解析〗题图甲中的原线圈并联在电路中，为电压互感器，是降压变压器，n1>n2，其中的电表为电压表；题图乙中的原线圈串联在电路中，为电流互感器，是升压变压器，n3<n4，其中的电表为电流表，故选项C、D正确。〖答案〗CD方法总结互感器的区分技巧电压互感器是降压变压器，据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，知n1＞n2。电流互感器是升压变压器，据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，知n1＜n2。〖针对训练4〗如图所示为物理实验室某风扇的风速挡位变换器电路图，它是一个可调压的理想变压器，其中接入交流电的电压有效值U0＝220V，n0＝2200匝，挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为220匝、500匝、1100匝、2200匝。电动机M的内阻r＝4Ω，额定电压为U＝220V，额定功率P＝110W。下列判断正确的是()A.当选择挡位3时，电动机两端电压为110VB.当挡位由3变换到2时，电动机消耗的功率增大C.当选择挡位2时，电动机的热功率为1WD.当选择挡位4时，电动机的输出功率为110W〖解析〗由电压与匝数的关系U0∶U3＝n0∶n3，解得U3＝110V，选项A正确；当挡位由3变换到2时，输出电压减小，电动机消耗的功率减小，选项B错误；在额定功率的情况下，电动机的额定电流为I＝eq\f(P,U)＝0.5A，热功率Pr＝I2r＝1W，输出功率为P－Pr＝(110－1)W＝109W，选项D错误；当没有达到额定功率时，热功率小于1W，选项C错误。〖答案〗A1.(变压器的工作原理)(多选)关于变压器的构造和工作原理，下列说法中正确的是()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，是为了防止将原、副线圈短路，造成危险C.变压器不改变交流电的频率，只改变电压大小D.当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出〖解析〗闭合铁芯的导磁能力比真空或空气强得多，当原、副线圈绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁